JP4427111B2 - 黒煙除去装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の黒煙を除去する装置に関し、特に、路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼルエンジン車に適用すると有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの不完全燃焼で生じる黒煙に含まれる微粒子（ＤＥＰ）は、人体の健康に悪影響を及ぼすことが確認されており、そのためディーゼルエンジン車にあっては、前記排気微粒子を低減する排気浄化装置「ディーゼル・パティキュレート・フィルター（ＤＰＦ）装置」（以下、黒煙除去装置という）が種々開発されている。
【０００３】
従来の黒煙除去装置の概略構成を図２１に示す。
図２１に示すように、ディーゼルエンジン１１０には、排気ガス１００を排出する排気路１１１の一端が連結されている。排気路１１１の他端寄りには、当該排気路１１１内に軽油などの燃料１０１を注入する噴射器１１６が取り付けられている。排気路１１１の他端には、排気ガス１００と燃料１０１とを混合するミキサ１１７の入口側が連結されている。ミキサ１１７の出口側には、排気ガス１００を燃焼させ得る触媒燃焼器１１８の入口側が連結されている。触媒燃焼器１１８の出口側には、排気ガス１００中から黒煙を捕捉するハニカム状のセラミックス製フィルタ１１９の入口側が連結されている。
【０００４】
また、前記ディーゼルエンジン１１０には、当該エンジン１１０の回転数、排気温度などを検出する図示しない各種センサが設けられている。一方、前記触媒燃焼器１１８の出口側には、当該部位での排気ガスの圧力や温度などを検出する図示しない各種センサが設けられている。これらの各種センサの検出信号は制御装置１２０に入力される。この制御装置１２０は前記入力信号に応じて前記噴射器１１６を駆動制御するようになっている。
【０００５】
このような黒煙除去装置では、ディーゼルエンジン１１０から排出された排気ガス１００が排気路１１１、ミキサ１１７、触媒燃焼器１１８を介してフィルタ１１９内に送給されると、当該フィルタ１１９が排気ガス１００中から黒煙を捕捉するので、フィルタ１１９の出口側から黒煙が除去された浄化ガス１０３が排出される。
【０００６】
このように排気ガス１００中の黒煙をフィルタ１１９が捕捉していくと、当該フィルタ１１９が次第に目詰まりし、圧力損失の上昇によりエンジン出力の低下を招くことになる。ひいては、エンジンが作動できなくなる。このため、前記各種センサからの検出信号に基づいて制御装置１２０が噴射器１１６を制御して、噴射器１１６が排気路１１１内に所定量の燃料１０１を適宜注入すると、当該燃料１０１と排気ガス１００がミキサ１１７で混合されて触媒燃焼器１１８で燃焼される。これにより、当該排気ガス１００のフィルタ１１９内の通過に際して、当該排気ガス１００がフィルタ１１９に捕捉されている黒煙を加熱して燃焼させ、当該フィルタ１１９から黒煙を除去して目詰まりを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような黒煙除去装置を路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼルエンジン車に適用すると、停車時（アイドリング状態）及びエンジン低負荷時等における排気ガス１００の温度が燃料１０１の触媒燃焼器１１８による着火温度まで到達しないため、フィルタ１１９の再生作業を走行時（エンジン中・高負荷域）にしか行うことができなかった。このため、車両運行に支障をきたしていた。また、車両の運行状況によっては一度に燃焼させる黒煙の量が多く、フィルタ１１９内で発生する熱量が多くなってフィルタ１１９の温度が非常に高くなってしまい、フィルタ１１９を破損させてしまうなどの不具合があった。
【０００８】
このため、黒煙除去装置を路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼルエンジン車に適用した場合に、停車時（アイドリング状態）及びエンジン低負荷時等における排気ガスを効率的に処理して黒鉛を確実にしかも安定して燃焼させ、排気ガスの大気環境への負荷の低減を図ることができる黒煙除去装置の早急な出現が望まれている。
【０００９】
このようなことから、本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス温度が低い場合でも、これを効果的に昇温してフィルタに捕捉された黒煙を確実に且つ安定して燃焼させることができる黒煙除去装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による［請求項１」の黒煙除去装置は、ディーゼルエンジンからの排気ガス中の黒煙を捕捉するフィルタと、該フィルタへ送給する前の前記排気ガスに少なくとも燃料を供給し得る第１ノズルと、該第１ノズルと前記フィルタとの間に設けられ前記排気ガスを燃焼し得る触媒燃焼器と、前記第１ノズルから燃料を供給する前に燃料と空気の混合気を予燃焼室内へ供給し得る第２ノズルと、前記混合気に着火するためのイグナイタと、前記排気ガスの一部を前記予燃焼室内へ旋回導入し得る旋回導入手段とを備え、前記ディーゼルエンジンからの排気ガスの温度が前記触媒燃焼器での着火温度に達していない時に前記排気ガスの一部を所定温度に加熱・昇温し得る予燃焼器とを備えてなり、前記イグナイタは、前記第２ノズルから供給する前記混合気の噴霧外の噴霧外縁近傍に配置し、前記上流側放電電極及び前記後流側放電電極の先端部を球状とし、前記上流側放電電極の大きさを前記後流側放電電極の大きさより大きくして、前記上流側放電電極により前記混合気の流れの一部を剥離させて前記上流側放電電極の後方に後流を生起させ、該後流に保持された前記混合気に着火することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る黒煙除去装置を実施例により図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
［第１の参考例］
［構成］
図１は第１の参考例にかかる予燃焼器の概略図、図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図及び（Ｂ）は図１のＢ方向矢視図、図３はスパークプラグ先端部の概略図、図４は黒煙除去装置の概略構成図である。
【００１４】
まず、本参考例にかかる予燃焼器を設置する黒煙除去装置の構成の概略を図４を参照して説明する。
【００１５】
図４に示すように、ディーゼルエンジン１の燃焼室２には、新気を吸入するための吸気路３と排気ガスを排出するための排気路４とが、それぞれ図示しないバルブを介して連通されると共に、インジェクタ５とイグナイタとしてのグロープラグ６とが臨設される。インジェクタ５は、燃料噴射用コントロールユニット７により燃料タンク８からの加圧燃料（軽油）を所定の噴射時期・噴射量で燃焼室２内に噴射するよう制御され、グロープラグ６は、始動用コントロールユニット９によりエンジン始動時にバッテリー１０から通電されて発熱するよう制御される。
【００１６】
前記排気路４の下流端は、後述する予燃焼器１１の入口側に接続される。この予燃焼器１１の出口側には排気ガスを燃焼させ得る白金等を使用した触媒燃焼器１２と排気ガス中から黒煙を捕捉するハニカム状のセラミックス（又は不織布）製フィルタ１３が排気ガス流れに沿って順次接続される。これらの予燃焼器１１、触媒燃焼器１２及びフィルタ１３は円筒体状に一体的に形成される。
【００１７】
前記触媒燃焼器１２の直前には、第１ノズルとしての触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１４が設けられ、該燃料・空気噴霧ノズル１４は前記燃料タンク８から流量調整弁１５を介して送られてくる加圧燃料と既設のコンプレッサ１６から流量調整弁１７を介して送られてくる加圧空気とを混合して予燃焼器１１を経た排気ガス中に噴霧し得るようになっている。
【００１８】
また、前記予燃焼器１１の入口側には、第２ノズルとしての予燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１８と該噴霧ノズル１８に隣接してイグナイタ（スパーク方式）１９が設けられる。前記燃料・空気噴霧ノズル１８は、前記触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１４と同様に、前記燃料タンク８から流量調整弁１５を介して送られてくる加圧燃料と既設のコンプレッサ１６から流量調整弁１７を介して送られてくる加圧空気とを混合して予燃焼器１１内に導入された排気ガス中に噴霧し得るようになっている。前記イグナイタ１９は、前記バッテリー１０からリレー２０を介して所定時期に通電されて発熱し、前記燃料・空気噴霧ノズル１８から噴霧した混合気に着火し得るようになっている。
【００１９】
そして、前記流量調整弁１５，１７及びリレー２０は、黒煙除去用コントロールユニット２１からの信号により駆動制御されると共に、このコントロールユニット２１には、排気路４に介装されて排気ガス温度を検出する熱電対２２ａと予燃焼器１１内に介装されて予燃焼後の排気ガス温度を検出する熱電対２２ｂとからの検出信号が入力される。また、コントロールユニット２１には、ディーゼルエンジン１の回転数などを検出する図示しない各種センサからの検出信号と、触媒燃焼器１２からの排気ガスの圧力や温度などを検出する図示しない各種センサからの検出信号が適宜入力される。尚、図４中２３ａ，２３ｂは燃料を加圧送給する燃料ポンプである。
【００２０】
本参考例にかかる予燃焼器３０は図４の予燃焼器１１として設置されるものであり、予燃焼器のイグナイタとしてスパーク発生手段とし、スパーク部（電極）に後流発生手段を配して、燃料の保持性を良くし、燃焼器の着火性及び燃焼の安定性の向上を図るようにしたものである。
【００２１】
図１に示すように、本参考例にかかる予燃焼器３０は、一端（排気ガス流れの上流側）が側壁３１により閉塞された円筒型の内筒３２及び外筒３３からなる二重筒で形成され、前述した排気路４の下流端が外筒３３に対し接線方向に接続し、内，外筒３２，３３間に排気ガスが旋回導入（図２（Ａ）中矢印参照）されるようになっている。前記内筒３２は例えば多孔質体で形成されており、その周壁には、内，外筒３２，３３間に排気ガスが旋回導入される方向と同一方向に、排気ガスの一部を予燃焼室３４内に旋回導入するための流入孔３５が周方向に等配形成されると共に筒軸方向に多重に形成される。
【００２２】
また、前記側壁３１中央には前述した燃料・空気噴霧ノズル（第２ノズル）１８が取り付けられており、軽油１８ａと空気１８ｂとの混合気を予燃焼室３４内に供給している。
【００２３】
また内筒３２の側壁３１側には、ドーナツ板状の保炎板３６を、燃料・空気噴霧ノズル１８から予燃焼室３４内に噴出される燃料・空気の噴霧外縁３７を囲繞するようにして取り付けており、予燃焼室３４において燃焼を安定化させている。
【００２４】
また、前記内筒３２の内壁に沿って、円筒状の金網３８が配設されており、保炎・保温性が高められ、良好な燃焼状態を保持するようにしている。
【００２５】
また、予燃焼器本体３２の内側には、内筒３２との間に旋回防止板３９を周方向に適当数（図中では４枚）等配しており、均一に旋回導入された排気ガスの内で予燃焼室３４内へ流入しない排気ガスの過度の旋回を抑制して触媒燃焼器１２側へ流入させ、これにより予燃焼室３４内の負圧化が抑制されて予燃焼室３４における安定燃焼が得られるようにしている。
【００２６】
また、前記旋回防止板３９の後端側には、複数の孔を有する流量調製板４０が配設されており、予燃焼室３４へ流入する排気ガスと流入しない排気ガスとの流量を調製するようにしている。
【００２７】
また、本参考例では、側壁３１の予燃焼室３４側の第２ノズル１８の周囲には、外部から導入した二次空気４１を噴出させる二次空気噴出口４２が第２ノズル１８を囲繞するように設けられている。ここで導入される二次空気４１は側壁３１を内筒３１ａと外筒３１ｂとからなる二重構造の空気室４３に外部から供給され、この空気室４３から二次空気噴出口４２を介して予燃焼室３４内に噴出している。この噴出する二次空気４１は、第２ノズル１８に供給される軽油１８ａを噴霧するための一次空気１８ｂとは異なり、第２ノズル１８から噴射された燃料噴霧のまわりに供給するものであり、予燃焼室３４内に噴霧された燃料噴霧の周囲の酸素量の割合を向上させて燃焼着火性の向上並びに燃焼の安定性を図るようにしている。
【００２８】
また、前記二次空気導入手段は側壁３１を二重として空気室４３を形成しており、外部から導入される二次空気４１により側壁３１部分が冷却され、予燃焼器の冷却機能を果たしている。
【００２９】
また、本参考例では、図１及び図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、前記側壁３１中央には前述した燃料・空気噴霧ノズル（第２ノズル）１８が取り付けられると共に、この第２ノズル１８から予燃焼室３４内に噴出される燃料１８ａと空気１８ｂとの混合気５０の噴霧外縁３７の近傍に、後流発生手段としての半円筒板５１を軸方向と直交する方向に設け、該半円筒板５１にイグナイタとしてのスパークプラグ１９の放電電極（正電極）１９ａの一端を付設すると共に、軸方向に所定間隔ｄをもって他方の放電電極（負電極）１９ｂを配してなる。供給された混合気は後流発生板である半円筒板５１によりその一部が後流となり、半円筒板５１の後方に巻き込まれた混合気５０は電極１９ａ，１９ｂ間に発生されるスパーク５２により着火される。
【００３０】
すなわち、本参考例では半円筒板５１を混合気５０の噴霧外縁の近傍に設けているので、上流側（図３（Ａ）中左側）から供給された混合気５０の流れの一部が剥離され、半円筒板５１の後方で後流（カルマン渦）が生起され、この後流に保持された混合気５０が放電電極１９ａ，１９ｂ間に発生されるスパーク５２に接触して着火性が向上することとなる。換言すれば、排気ガス等の低酸素濃度のガスでも容易に着火するようになる。
【００３１】
なお、本参考例では放電電極１９ａ，１９ｂを混合気５０の流れ方向である軸方向に各々配置させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、半円筒板５１に沿って放電電極１９ａ，１９ｂを対向するように配して、軸方向と直交する方向にスパークを発生させてもよい。
【００３２】
［作用・効果］
このような黒煙除去装置では、ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが排気路４、予燃焼器１１、触媒燃焼器１２を介してフィルタ１３内に送給されると、当該フィルタ１３が排気ガス中から黒煙を捕捉するので、フィルタ１３からは黒煙の除去された排気ガスが排出される。尚、本参考例では、触媒燃焼器１２により排気ガス中のＨＣやＣＯも浄化される。
【００３３】
このように排気ガス中の黒煙をフィルタ１３が捕捉していくと、フィルタ１３に捕捉された黒煙が蓄積していく。すると、前記各種センサからの検出信号に基づいて黒煙除去用コントロールユニット２１が流量調整弁１５，１７を制御して、触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１４から燃料と空気の混合気を予燃焼器１１を経た排気ガス中に噴霧する。
【００３４】
この際、走行時（エンジン中・高負荷域）等で、ディーゼルエンジン１からの排気ガス温度が、触媒燃焼器１２での前記混合気の着火温度（約３００°以上）に達していれば、前記混合気と排気ガスが触媒燃焼器１２で燃焼される。これにより、当該排気ガスのフィルタ１３内の通過に際して、当該排気ガスがフィルタ１３に捕捉されている黒煙を加熱して燃焼させ、当該フィルタ１３から黒煙を除去して目詰まりを防止する。
【００３５】
一方、停車時（アイドリング状態）及びエンジン低負荷域時等で、ディーゼルエンジン１からの排気ガス温度が、触媒燃焼器１２での着火温度に達していない時は、黒煙除去用コントロールユニット２１が排気路４に介装された熱電対２２ａで検知して、リレー２０を制御してイグナイタ１９に通電すると共に流量調整弁１５，１７の制御により予燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１８から燃料と空気の混合気を予燃焼器１１内に導入された排気ガス中に噴霧する。
【００３６】
これにより、燃料・空気噴霧ノズル１８から噴霧した混合気が排気ガスと共に着火・燃焼され、排気路４からの排気ガスを触媒燃焼器１２での前記触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１４からの混合気の着火温度まで加熱・昇温する。この結果、予燃焼器１１を経た排気ガスは触媒燃焼器１２で燃焼されることになり、フィルタ１３内を通過するにあたって、フィルタ１３に捕捉されている黒煙を加熱・燃焼させて当該フィルタ１３から黒煙を除去し、目詰まりを防止する。換言すれば、フィルタ１３が再生されるのである。
【００３７】
したがって、路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼル車に適用しても、停車時（アイドリング状態）及びエンジン低負荷時等にも運行状況に左右されず、フィルタ１３の再生作業を行うことができる。また、フィルタ１３に捕捉された黒煙を定期的に燃焼除去させることができる。また、フィルタ１３内で発生する熱量を一定値以下に抑えてフィルタ１３の破損等を防止することができる。
【００３８】
そして、本参考例では、後流発生手段である半円筒板５１を有するスパークプラグ１９を設けたので、後流が生起される結果、燃料の保持性を良くすることができ、燃料の着火性の向上並びに燃焼の安定性を図ることができる。
【００３９】
また、本発明のイグナイタであるスパーク方式では、他のイグナイタとしての例えばグロープラグ方式のような冷却手段を必要としないので、部材の低減を図ると共に予燃焼器の製作コストの低廉化を図ることができる。
【００４０】
［第２の参考例］
［構成］
図５は第２の参考例を示す予燃焼器の構造説明図、図６はそのＣ矢視図、図７（Ａ）〜（Ｃ）はスパークプラグ先端部の概略図である。
【００４１】
これは、第１の参考例における後流発生手段である半円筒板５１の代わりに、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、お碗状の半円球部材５３を設けてなるものであり、半円球部材５３の中心部分に一方の放電電極１９ａの一端を付設すると共に、所定距離ｄをもって他方の放電電極１９ｂをその電極の先端を一方の電極１９ａに対向するように配したものである。その他の構成は、図１と同様である。なお、前記電極１９ａ，１９ｂ間の距離ｄはスパークさせたい方向の距離であり、その距離ｄが最短距離となるように電極１９ａ，１９ｂを設置している。
【００４２】
［作用・効果］
本参考例においては、お碗状の半円球部材５３により混合気５０の後流を発生させ、該半円球部材５３内に配した一方の放電電極１９ａと他方の放電電極１９ｂとの間でスパークを発生させることで混合気５０に着火させるようにしている。その他は、第１の参考例と同様の作用・効果が得られる。
【００４３】
［実施例］
［構成］
図８は本発明の実施例を示す予燃焼器の構造説明図、図９はそのＤ矢視図、図１０（Ａ）〜（Ｃ）はスパークプラグ先端部の概略図である。
【００４４】
これは、第１の参考例における後流発生手段である半円筒板５１の代わりに、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、一方の放電電極１９ｃの先端部を球状とすると共に、所定距離ｄをもって他方の球状の放電電極１９ｄを対向するように配したものである。その他の構成は、図１と同様である。なお、放電電極の球の大きさは同じでなくともよく、図１０（Ｃ）に示すように、混合気の上流側の放電電極１９ｅを後流側の放電電極１９ｆより少なくとも大きして、後流が生起し易いようにすればよい。
【００４５】
［作用・効果］
本実施例においては、第１及び第２の参考例のように後流を発生する手段として特別な部材を必要とせず、単に放電電極を球状とし、上流側の電極の球の大きさを後流側よりも同じかやや大きくするだけで混合気の後流を発生させ、一方の放電電極１９ｃ（又は１９ｅ）と他方の放電電極１９ｄ（又は１９ｆ）との間でスパークを発生させることで混合気５０に着火させるようにしている。その他は第１の参考例と同様の作用・効果が得られる。
【００４６】
［第３の参考例］
［構成］
図１１は第３の参考例を示す予燃焼器の構造説明図、図１２はそのＥ矢視図、図１３（Ａ）〜（Ｃ）はスパークプラグ先端部の概略図である。
【００４７】
これは、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本参考例における球状の放電電極を円柱状とした放電電極１９ｇとし、他方の放電電極１９ｈも円柱状とすると共に、両者が対向する最短距離ｄとなる位置に各々凸部１９ｉ，１９ｉを設けてなるものである。その他の構成は、図１と同様である。なお、放電電極の円柱状の直径は同じでなくともよく、混合気の上流側の放電電極１９ｅの直径を後流側の放電電極１９ｆより少なくとも大きして、後流が生起し易いようにすればよい。
【００４８】
［作用・効果］
本参考例においては、実施例のように、後流を発生する手段として特別な部材を必要とせず、単に放電電極を円柱状とするだけで混合気の後流を発生させ、一方の放電電極１９ｇと他方の放電電極１９ｈとの間の最短距離ｄである凸部１９ｉ，１９ｉ間で確実にスパークを発生させることで混合気５０に着火させるようにしている。その他は第１の参考例と同様の作用・効果が得られる。
【００４９】
上述の参考例及び実施例では、後流発生手段を有するスパーク発生手段を用いて、燃料の着火性の向上を図ったが、以下の参考例では燃料の噴霧速度を低下させてより着火性の向上を図った場合について説明する。
【００５０】
［第４の参考例］
［構成］
図１４は第４の参考例を示す予燃焼器の構造説明の平面図、図１５はその側面図を示す。図１６は比較例の予燃焼器の平面構造説明図である。図１７は本参考例の形態の第２ノズルの噴霧状態図である。図１８は本参考例の形態の第２ノズルの噴霧分布図である。図１９は比較例の第２ノズルの噴霧状態図である。図２０は比較例の第２ノズルの噴霧分布図である。本参考例の予燃焼器の構成は上述した図１に示す第１の参考例と同様であるので、その説明は省略する。また、予燃焼器内に設けたイグナイタ１９の電極は実施例で説明した球状のスパーク放電方式の電極１９ｃ，１９ｄとしている。本参考例では、図１４及び図１５に示すように、第２のノズルとして幅方向の噴出角α1を広げた第２ノズル（内部混合型）６１を設けたものである。この幅方向の噴出角α1が広い第２ノズル６１から噴出される噴霧６２は噴霧速度が低下するので、着火性が向上する。この第２ノズル６１は図１７に示すように幅方向の噴射角度α1が広いものを用いている。本参考例においては、第２ノズル６１として内部混合（ノズル内において軽油と空気とが混合する）型ノズルを用いるが、本参考例はこれに限定されるものではなく、幅方向に広がった噴霧ができる外部混合型ノズルを用いてもよい。
【００５１】
これに対し、比較例として示す図１９に示すような幅方向の噴霧幅Ｗ2 が狭い外部混合型の第２ノズル６３を備えた図１６に示す予燃焼器では、噴霧速度が早くなり、着火性が低下する。
【００５２】
すなわち、図１４及び図１５に示す噴霧の幅方向の広がり角度の大きい第２ノズル６１を用いた場合には、その噴霧分布図を現す図１８に示すように、その粒子数噴霧速度は約２ｍ／秒付近にピーク（平均流速：2.３ｍ／秒）があるが、図１６に示す幅方向の広が角度の小さい第２ノズル６３を用いた場合には、その噴霧分布図を現す図２０に示すようにその粒子数噴霧速度は約１６ｍ／秒付近にピーク（平均流速：１5.９ｍ／秒）があり、速度の相違が明確になっている。なお、幅方向の噴霧角度α1 の大きい第２ノズル６１と幅方向の噴霧角度β1 の小さい第２ノズル６３ともに粒径分布はほぼ同一である（第２ノズル６１のザウター平均粒子径：１0.３μｍ、算術平均粒子径：5.３μｍ；第２ノズル６３のザウター平均粒子径：１3.９μｍ、算術平均粒子径：7.０μｍ）。このため、幅方向の噴霧角度α1 が広い第２ノズル６１では噴霧速度が遅くなるので、着火性が向上する。
【００５３】
［作用・効果］
本参考例においては、幅方向の噴出角度α1が広い第２ノズル６１を設けたことにより、噴霧速度が低下するので、着火性が向上する。
【００５４】
また、イグナイタとしてスパーク方式電極を用いた場合には、噴霧速度を遅くすることにより、確実に着火性を向上させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
［請求項１］の発明によれば、ディーゼルエンジンからの排気ガス中の黒煙を捕捉するフィルタと、該フィルタへ送給する前の前記排気ガスに少なくとも燃料を供給し得る第１ノズルと、該第１ノズルと前記フィルタとの間に設けられ前記排気ガスを燃焼し得る触媒燃焼器と、前記第１ノズルから燃料を供給する前に燃料と空気の混合気を予燃焼室内へ供給し得る第２ノズルと、前記混合気に着火するためのイグナイタと、前記排気ガスの一部を前記予燃焼室内へ旋回導入し得る旋回導入手段とを備え、前記ディーゼルエンジンからの排気ガスの温度が前記触媒燃焼器での着火温度に達していない時に前記排気ガスの一部を所定温度に加熱・昇温し得る予燃焼器とを備えてなり、前記イグナイタは、前記第２ノズルから供給する前記混合気の噴霧外の噴霧外縁近傍に配置し、前記上流側放電電極及び前記後流側放電電極の先端部を球状とし、前記上流側放電電極の大きさを前記後流側放電電極の大きさより大きくして、前記上流側放電電極により前記混合気の流れの一部を剥離させて前記上流側放電電極の後方に後流を生起させ、該後流に保持された前記混合気に着火するので、燃料の着火性の向上並びに燃焼の安定性を図ることができる。依って、路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼル車に適用しても、停車時（アイドリング状態）及び低負荷域時等においても、運行状況に左右されずに、フィルタの再生作業を安定して行うことができる。この結果、排気ガスの大気環境への負荷の低減を図ることが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考例の予燃焼器の構造説明図である。
【図２】 （Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図１のＢ方向矢視図ある。
【図３】 スパークプラグ先端部の概略図である。
【図４】 第１の参考例の黒鉛除去装置の構造説明図である。
【図５】 第２の参考例の予燃焼器の構造説明図である。
【図６】 そのＣ矢視図である。
【図７】 そのスパークプラグ先端部の概略図である。
【図８】 本発明の実施例の予燃焼器の構造説明図である。
【図９】 そのＤ矢視図である。
【図１０】 そのスパークプラグ先端部の概略図である。
【図１１】 第３の参考例の予燃焼器の構造説明図である。
【図１２】 そのＥ矢視図である。
【図１３】 そのスパークプラグ先端部の概略図である。
【図１４】 第４の参考例の予燃焼器の平面構造説明図である。
【図１５】 第４の参考例の予燃焼器の側面構造説明図である。
【図１６】 比較例の予燃焼器の平面構造説明図である。
【図１７】 第４の参考例の第２ノズルの噴霧状態図である。
【図１８】 第４の参考例の第２ノズルの噴霧分布図である。
【図１９】 比較例の第２ノズルの噴霧状態図である。
【図２０】 比較例の第２ノズルの噴霧分布図である。
【図２１】 従来の黒煙除去装置の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
３ 吸気路
４ 排気路
８ 燃料タンク
１０ バッテリ
１１ 予燃焼器
１２ 触媒燃焼器
１３ フィルタ
１４ 触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル（第１ノズル）
１５ 流量調整弁
１６ コンプレッサ
１７ 流量調整弁
１８ 予燃焼用燃料・空気噴霧ノズル（第２ノズル）
１８ａ 軽油
１８ｂ 空気
１９ イグナイタ
１９ａ〜１９ｈ 電極
２０ リレー
２１ 黒煙除去用コントロールユニット
２２ａ，２２ｂ 熱電対
３０ 予燃焼器
３１ 側壁
３１ａ 内壁
３１ｂ 外壁
３２ 内筒
３３ 外筒
３４ 予燃焼室
３５ 流入孔
３６ 保炎板
３７ 噴霧外縁
３８ 金網
３９ 旋回防止板
４０ 流量調製板
４１ 二次空気
４２ 二次空気噴出口
４３ 空気室
５０ 混合気
５１ 半円筒板
５２ スパーク
５３ 半円球部材
６１，６３ 第２ノズル
６２ 噴霧
α1，α2，β1，β2 噴霧角
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の黒煙を除去する装置に関し、特に、路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼルエンジン車に適用すると有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの不完全燃焼で生じる黒煙に含まれる微粒子（ＤＥＰ）は、人体の健康に悪影響を及ぼすことが確認されており、そのためディーゼルエンジン車にあっては、前記排気微粒子を低減する排気浄化装置「ディーゼル・パティキュレート・フィルター（ＤＰＦ）装置」（以下、黒煙除去装置という）が種々開発されている。
【０００３】
従来の黒煙除去装置の概略構成を図２１に示す。
図２１に示すように、ディーゼルエンジン１１０には、排気ガス１００を排出する排気路１１１の一端が連結されている。排気路１１１の他端寄りには、当該排気路１１１内に軽油などの燃料１０１を注入する噴射器１１６が取り付けられている。排気路１１１の他端には、排気ガス１００と燃料１０１とを混合するミキサ１１７の入口側が連結されている。ミキサ１１７の出口側には、排気ガス１００を燃焼させ得る触媒燃焼器１１８の入口側が連結されている。触媒燃焼器１１８の出口側には、排気ガス１００中から黒煙を捕捉するハニカム状のセラミックス製フィルタ１１９の入口側が連結されている。
【０００４】
また、前記ディーゼルエンジン１１０には、当該エンジン１１０の回転数、排気温度などを検出する図示しない各種センサが設けられている。一方、前記触媒燃焼器１１８の出口側には、当該部位での排気ガスの圧力や温度などを検出する図示しない各種センサが設けられている。これらの各種センサの検出信号は制御装置１２０に入力される。この制御装置１２０は前記入力信号に応じて前記噴射器１１６を駆動制御するようになっている。
【０００５】
このような黒煙除去装置では、ディーゼルエンジン１１０から排出された排気ガス１００が排気路１１１、ミキサ１１７、触媒燃焼器１１８を介してフィルタ１１９内に送給されると、当該フィルタ１１９が排気ガス１００中から黒煙を捕捉するので、フィルタ１１９の出口側から黒煙が除去された浄化ガス１０３が排出される。
【０００６】
このように排気ガス１００中の黒煙をフィルタ１１９が捕捉していくと、当該フィルタ１１９が次第に目詰まりし、圧力損失の上昇によりエンジン出力の低下を招くことになる。ひいては、エンジンが作動できなくなる。このため、前記各種センサからの検出信号に基づいて制御装置１２０が噴射器１１６を制御して、噴射器１１６が排気路１１１内に所定量の燃料１０１を適宜注入すると、当該燃料１０１と排気ガス１００がミキサ１１７で混合されて触媒燃焼器１１８で燃焼される。これにより、当該排気ガス１００のフィルタ１１９内の通過に際して、当該排気ガス１００がフィルタ１１９に捕捉されている黒煙を加熱して燃焼させ、当該フィルタ１１９から黒煙を除去して目詰まりを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような黒煙除去装置を路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼルエンジン車に適用すると、停車時（アイドリング状態）及びエンジン低負荷時等における排気ガス１００の温度が燃料１０１の触媒燃焼器１１８による着火温度まで到達しないため、フィルタ１１９の再生作業を走行時（エンジン中・高負荷域）にしか行うことができなかった。このため、車両運行に支障をきたしていた。また、車両の運行状況によっては一度に燃焼させる黒煙の量が多く、フィルタ１１９内で発生する熱量が多くなってフィルタ１１９の温度が非常に高くなってしまい、フィルタ１１９を破損させてしまうなどの不具合があった。
【０００８】
このため、黒煙除去装置を路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼルエンジン車に適用した場合に、停車時（アイドリング状態）及びエンジン低負荷時等における排気ガスを効率的に処理して黒鉛を確実にしかも安定して燃焼させ、排気ガスの大気環境への負荷の低減を図ることができる黒煙除去装置の早急な出現が望まれている。
【０００９】
このようなことから、本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス温度が低い場合でも、これを効果的に昇温してフィルタに捕捉された黒煙を確実に且つ安定して燃焼させることができる黒煙除去装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による［請求項１」の黒煙除去装置は、ディーゼルエンジンからの排気ガス中の黒煙を捕捉するフィルタと、該フィルタへ送給する前の前記排気ガスに少なくとも燃料を供給し得る第１ノズルと、該第１ノズルと前記フィルタとの間に設けられ前記排気ガスを燃焼し得る触媒燃焼器と、前記第１ノズルから燃料を供給する前に燃料と空気の混合気を予燃焼室内へ供給し得る第２ノズルと、前記混合気に着火するためのイグナイタと、前記排気ガスの一部を前記予燃焼室内へ旋回導入し得る旋回導入手段とを備え、前記ディーゼルエンジンからの排気ガスの温度が前記触媒燃焼器での着火温度に達していない時に前記排気ガスの一部を所定温度に加熱・昇温し得る予燃焼器とを備えてなり、前記イグナイタは、前記第２ノズルから供給する前記混合気の噴霧外の噴霧外縁近傍に配置し、前記上流側放電電極及び前記後流側放電電極の先端部を球状とし、前記上流側放電電極の大きさを前記後流側放電電極の大きさより大きくして、前記上流側放電電極により前記混合気の流れの一部を剥離させて前記上流側放電電極の後方に後流を生起させ、該後流に保持された前記混合気に着火することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る黒煙除去装置を実施例により図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
［第１の参考例］
［構成］
図１は第１の参考例にかかる予燃焼器の概略図、図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図及び（Ｂ）は図１のＢ方向矢視図、図３はスパークプラグ先端部の概略図、図４は黒煙除去装置の概略構成図である。
【００１４】
まず、本参考例にかかる予燃焼器を設置する黒煙除去装置の構成の概略を図４を参照して説明する。
【００１５】
図４に示すように、ディーゼルエンジン１の燃焼室２には、新気を吸入するための吸気路３と排気ガスを排出するための排気路４とが、それぞれ図示しないバルブを介して連通されると共に、インジェクタ５とイグナイタとしてのグロープラグ６とが臨設される。インジェクタ５は、燃料噴射用コントロールユニット７により燃料タンク８からの加圧燃料（軽油）を所定の噴射時期・噴射量で燃焼室２内に噴射するよう制御され、グロープラグ６は、始動用コントロールユニット９によりエンジン始動時にバッテリー１０から通電されて発熱するよう制御される。
【００１６】
前記排気路４の下流端は、後述する予燃焼器１１の入口側に接続される。この予燃焼器１１の出口側には排気ガスを燃焼させ得る白金等を使用した触媒燃焼器１２と排気ガス中から黒煙を捕捉するハニカム状のセラミックス（又は不織布）製フィルタ１３が排気ガス流れに沿って順次接続される。これらの予燃焼器１１、触媒燃焼器１２及びフィルタ１３は円筒体状に一体的に形成される。
【００１７】
前記触媒燃焼器１２の直前には、第１ノズルとしての触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１４が設けられ、該燃料・空気噴霧ノズル１４は前記燃料タンク８から流量調整弁１５を介して送られてくる加圧燃料と既設のコンプレッサ１６から流量調整弁１７を介して送られてくる加圧空気とを混合して予燃焼器１１を経た排気ガス中に噴霧し得るようになっている。
【００１８】
また、前記予燃焼器１１の入口側には、第２ノズルとしての予燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１８と該噴霧ノズル１８に隣接してイグナイタ（スパーク方式）１９が設けられる。前記燃料・空気噴霧ノズル１８は、前記触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１４と同様に、前記燃料タンク８から流量調整弁１５を介して送られてくる加圧燃料と既設のコンプレッサ１６から流量調整弁１７を介して送られてくる加圧空気とを混合して予燃焼器１１内に導入された排気ガス中に噴霧し得るようになっている。前記イグナイタ１９は、前記バッテリー１０からリレー２０を介して所定時期に通電されて発熱し、前記燃料・空気噴霧ノズル１８から噴霧した混合気に着火し得るようになっている。
【００１９】
そして、前記流量調整弁１５，１７及びリレー２０は、黒煙除去用コントロールユニット２１からの信号により駆動制御されると共に、このコントロールユニット２１には、排気路４に介装されて排気ガス温度を検出する熱電対２２ａと予燃焼器１１内に介装されて予燃焼後の排気ガス温度を検出する熱電対２２ｂとからの検出信号が入力される。また、コントロールユニット２１には、ディーゼルエンジン１の回転数などを検出する図示しない各種センサからの検出信号と、触媒燃焼器１２からの排気ガスの圧力や温度などを検出する図示しない各種センサからの検出信号が適宜入力される。尚、図４中２３ａ，２３ｂは燃料を加圧送給する燃料ポンプである。
【００２０】
本参考例にかかる予燃焼器３０は図４の予燃焼器１１として設置されるものであり、予燃焼器のイグナイタとしてスパーク発生手段とし、スパーク部（電極）に後流発生手段を配して、燃料の保持性を良くし、燃焼器の着火性及び燃焼の安定性の向上を図るようにしたものである。
【００２１】
図１に示すように、本参考例にかかる予燃焼器３０は、一端（排気ガス流れの上流側）が側壁３１により閉塞された円筒型の内筒３２及び外筒３３からなる二重筒で形成され、前述した排気路４の下流端が外筒３３に対し接線方向に接続し、内，外筒３２，３３間に排気ガスが旋回導入（図２（Ａ）中矢印参照）されるようになっている。前記内筒３２は例えば多孔質体で形成されており、その周壁には、内，外筒３２，３３間に排気ガスが旋回導入される方向と同一方向に、排気ガスの一部を予燃焼室３４内に旋回導入するための流入孔３５が周方向に等配形成されると共に筒軸方向に多重に形成される。
【００２２】
また、前記側壁３１中央には前述した燃料・空気噴霧ノズル（第２ノズル）１８が取り付けられており、軽油１８ａと空気１８ｂとの混合気を予燃焼室３４内に供給している。
【００２３】
また内筒３２の側壁３１側には、ドーナツ板状の保炎板３６を、燃料・空気噴霧ノズル１８から予燃焼室３４内に噴出される燃料・空気の噴霧外縁３７を囲繞するようにして取り付けており、予燃焼室３４において燃焼を安定化させている。
【００２４】
また、前記内筒３２の内壁に沿って、円筒状の金網３８が配設されており、保炎・保温性が高められ、良好な燃焼状態を保持するようにしている。
【００２５】
また、予燃焼器本体３２の内側には、内筒３２との間に旋回防止板３９を周方向に適当数（図中では４枚）等配しており、均一に旋回導入された排気ガスの内で予燃焼室３４内へ流入しない排気ガスの過度の旋回を抑制して触媒燃焼器１２側へ流入させ、これにより予燃焼室３４内の負圧化が抑制されて予燃焼室３４における安定燃焼が得られるようにしている。
【００２６】
また、前記旋回防止板３９の後端側には、複数の孔を有する流量調製板４０が配設されており、予燃焼室３４へ流入する排気ガスと流入しない排気ガスとの流量を調製するようにしている。
【００２７】
また、本参考例では、側壁３１の予燃焼室３４側の第２ノズル１８の周囲には、外部から導入した二次空気４１を噴出させる二次空気噴出口４２が第２ノズル１８を囲繞するように設けられている。ここで導入される二次空気４１は側壁３１を内筒３１ａと外筒３１ｂとからなる二重構造の空気室４３に外部から供給され、この空気室４３から二次空気噴出口４２を介して予燃焼室３４内に噴出している。この噴出する二次空気４１は、第２ノズル１８に供給される軽油１８ａを噴霧するための一次空気１８ｂとは異なり、第２ノズル１８から噴射された燃料噴霧のまわりに供給するものであり、予燃焼室３４内に噴霧された燃料噴霧の周囲の酸素量の割合を向上させて燃焼着火性の向上並びに燃焼の安定性を図るようにしている。
【００２８】
また、前記二次空気導入手段は側壁３１を二重として空気室４３を形成しており、外部から導入される二次空気４１により側壁３１部分が冷却され、予燃焼器の冷却機能を果たしている。
【００２９】
また、本参考例では、図１及び図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、前記側壁３１中央には前述した燃料・空気噴霧ノズル（第２ノズル）１８が取り付けられると共に、この第２ノズル１８から予燃焼室３４内に噴出される燃料１８ａと空気１８ｂとの混合気５０の噴霧外縁３７の近傍に、後流発生手段としての半円筒板５１を軸方向と直交する方向に設け、該半円筒板５１にイグナイタとしてのスパークプラグ１９の放電電極（正電極）１９ａの一端を付設すると共に、軸方向に所定間隔ｄをもって他方の放電電極（負電極）１９ｂを配してなる。供給された混合気は後流発生板である半円筒板５１によりその一部が後流となり、半円筒板５１の後方に巻き込まれた混合気５０は電極１９ａ，１９ｂ間に発生されるスパーク５２により着火される。
【００３０】
すなわち、本参考例では半円筒板５１を混合気５０の噴霧外縁の近傍に設けているので、上流側（図３（Ａ）中左側）から供給された混合気５０の流れの一部が剥離され、半円筒板５１の後方で後流（カルマン渦）が生起され、この後流に保持された混合気５０が放電電極１９ａ，１９ｂ間に発生されるスパーク５２に接触して着火性が向上することとなる。換言すれば、排気ガス等の低酸素濃度のガスでも容易に着火するようになる。
【００３１】
なお、本参考例では放電電極１９ａ，１９ｂを混合気５０の流れ方向である軸方向に各々配置させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、半円筒板５１に沿って放電電極１９ａ，１９ｂを対向するように配して、軸方向と直交する方向にスパークを発生させてもよい。
【００３２】
［作用・効果］
このような黒煙除去装置では、ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが排気路４、予燃焼器１１、触媒燃焼器１２を介してフィルタ１３内に送給されると、当該フィルタ１３が排気ガス中から黒煙を捕捉するので、フィルタ１３からは黒煙の除去された排気ガスが排出される。尚、本参考例では、触媒燃焼器１２により排気ガス中のＨＣやＣＯも浄化される。
【００３３】
このように排気ガス中の黒煙をフィルタ１３が捕捉していくと、フィルタ１３に捕捉された黒煙が蓄積していく。すると、前記各種センサからの検出信号に基づいて黒煙除去用コントロールユニット２１が流量調整弁１５，１７を制御して、触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１４から燃料と空気の混合気を予燃焼器１１を経た排気ガス中に噴霧する。
【００３４】
この際、走行時（エンジン中・高負荷域）等で、ディーゼルエンジン１からの排気ガス温度が、触媒燃焼器１２での前記混合気の着火温度（約３００°以上）に達していれば、前記混合気と排気ガスが触媒燃焼器１２で燃焼される。これにより、当該排気ガスのフィルタ１３内の通過に際して、当該排気ガスがフィルタ１３に捕捉されている黒煙を加熱して燃焼させ、当該フィルタ１３から黒煙を除去して目詰まりを防止する。
【００３５】
一方、停車時（アイドリング状態）及びエンジン低負荷域時等で、ディーゼルエンジン１からの排気ガス温度が、触媒燃焼器１２での着火温度に達していない時は、黒煙除去用コントロールユニット２１が排気路４に介装された熱電対２２ａで検知して、リレー２０を制御してイグナイタ１９に通電すると共に流量調整弁１５，１７の制御により予燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１８から燃料と空気の混合気を予燃焼器１１内に導入された排気ガス中に噴霧する。
【００３６】
これにより、燃料・空気噴霧ノズル１８から噴霧した混合気が排気ガスと共に着火・燃焼され、排気路４からの排気ガスを触媒燃焼器１２での前記触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル１４からの混合気の着火温度まで加熱・昇温する。この結果、予燃焼器１１を経た排気ガスは触媒燃焼器１２で燃焼されることになり、フィルタ１３内を通過するにあたって、フィルタ１３に捕捉されている黒煙を加熱・燃焼させて当該フィルタ１３から黒煙を除去し、目詰まりを防止する。換言すれば、フィルタ１３が再生されるのである。
【００３７】
したがって、路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼル車に適用しても、停車時（アイドリング状態）及びエンジン低負荷時等にも運行状況に左右されず、フィルタ１３の再生作業を行うことができる。また、フィルタ１３に捕捉された黒煙を定期的に燃焼除去させることができる。また、フィルタ１３内で発生する熱量を一定値以下に抑えてフィルタ１３の破損等を防止することができる。
【００３８】
そして、本参考例では、後流発生手段である半円筒板５１を有するスパークプラグ１９を設けたので、後流が生起される結果、燃料の保持性を良くすることができ、燃料の着火性の向上並びに燃焼の安定性を図ることができる。
【００３９】
また、本発明のイグナイタであるスパーク方式では、他のイグナイタとしての例えばグロープラグ方式のような冷却手段を必要としないので、部材の低減を図ると共に予燃焼器の製作コストの低廉化を図ることができる。
【００４０】
［第２の参考例］
［構成］
図５は第２の参考例を示す予燃焼器の構造説明図、図６はそのＣ矢視図、図７（Ａ）〜（Ｃ）はスパークプラグ先端部の概略図である。
【００４１】
これは、第１の参考例における後流発生手段である半円筒板５１の代わりに、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、お碗状の半円球部材５３を設けてなるものであり、半円球部材５３の中心部分に一方の放電電極１９ａの一端を付設すると共に、所定距離ｄをもって他方の放電電極１９ｂをその電極の先端を一方の電極１９ａに対向するように配したものである。その他の構成は、図１と同様である。なお、前記電極１９ａ，１９ｂ間の距離ｄはスパークさせたい方向の距離であり、その距離ｄが最短距離となるように電極１９ａ，１９ｂを設置している。
【００４２】
［作用・効果］
本参考例においては、お碗状の半円球部材５３により混合気５０の後流を発生させ、該半円球部材５３内に配した一方の放電電極１９ａと他方の放電電極１９ｂとの間でスパークを発生させることで混合気５０に着火させるようにしている。その他は、第１の参考例と同様の作用・効果が得られる。
【００４３】
［実施例］
［構成］
図８は本発明の実施例を示す予燃焼器の構造説明図、図９はそのＤ矢視図、図１０（Ａ）〜（Ｃ）はスパークプラグ先端部の概略図である。
【００４４】
これは、第１の参考例における後流発生手段である半円筒板５１の代わりに、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、一方の放電電極１９ｃの先端部を球状とすると共に、所定距離ｄをもって他方の球状の放電電極１９ｄを対向するように配したものである。その他の構成は、図１と同様である。なお、放電電極の球の大きさは同じでなくともよく、図１０（Ｃ）に示すように、混合気の上流側の放電電極１９ｅを後流側の放電電極１９ｆより少なくとも大きして、後流が生起し易いようにすればよい。
【００４５】
［作用・効果］
本実施例においては、第１及び第２の参考例のように後流を発生する手段として特別な部材を必要とせず、単に放電電極を球状とし、上流側の電極の球の大きさを後流側よりも同じかやや大きくするだけで混合気の後流を発生させ、一方の放電電極１９ｃ（又は１９ｅ）と他方の放電電極１９ｄ（又は１９ｆ）との間でスパークを発生させることで混合気５０に着火させるようにしている。その他は第１の参考例と同様の作用・効果が得られる。
【００４６】
［第３の参考例］
［構成］
図１１は第３の参考例を示す予燃焼器の構造説明図、図１２はそのＥ矢視図、図１３（Ａ）〜（Ｃ）はスパークプラグ先端部の概略図である。
【００４７】
これは、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本参考例における球状の放電電極を円柱状とした放電電極１９ｇとし、他方の放電電極１９ｈも円柱状とすると共に、両者が対向する最短距離ｄとなる位置に各々凸部１９ｉ，１９ｉを設けてなるものである。その他の構成は、図１と同様である。なお、放電電極の円柱状の直径は同じでなくともよく、混合気の上流側の放電電極１９ｅの直径を後流側の放電電極１９ｆより少なくとも大きして、後流が生起し易いようにすればよい。
【００４８】
［作用・効果］
本参考例においては、実施例のように、後流を発生する手段として特別な部材を必要とせず、単に放電電極を円柱状とするだけで混合気の後流を発生させ、一方の放電電極１９ｇと他方の放電電極１９ｈとの間の最短距離ｄである凸部１９ｉ，１９ｉ間で確実にスパークを発生させることで混合気５０に着火させるようにしている。その他は第１の参考例と同様の作用・効果が得られる。
【００４９】
上述の参考例及び実施例では、後流発生手段を有するスパーク発生手段を用いて、燃料の着火性の向上を図ったが、以下の参考例では燃料の噴霧速度を低下させてより着火性の向上を図った場合について説明する。
【００５０】
［第４の参考例］
［構成］
図１４は第４の参考例を示す予燃焼器の構造説明の平面図、図１５はその側面図を示す。図１６は比較例の予燃焼器の平面構造説明図である。図１７は本参考例の形態の第２ノズルの噴霧状態図である。図１８は本参考例の形態の第２ノズルの噴霧分布図である。図１９は比較例の第２ノズルの噴霧状態図である。図２０は比較例の第２ノズルの噴霧分布図である。本参考例の予燃焼器の構成は上述した図１に示す第１の参考例と同様であるので、その説明は省略する。また、予燃焼器内に設けたイグナイタ１９の電極は実施例で説明した球状のスパーク放電方式の電極１９ｃ，１９ｄとしている。本参考例では、図１４及び図１５に示すように、第２のノズルとして幅方向の噴出角α1を広げた第２ノズル（内部混合型）６１を設けたものである。この幅方向の噴出角α1が広い第２ノズル６１から噴出される噴霧６２は噴霧速度が低下するので、着火性が向上する。この第２ノズル６１は図１７に示すように幅方向の噴射角度α1が広いものを用いている。本参考例においては、第２ノズル６１として内部混合（ノズル内において軽油と空気とが混合する）型ノズルを用いるが、本参考例はこれに限定されるものではなく、幅方向に広がった噴霧ができる外部混合型ノズルを用いてもよい。
【００５１】
これに対し、比較例として示す図１９に示すような幅方向の噴霧幅Ｗ2 が狭い外部混合型の第２ノズル６３を備えた図１６に示す予燃焼器では、噴霧速度が早くなり、着火性が低下する。
【００５２】
すなわち、図１４及び図１５に示す噴霧の幅方向の広がり角度の大きい第２ノズル６１を用いた場合には、その噴霧分布図を現す図１８に示すように、その粒子数噴霧速度は約２ｍ／秒付近にピーク（平均流速：2.３ｍ／秒）があるが、図１６に示す幅方向の広が角度の小さい第２ノズル６３を用いた場合には、その噴霧分布図を現す図２０に示すようにその粒子数噴霧速度は約１６ｍ／秒付近にピーク（平均流速：１5.９ｍ／秒）があり、速度の相違が明確になっている。なお、幅方向の噴霧角度α1 の大きい第２ノズル６１と幅方向の噴霧角度β1 の小さい第２ノズル６３ともに粒径分布はほぼ同一である（第２ノズル６１のザウター平均粒子径：１0.３μｍ、算術平均粒子径：5.３μｍ；第２ノズル６３のザウター平均粒子径：１3.９μｍ、算術平均粒子径：7.０μｍ）。このため、幅方向の噴霧角度α1 が広い第２ノズル６１では噴霧速度が遅くなるので、着火性が向上する。
【００５３】
［作用・効果］
本参考例においては、幅方向の噴出角度α1が広い第２ノズル６１を設けたことにより、噴霧速度が低下するので、着火性が向上する。
【００５４】
また、イグナイタとしてスパーク方式電極を用いた場合には、噴霧速度を遅くすることにより、確実に着火性を向上させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
［請求項１］の発明によれば、ディーゼルエンジンからの排気ガス中の黒煙を捕捉するフィルタと、該フィルタへ送給する前の前記排気ガスに少なくとも燃料を供給し得る第１ノズルと、該第１ノズルと前記フィルタとの間に設けられ前記排気ガスを燃焼し得る触媒燃焼器と、前記第１ノズルから燃料を供給する前に燃料と空気の混合気を予燃焼室内へ供給し得る第２ノズルと、前記混合気に着火するためのイグナイタと、前記排気ガスの一部を前記予燃焼室内へ旋回導入し得る旋回導入手段とを備え、前記ディーゼルエンジンからの排気ガスの温度が前記触媒燃焼器での着火温度に達していない時に前記排気ガスの一部を所定温度に加熱・昇温し得る予燃焼器とを備えてなり、前記イグナイタは、前記第２ノズルから供給する前記混合気の噴霧外の噴霧外縁近傍に配置し、前記上流側放電電極及び前記後流側放電電極の先端部を球状とし、前記上流側放電電極の大きさを前記後流側放電電極の大きさより大きくして、前記上流側放電電極により前記混合気の流れの一部を剥離させて前記上流側放電電極の後方に後流を生起させ、該後流に保持された前記混合気に着火するので、燃料の着火性の向上並びに燃焼の安定性を図ることができる。依って、路線バスやごみ収集車などのように走行や停車を頻繁に繰り返すディーゼル車に適用しても、停車時（アイドリング状態）及び低負荷域時等においても、運行状況に左右されずに、フィルタの再生作業を安定して行うことができる。この結果、排気ガスの大気環境への負荷の低減を図ることが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考例の予燃焼器の構造説明図である。
【図２】 （Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図１のＢ方向矢視図ある。
【図３】 スパークプラグ先端部の概略図である。
【図４】 第１の参考例の黒鉛除去装置の構造説明図である。
【図５】 第２の参考例の予燃焼器の構造説明図である。
【図６】 そのＣ矢視図である。
【図７】 そのスパークプラグ先端部の概略図である。
【図８】 本発明の実施例の予燃焼器の構造説明図である。
【図９】 そのＤ矢視図である。
【図１０】 そのスパークプラグ先端部の概略図である。
【図１１】 第３の参考例の予燃焼器の構造説明図である。
【図１２】 そのＥ矢視図である。
【図１３】 そのスパークプラグ先端部の概略図である。
【図１４】 第４の参考例の予燃焼器の平面構造説明図である。
【図１５】 第４の参考例の予燃焼器の側面構造説明図である。
【図１６】 比較例の予燃焼器の平面構造説明図である。
【図１７】 第４の参考例の第２ノズルの噴霧状態図である。
【図１８】 第４の参考例の第２ノズルの噴霧分布図である。
【図１９】 比較例の第２ノズルの噴霧状態図である。
【図２０】 比較例の第２ノズルの噴霧分布図である。
【図２１】 従来の黒煙除去装置の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
３ 吸気路
４ 排気路
８ 燃料タンク
１０ バッテリ
１１ 予燃焼器
１２ 触媒燃焼器
１３ フィルタ
１４ 触媒燃焼用燃料・空気噴霧ノズル（第１ノズル）
１５ 流量調整弁
１６ コンプレッサ
１７ 流量調整弁
１８ 予燃焼用燃料・空気噴霧ノズル（第２ノズル）
１８ａ 軽油
１８ｂ 空気
１９ イグナイタ
１９ａ〜１９ｈ 電極
２０ リレー
２１ 黒煙除去用コントロールユニット
２２ａ，２２ｂ 熱電対
３０ 予燃焼器
３１ 側壁
３１ａ 内壁
３１ｂ 外壁
３２ 内筒
３３ 外筒
３４ 予燃焼室
３５ 流入孔
３６ 保炎板
３７ 噴霧外縁
３８ 金網
３９ 旋回防止板
４０ 流量調製板
４１ 二次空気
４２ 二次空気噴出口
４３ 空気室
５０ 混合気
５１ 半円筒板
５２ スパーク
５３ 半円球部材
６１，６３ 第２ノズル
６２ 噴霧
α1，α2，β1，β2 噴霧角
Claims (1)
- ディーゼルエンジンからの排気ガス中の黒煙を捕捉するフィルタと、
該フィルタへ送給する前の前記排気ガスに少なくとも燃料を供給し得る第１ノズルと、
該第１ノズルと前記フィルタとの間に設けられ前記排気ガスを燃焼し得る触媒燃焼器と、
前記第１ノズルから燃料を供給する前に燃料と空気の混合気を予燃焼室内へ供給し得る第２ノズルと、前記混合気に着火するための該混合気の上流側の上流側放電電極と後流側の後流側放電電極とからなるイグナイタと、前記排気ガスの一部を前記予燃焼室内へ旋回導入し得る旋回導入手段とを備え、前記ディーゼルエンジンからの排気ガスの温度が前記触媒燃焼器での着火温度に達していない時に前記排気ガスの一部を所定温度に加熱・昇温し得る予燃焼器と
を備えてなり、
前記イグナイタは、前記第２ノズルから供給する前記混合気の噴霧外の噴霧外縁近傍に配置し、前記上流側放電電極及び前記後流側放電電極の先端部を球状とし、前記上流側放電電極の大きさを前記後流側放電電極の大きさより大きくして、前記上流側放電電極により前記混合気の流れの一部を剥離させて前記上流側放電電極の後方に後流を生起させ、該後流に保持された前記混合気に着火する
ことを特徴とする黒煙除去装置。
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