JP5304177B2 - Exhaust purification device - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジン、特に、農業用等のように過酷な条件で使用されるディーゼルエンジンにおいて、高度な制御装置を備えることなしに簡単な制御で安価に排気浄化を行えるようにした排気浄化装置に関するものである。   The present invention relates to a diesel engine, particularly a diesel engine that is used under severe conditions such as for agriculture, etc., and is capable of purifying exhaust gas at low cost with simple control without providing an advanced control device. It relates to the device.

従来より、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)を浄化するには、DPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)をディーゼルエンジンの排気管に設置して、このようなパティキュレートフィルタによりパティキュレートを補集するようにしている。パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造を成しており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出される一方、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようになっている。   Conventionally, in order to purify particulate matter (particulate matter) discharged from a diesel engine, a DPF (diesel particulate filter) is installed in the exhaust pipe of the diesel engine, and such particulates. Particulates are collected by a filter. The particulate filter has a porous honeycomb structure made of ceramics such as cordierite, and the inlets of each flow path partitioned in a lattice pattern are alternately sealed, and the flow paths in which the inlets are not sealed The outlet is sealed, and only the exhaust gas that has permeated through the porous thin wall defining each flow path is discharged downstream, while the particulates in the exhaust gas are porous. It is collected on the inner surface of the thin wall.

ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するため、目詰まりによって排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、ディーゼルエンジンの運転状態によっては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られない場合があり、このために、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの再生処理量よりも捕集量が上まわってしまい、よってこのような排気温度が低い運転状態が続いた場合には、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。   Particulates in the exhaust gas discharged from the diesel engine are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the particulates are appropriately burned and removed before the exhaust resistance increases due to clogging. It is necessary to regenerate the particulate filter, but depending on the operating condition of the diesel engine, the exhaust temperature may not be high enough to cause the particulates to self-combust.For this reason, in the operating region where the exhaust temperature is low If the collected amount exceeds the particulate regeneration amount, and the exhaust gas temperature continues to operate at such a low exhaust temperature, regeneration of the particulate filter does not proceed satisfactorily. May fall into an overcollected state.

そこで、パティキュレートフィルタに対するパティキュレートの堆積量が増加してきた段階で、ディーゼルエンジンにおいて通常の燃料噴射の他にポスト噴射を行うことによって排気ガスの温度を高め、パティキュレートフィルタの温度を再生温度(例えば約330℃以上)に高めることによりパティキュレートを燃焼させる強制再生を行うことが考えられている。   Therefore, at the stage where the accumulated amount of particulates on the particulate filter has increased, the exhaust gas temperature is increased by performing post injection in addition to normal fuel injection in the diesel engine, and the temperature of the particulate filter is changed to the regeneration temperature ( For example, it is considered to perform forced regeneration by burning the particulates by increasing the temperature to about 330 ° C. or higher.

しかし、この方法の場合は非常に複雑な制御が必要であり、よって制御装置が高価になるという問題がある。   However, this method requires very complicated control, and therefore there is a problem that the control device becomes expensive.

このため、パティキュレートフィルタの前段にバーナ装置を備え、パティキュレートフィルタに対するパティキュレートの堆積量が増加してきた段階において、バーナ装置により燃料を燃焼させてパティキュレートフィルタの温度を再生温度まで高めることによりパティキュレートを燃焼させる強制再生を行うことが考えられている。   For this reason, a burner device is provided in front of the particulate filter, and when the accumulated amount of particulates on the particulate filter has increased, fuel is burned by the burner device to raise the temperature of the particulate filter to the regeneration temperature. It has been considered to perform forced regeneration by burning particulates.

尚、この種のバーナ装置を用いてパティキュレートフィルタを再生する技術に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献1がある。
特開平8−260944号公報
As prior art document information related to a technique for regenerating a particulate filter using this type of burner device, there is Patent Document 1 below.
JP-A-8-260944

しかしながら、ディーゼルエンジンからの排気ガスに単に燃料を噴射して燃焼させるようにした場合には、排気ガスの酸素濃度が低いために燃焼が不安定となり、安定燃焼しないためにパティキュレートフィルタの再生が行われない場合が生じる問題がある。   However, when the fuel is simply injected into the exhaust gas from the diesel engine and burned, the oxygen concentration of the exhaust gas is low and the combustion becomes unstable. There is a problem that may not be done.

一方、前記特許文献1に示されるように、燃料と燃焼用空気を供給するようにしたバーナ装置では、供給する燃料を完全燃焼させられる量の空気をバーナ装置に供給する必要がある。これは、空気が不足した状態では煤が発生して新たな問題を生じてしまうからである。従って、特許文献1ではバーナ装置で完全燃焼するための多くの空気を供給する必要があり、このために大型の空気ポンプを設ける必要があるが、このような大型の空気ポンプはディーゼルエンジンに搭載することが困難である。   On the other hand, as shown in Patent Document 1, in a burner apparatus that supplies fuel and combustion air, it is necessary to supply the burner apparatus with an amount of air that can completely burn the supplied fuel. This is because when air is insufficient, soot is generated and a new problem occurs. Therefore, in Patent Document 1, it is necessary to supply a large amount of air for complete combustion in the burner device. For this reason, it is necessary to provide a large air pump. Such a large air pump is mounted on a diesel engine. Difficult to do.

又、前記したように、バーナ装置で完全燃焼させるようにした場合には、火炎温度が著しく高くなってしまい、このように高温となった火炎がパティキュレートフィルタに導かれると、コージェライトの耐熱温度(約1450℃)を超えてしまうことによって、パティキュレートフィルタが局部的に焼損するという問題を有していた。   In addition, as described above, when complete combustion is performed by the burner device, the flame temperature becomes remarkably high, and when the high-temperature flame is led to the particulate filter, the heat resistance of the cordierite is increased. When the temperature (about 1450 ° C.) is exceeded, there is a problem that the particulate filter burns out locally.

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、少ない空気の供給にてバーナ装置での安定燃焼を可能にしてパティキュレートフィルタの再生を確実に行えるようにすると共に、バーナ装置の火炎により局部的な高温部が生じるのを防止してパティキュレートフィルタの健全性を維持できるようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and enables stable combustion in the burner device with a small amount of air supply so that the particulate filter can be reliably regenerated, and the flame of the burner device can be used locally. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device capable of preventing the occurrence of a typical high temperature part and maintaining the soundness of the particulate filter.

本発明は、内燃機関の排気管にパティキュレートフィルタを備え該パティキュレートフィルタの上流で燃料を噴射して燃焼させることによりパティキュレートフィルタの昇温を行うバーナ装置を備えている排気浄化装置であって、前記排気管に、排気ガスを前記バーナ装置を経由してパティキュレートフィルタへ導く燃焼用ガス流路と、排気ガスをバーナ装置を経由せずにパティキュレートフィルタへ導くバイパス流路とを設け、前記燃焼用ガス流路に空気を供給する空気供給装置を接続し、
前記バーナ装置が、燃焼用ガス流路からの排気ガスに旋回を与えて噴射するスワーラを有し、
前記空気供給装置が、電動モータによりピストンを往復動させて圧縮空気を生成するレシプロコンプレッサと該レシプロコンプレッサの圧縮空気によって空気を巻き込むようにしたエゼクタとからなり且つ前記内燃機関に備えられるバッテリー充電器の電源によって駆動可能なエアーポンプであり、該エアーポンプは、前記燃焼用ガス流路からバーナ装置に導かれる排気ガスがバーナ装置から噴射される燃料を燃焼させるのに必要な酸素量に対して不足している分だけを供給するものとし、
前記パティキュレートフィルタの前部に、排気ガスを均一温度に加熱するための均熱部材を配置したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
The present invention is an exhaust emission control device that includes a particulate filter in an exhaust pipe of an internal combustion engine, and a burner device that raises the temperature of the particulate filter by injecting and burning fuel upstream of the particulate filter. The exhaust pipe is provided with a combustion gas flow path for guiding the exhaust gas to the particulate filter via the burner device and a bypass flow path for guiding the exhaust gas to the particulate filter without going through the burner device. Connecting an air supply device for supplying air to the combustion gas flow path;
The burner device has a swirler that swirls and injects exhaust gas from the combustion gas flow path;
A battery charger provided in the internal combustion engine, wherein the air supply device includes a reciprocating compressor that reciprocates a piston by an electric motor to generate compressed air and an ejector that entrains air by the compressed air of the reciprocating compressor. The air pump can be driven by a power source of the exhaust gas , and the air pump is used for the amount of oxygen necessary for burning the fuel injected from the burner device by the exhaust gas guided from the combustion gas flow path to the burner device. We will supply only the shortage,
The present invention relates to an exhaust emission control device, characterized in that a heat equalizing member for heating exhaust gas to a uniform temperature is disposed at a front portion of the particulate filter.

上記した本発明の排気浄化装置によれば、内燃機関の排気管に、排気ガスをバーナ装置を経由してパティキュレートフィルタへ導く燃焼用ガス流路と、排気ガスをバーナ装置を経由せずにパティキュレートフィルタへ導くバイパス流路とを設け、前記燃焼用ガス流路に空気を供給する空気供給装置を接続したので、内燃機関の運転状態によって排気ガス中の酸素濃度が低い状態が生じても、空気が供給された燃焼用ガス流路からの排気ガスによって燃料噴射ノズルから噴射される燃料を安定して確実に燃焼させることができ、よってパティキュレートフィルタの再生を常に安定して行える効果がある。   According to the above-described exhaust purification apparatus of the present invention, the combustion gas flow path that guides the exhaust gas to the particulate filter via the burner device, and the exhaust gas without passing through the burner device, to the exhaust pipe of the internal combustion engine Since a bypass flow path leading to the particulate filter is provided and an air supply device for supplying air to the combustion gas flow path is connected, even if the oxygen concentration in the exhaust gas is low due to the operating state of the internal combustion engine The fuel injected from the fuel injection nozzle can be stably and reliably burned by the exhaust gas from the combustion gas flow path to which air is supplied, so that the particulate filter can always be regenerated stably. is there.

燃焼用ガス流路からバーナ装置に導かれる排気ガスがバーナ装置から噴射される燃料を燃焼させるのに必要な酸素量に対して不足している分を前記空気供給装置によって供給するようにしたので、空気供給装置を少流量の空気を供給する小型のものとすることができる効果がある。   Since the exhaust gas introduced from the combustion gas flow path to the burner device is supplied by the air supply device, the amount of oxygen required to burn the fuel injected from the burner device is insufficient. There is an effect that the air supply device can be made small to supply a small amount of air.

又、前記したように空気が供給された排気ガスと燃料噴射ノズルから噴射される燃料とが混合して緩慢燃焼が行われ、更にその後バイパス流路からの排気ガスが混合されて緩慢燃焼が行われることにより、局部的な高温部が生じる問題を防止でき、よってパティキュレートフィルタが局部的に焼損するといった問題を防止できる効果がある。   In addition, as described above, the exhaust gas supplied with air and the fuel injected from the fuel injection nozzle are mixed to perform slow combustion, and then the exhaust gas from the bypass passage is mixed to perform slow combustion. Therefore, it is possible to prevent a problem that a local high temperature part is generated, and thus to prevent a problem that the particulate filter is locally burned out.

又、バーナ装置が、燃焼用ガス流路からの排気ガスに旋回を与えて噴射するスワーラを有することにより、バーナ装置から噴射される燃料を更に安定して均一に燃焼させられる効果がある。   Further, since the burner device has a swirler that swirls and injects exhaust gas from the combustion gas flow path, there is an effect that the fuel injected from the burner device can be more stably and uniformly burned.

又、空気供給装置として、電動モータによりピストンを往復動させて圧縮空気を生成するレシプロコンプレッサと該レシプロコンプレッサの圧縮空気によって電動モータによりピストンを往復動させて圧縮空気を生成するレシプロコンプレッサと該レシプロコンプレッサの圧縮空気によって空気を巻き込むようにしたエゼクタとからなり且つ前記内燃機関に備えられるバッテリー充電器の電源によって駆動可能なエアーポンプを備え、しかも、該エアーポンプは、前記燃焼用ガス流路からバーナ装置に導かれる排気ガスがバーナ装置から噴射される燃料を燃焼させるのに必要な酸素量に対して不足している分だけを供給するものとしたことにより、小型の空気供給装置によりバーナ装置での燃料の燃焼に必要な酸素の不足分を供給することができ、よって、空気供給装置を内燃機関に容易に搭載できる効果がある。 Further, as an air supply device, a reciprocating compressor that reciprocates a piston by an electric motor to generate compressed air, a reciprocating compressor that reciprocates a piston by an electric motor by the compressed air of the reciprocating compressor, and the reciprocating compressor And an air pump that is driven by a power source of a battery charger provided in the internal combustion engine. The air pump is connected to the combustion gas flow path. The exhaust gas introduced to the burner device supplies only the amount of oxygen necessary for burning the fuel injected from the burner device, so that the burner device can be operated by a small air supply device. Supply the shortage of oxygen required for fuel combustion Can, therefore, there is an effect of easily mounting the air supply system to the internal combustion engine.

又、パティキュレートフィルタの前部に、排気ガスを均一温度に加熱するための均熱部材を配設することにより、パティキュレートフィルタに導かれる排気ガスの温度を更に均一化することができ、よってパティキュレートフィルタが局部的に焼損するといった問題を更に確実に防止できる効果がある。   In addition, by arranging a heat equalizing member for heating the exhaust gas to a uniform temperature at the front part of the particulate filter, the temperature of the exhaust gas guided to the particulate filter can be made more uniform. There is an effect that the problem that the particulate filter is locally burned out can be prevented more reliably.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における符号1はディーゼルエンジン(内燃機関)であり、2は内部にパティキュレートフィルタ3が収納されたフィルタケースを示している。   FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a diesel engine (internal combustion engine), and 2 denotes a filter case in which a particulate filter 3 is housed. .

パティキュレートフィルタ3は、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造を成しており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集され、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。   The particulate filter 3 has a porous honeycomb structure made of ceramic such as cordierite, and the inlets of the respective flow paths partitioned in a lattice pattern are alternately sealed, and the inlets are not sealed. The outlet of the passage is sealed, and the particulates in the exhaust gas are collected on the inner surface of the porous thin wall, and the exhaust that permeates the porous thin wall that defines each flow path. Only gas is discharged downstream.

更に、前記パティキュレートフィルタ3の上流(図1の上側)におけるフィルタケース2の中心位置には、後側のパティキュレートフィルタ3に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズル4を設け、更に該燃料噴射ノズル4の先端部近傍には放電によって燃料に着火するようにした放電端子5(着火手段)を設けている。   Further, a fuel injection nozzle 4 for injecting fuel toward the particulate filter 3 on the rear side is provided at the center position of the filter case 2 upstream of the particulate filter 3 (upper side in FIG. 1). A discharge terminal 5 (ignition means) adapted to ignite the fuel by discharge is provided near the tip of the nozzle 4.

軽油からなる燃料が収容された燃料タンク6の燃料は、低圧の燃料供給ポンプ7によって前記ディーゼルエンジン1のエンジンポンプに供給されるようになっており、更に、燃料供給ポンプ7からの燃料の一部は、高圧の噴射用ポンプ8及び燃料弁9を介して前記燃料噴射ノズル4に供給されるようになっている。   The fuel in the fuel tank 6 in which the fuel made of light oil is stored is supplied to the engine pump of the diesel engine 1 by the low-pressure fuel supply pump 7. The unit is supplied to the fuel injection nozzle 4 via a high-pressure injection pump 8 and a fuel valve 9.

前記フィルタケース2の前端(上端)内部には、燃料噴射ノズル4の先端を包囲する燃焼用開口10が形成された燃焼ガス導入室11を有する前部チャンバ12が設けてあり、該前部チャンバ12の後側(下側)には、筒形の希釈室13を形成していると共に後部内周面に排気ガスを噴出するための希釈用開口14を有する希釈チャンバ15が設けてある。   Inside the front end (upper end) of the filter case 2 is provided with a front chamber 12 having a combustion gas introduction chamber 11 in which a combustion opening 10 surrounding the tip of the fuel injection nozzle 4 is formed. 12 is provided with a dilution chamber 15 which forms a cylindrical dilution chamber 13 and has a dilution opening 14 for injecting exhaust gas to the rear inner peripheral surface.

又、前部チャンバ12の燃焼用開口10には、図2に示す如く、複数の羽根16aを備えて燃料噴射ノズル4の周りから排気ガスGに旋回S(スワール)を与えて噴射するようにしたスワーラ16を設けている。   Further, as shown in FIG. 2, the combustion opening 10 of the front chamber 12 is provided with a plurality of blades 16a so as to inject the exhaust gas G from around the fuel injection nozzle 4 with a swirl S (swirl) and inject it. The swirler 16 is provided.

更に、パティキュレートフィルタ3の前部(上部)には、排気ガスを均一温度に加熱するためのポーラス材等からなる均熱部材17を設けている。   Furthermore, a soaking member 17 made of a porous material or the like for heating the exhaust gas to a uniform temperature is provided at the front part (upper part) of the particulate filter 3.

そして、前記燃料噴射ノズル4と、放電端子5と、燃焼ガス導入室11に設けたスワーラ16とによってバーナ装置18が構成されており、更に、該バーナ装置18と、希釈チャンバ15と、前記均熱部材17とによってパティキュレートフィルタ再生バーナ19が構成されている。   The fuel injection nozzle 4, the discharge terminal 5, and the swirler 16 provided in the combustion gas introduction chamber 11 constitute a burner device 18, and further, the burner device 18, the dilution chamber 15, and the leveling device. A particulate filter regeneration burner 19 is constituted by the heat member 17.

一方、前記ディーゼルエンジン1からの排気ガスGを導出する排気管20には、排気ガスGを前記燃焼ガス導入室11に供給することによりバーナ装置18における燃料噴射ノズル4の周りのスワーラ16から希釈チャンバ15の内側を通してパティキュレートフィルタ3へ導くようにした燃焼用ガス流路21と、排気ガスGを燃料噴射ノズル4を経由せずに迂回し、希釈チャンバ15の希釈室13及び希釈用開口14を通してパティキュレートフィルタ3へ導くようにしたバイパス流路22とに二股状に分岐した分岐部を形成している。更に、燃焼用ガス流路21とバイパス流路22の分岐部には、通常時には燃焼用ガス流路21を閉じて排気ガスGをバイパス流路22に流し、パティキュレートフィルタ3の再生時には排気ガスGの一部を燃焼用ガス流路21へ導くように作動するダンパ23を備えている。尚、ダンパ23に代えて流路切換弁を用いるようにしてもよく、更に、燃焼用ガス流路21に導く排気ガスGの流量を調節できるようになっていてもよい。   On the other hand, the exhaust pipe 20 for leading the exhaust gas G from the diesel engine 1 is diluted from the swirler 16 around the fuel injection nozzle 4 in the burner device 18 by supplying the exhaust gas G to the combustion gas introduction chamber 11. The combustion gas flow path 21 that is guided to the particulate filter 3 through the inside of the chamber 15 and the exhaust gas G are bypassed without passing through the fuel injection nozzle 4, and the dilution chamber 13 and the dilution opening 14 of the dilution chamber 15 are bypassed. A bifurcated branch portion is formed in the bypass flow path 22 that is led to the particulate filter 3. Further, at a branch portion of the combustion gas flow path 21 and the bypass flow path 22, the combustion gas flow path 21 is normally closed and the exhaust gas G is allowed to flow to the bypass flow path 22, and the exhaust gas is regenerated when the particulate filter 3 is regenerated. A damper 23 is provided that operates to guide a part of G to the combustion gas flow path 21. A flow path switching valve may be used instead of the damper 23, and the flow rate of the exhaust gas G guided to the combustion gas flow path 21 may be adjusted.

又、前記ダンパ23は設けることなく、燃焼用ガス流路21とバイパス流路22とに所定の割合で排気ガスGが流動されるように予め夫々の断面積等を設定しておくようにしてもよい。   Further, without providing the damper 23, the respective cross-sectional areas and the like are set in advance so that the exhaust gas G flows through the combustion gas passage 21 and the bypass passage 22 at a predetermined ratio. Also good.

更に、前記燃焼用ガス流路21には、空気24を供給することによって、燃焼ガス導入室11に供給される排気ガスG中の酸素濃度を高めるようにした空気供給装置25を接続している。図1中、25'は逆止弁である。空気供給装置25は、前記排気ガスGの圧力よりも高い圧力の空気24を供給でき、且つディーゼルエンジン1の燃焼によって酸素濃度が低下した排気ガスGの酸素濃度を、前記燃料噴射ノズル4から噴射される燃料を安定燃焼させ得る濃度まで高められる量の空気24を供給できるものを用いる。   Further, an air supply device 25 is connected to the combustion gas passage 21 so as to increase the oxygen concentration in the exhaust gas G supplied to the combustion gas introduction chamber 11 by supplying air 24. . In FIG. 1, reference numeral 25 'denotes a check valve. The air supply device 25 can supply the air 24 having a pressure higher than the pressure of the exhaust gas G, and injects the oxygen concentration of the exhaust gas G whose oxygen concentration is reduced by the combustion of the diesel engine 1 from the fuel injection nozzle 4. What can supply the air 24 in an amount that can be increased to a concentration that can stably burn the fuel to be used.

この時、空気供給装置25としては、ディーゼルエンジン1に備えられるバッテリー充電器の電源(例えばDC12V)によって駆動できるものが好ましい。このため、本発明者らは種々のポンプについて検討を行った結果、図3に示すように、複数のターボファン26(図3では2個)を直列に接続して電動モータ27で駆動するようにしたエアーポンプ28が採用できることを見出した。このエアーポンプ28によれば、小型で排気ガスGの圧力より高い圧力で空気24を供給でき、しかもバーナ装置18で必要な酸素量に対して不足する酸素を供給できる空気24の供給量を確保でき、且つ、ディーゼルエンジン1に容易に搭載することができる。   At this time, the air supply device 25 is preferably one that can be driven by a power source (for example, DC 12 V) of a battery charger provided in the diesel engine 1. For this reason, as a result of studying various pumps, the present inventors have connected a plurality of turbofans 26 (two in FIG. 3) in series and driven by the electric motor 27 as shown in FIG. It has been found that the air pump 28 can be used. According to the air pump 28, the air 24 can be supplied at a pressure that is small and higher than the pressure of the exhaust gas G, and the supply amount of the air 24 that can supply insufficient oxygen with respect to the oxygen amount necessary for the burner device 18 is secured. And can be easily mounted on the diesel engine 1.

又、前記空気供給装置25としては、図4に示すように、図示しない電動モータによりピストン29を往復動させて圧縮空気を生成するレシプロコンプレッサ30と、該レシプロコンプレッサ30からの圧縮空気によって空気を巻き込むようにしたエゼクタ31とからなるエアーポンプ32が採用できることを見出した。このエアーポンプ32によっても、小型で前記圧力と供給量を保持して空気24を供給することができ、且つ、ディーゼルエンジン1に容易に搭載することができる。   As shown in FIG. 4, the air supply device 25 includes a reciprocating compressor 30 that reciprocates a piston 29 by an electric motor (not shown) to generate compressed air, and air is compressed by compressed air from the reciprocating compressor 30. It has been found that an air pump 32 comprising an ejector 31 that is to be wound can be employed. The air pump 32 can also be small in size, can supply the air 24 while maintaining the pressure and supply amount, and can be easily mounted on the diesel engine 1.

図1中、33は制御装置(ECU)であり、この制御装置33には、ディーゼルエンジン1において検出される回転数信号34とスロットル開度信号35が入力されており、更に、前記パティキュレートフィルタ3の前後の圧力差を検出する差圧計36からの差圧信号37が入力されており、この差圧信号37によって制御装置33はパティキュレートフィルタ3におけるパティキュレートの堆積状況を計測するようにしている。   In FIG. 1, reference numeral 33 denotes a control device (ECU), to which a rotational speed signal 34 and a throttle opening signal 35 detected in the diesel engine 1 are input. Further, the particulate filter The differential pressure signal 37 from the differential pressure gauge 36 for detecting the pressure difference before and after 3 is input, and the control device 33 measures the particulate accumulation state in the particulate filter 3 by the differential pressure signal 37. Yes.

そして、制御装置33は、通常時には燃焼用ガス流路21を閉じるようにダンパ23を作動させ、これによって、全ての排気ガスGをバイパス流路22により希釈チャンバ15の希釈室13へ供給し、希釈用開口14を通してパティキュレートフィルタ3へ導くことによりパティキュレートの補集を行うようにしている。   Then, the control device 33 operates the damper 23 so as to close the combustion gas passage 21 at normal times, thereby supplying all the exhaust gas G to the dilution chamber 13 of the dilution chamber 15 through the bypass passage 22. The particulates are collected by being guided to the particulate filter 3 through the dilution opening 14.

パティキュレートフィルタ3にパティキュレートが堆積されると、目詰まりによって排気抵抗が増加するので、前記差圧計36からの差圧信号37を入力している制御装置33は、パティキュレートフィルタ3へのパティキュレートの堆積を計測する。そして、パティキュレートの堆積が計測されると、制御装置33は、排気ガスGの一部を前記燃焼用ガス流路21に供給するようにダンパ23を作動させると共に、前記空気供給装置25を作動させて空気24を前記燃焼用ガス流路21に供給するようにし、更に高圧の噴射用ポンプ8を作動させると共に燃料弁9を開けて燃料噴射ノズル4に燃料を供給し、且つ、放電端子5(着火手段)により点火を行う。これにより、バーナ装置18による火炎Fが形成され、更に、この火炎Fは、前記バイパス流路22により希釈室13に供給されて希釈用開口14から噴出される排気ガスGと混合された後、均熱部材17により均一に加熱されて前記パティキュレートフィルタ3に供給され、これにより、パティキュレートフィルタ3に堆積したパティキュレートは燃焼除去されてパティキュレートフィルタの再生が行われるようになっている。   When particulates are deposited on the particulate filter 3, exhaust resistance increases due to clogging. Therefore, the control device 33 receiving the differential pressure signal 37 from the differential pressure gauge 36 does not supply particulates to the particulate filter 3. Measure curate deposition. When the accumulation of particulates is measured, the control device 33 operates the damper 23 so as to supply a part of the exhaust gas G to the combustion gas flow path 21 and operates the air supply device 25. The air 24 is supplied to the combustion gas flow path 21, the high-pressure injection pump 8 is operated, the fuel valve 9 is opened to supply fuel to the fuel injection nozzle 4, and the discharge terminal 5. Ignition is performed by (ignition means). Thereby, the flame F by the burner device 18 is formed, and further, this flame F is supplied to the dilution chamber 13 by the bypass flow path 22 and mixed with the exhaust gas G ejected from the dilution opening 14. The heat is uniformly heated by the heat equalizing member 17 and supplied to the particulate filter 3, whereby the particulate deposited on the particulate filter 3 is burned and removed to regenerate the particulate filter.

以下に、上記形態の作動を説明する。   The operation of the above embodiment will be described below.

図1の排気浄化装置の通常時には、制御装置33が燃焼用ガス流路21を閉じるようにダンパ23を作動しており、これにより、全ての排気ガスGはバイパス流路22によって希釈チャンバ15の希釈室13へ供給され、希釈用開口14を通してパティキュレートフィルタ3へ導かれることによりパティキュレートの補集が行われる。この時、前記ダンパ23は設けることなく、燃焼用ガス流路21とバイパス流路22とに所定の割合で排気ガスGが流動されるようにしてもよい。しかし、ダンパ23を設けない場合には、バーナ装置18に常時排気ガスGが流れることになるため、燃料噴射ノズル4が排気ガスGにより加熱されて燃料噴射ノズル4内で燃料がコーキングする問題が考えられるため、このコーキングの問題を防止するための手段を講じる必要があるが、前記したように、ダンパ23を設けて通常時は燃焼用ガス流路21へは排気ガスGを流さないようにすることによって、燃料噴射ノズル4内で燃料がコーキングする問題の発生を防止することは好ましい。   During normal operation of the exhaust gas purification apparatus of FIG. 1, the control device 33 operates the damper 23 so as to close the combustion gas flow path 21, whereby all the exhaust gas G is sent to the dilution chamber 15 by the bypass flow path 22. The particulates are collected by being supplied to the dilution chamber 13 and guided to the particulate filter 3 through the dilution opening 14. At this time, the exhaust gas G may flow through the combustion gas passage 21 and the bypass passage 22 at a predetermined ratio without providing the damper 23. However, when the damper 23 is not provided, the exhaust gas G always flows through the burner device 18, so that the fuel injection nozzle 4 is heated by the exhaust gas G and the fuel is coked in the fuel injection nozzle 4. Therefore, it is necessary to take measures to prevent this coking problem. However, as described above, the damper 23 is provided so that the exhaust gas G does not flow into the combustion gas passage 21 in the normal state. By doing so, it is preferable to prevent the problem of fuel coking in the fuel injection nozzle 4.

パティキュレートフィルタ3にパティキュレートが堆積すると、差圧計36からの差圧信号37を入力している制御装置33はパティキュレートフィルタ3へのパティキュレートの堆積を計測する。   When the particulates accumulate on the particulate filter 3, the control device 33 receiving the differential pressure signal 37 from the differential pressure gauge 36 measures the particulate accumulation on the particulate filter 3.

パティキュレートの堆積が計測されると、制御装置33は、排気ガスGの一部を前記燃焼用ガス流路21に供給するようにダンパ23を作動させると共に、前記空気供給装置25を作動させて空気24を前記燃焼用ガス流路21に供給するようにし、更に高圧の噴射用ポンプ8を作動させると共に燃料弁9を開けて燃料噴射ノズル4に燃料を供給し、且つ、放電端子5(着火手段)により点火を行う。これにより、バーナ装置18による火炎Fが形成される。   When the accumulation of particulates is measured, the control device 33 operates the damper 23 and supplies the air supply device 25 so as to supply a part of the exhaust gas G to the combustion gas passage 21. Air 24 is supplied to the combustion gas passage 21, the high-pressure injection pump 8 is operated, the fuel valve 9 is opened to supply fuel to the fuel injection nozzle 4, and the discharge terminal 5 (ignition) Means). Thereby, the flame F by the burner apparatus 18 is formed.

バーナ装置18の火炎Fは、前記バイパス流路22から希釈室13に供給されて希釈用開口14から噴出される排気ガスGと混合された後、均熱部材17により均一に加熱されて前記パティキュレートフィルタ3に供給されるので、パティキュレートフィルタ3に堆積したパティキュレートは燃焼除去されてパティキュレートフィルタ3の再生が行われる。   The flame F of the burner device 18 is mixed with the exhaust gas G supplied from the bypass flow path 22 to the dilution chamber 13 and ejected from the dilution opening 14, and is then uniformly heated by the heat equalizing member 17 to form the patties. Since the particulate filter 3 is supplied to the particulate filter 3, the particulate matter deposited on the particulate filter 3 is burned and removed, and the particulate filter 3 is regenerated.

上記したように、バイパス流路22と分岐した燃焼用ガス流路21に、空気供給装置25により空気24を供給するようにしたので、ディーゼルエンジン1の運転状態によって排気ガスG中の酸素濃度が低い状態が生じても、空気24が供給された燃焼用ガス流路21からの排気ガスGによって燃料噴射ノズル4から噴射される燃料を安定して確実に燃焼させることができ、従って、パティキュレートフィルタ3の再生を常に安定して行うことができる。   As described above, since the air 24 is supplied to the combustion gas passage 21 branched from the bypass passage 22 by the air supply device 25, the oxygen concentration in the exhaust gas G varies depending on the operation state of the diesel engine 1. Even if a low state occurs, the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 can be stably and reliably burned by the exhaust gas G from the combustion gas flow path 21 to which the air 24 is supplied. The regeneration of the filter 3 can always be performed stably.

この時、バーナ装置18に、燃焼用ガス流路21からの排気ガスGに旋回を与えて噴射するスワーラ16を有しているので、バーナ装置18から噴射される燃料は更に安定して均一に燃焼されるようになる。   At this time, since the burner device 18 has the swirler 16 that swirls and injects the exhaust gas G from the combustion gas flow path 21, the fuel injected from the burner device 18 is more stable and uniform. It will be burned.

又、空気供給装置25では、燃焼用ガス流路21からバーナ装置18に導かれる排気ガスGがバーナ装置18から噴射される燃料を燃焼させるのに必要な酸素量に対して不足している分だけを供給すれば良いため、空気供給装置25は少流量の空気を供給する小型のものとすることができる。   Further, in the air supply device 25, the exhaust gas G introduced from the combustion gas flow path 21 to the burner device 18 is insufficient relative to the amount of oxygen necessary for burning the fuel injected from the burner device 18. Therefore, the air supply device 25 can be made small to supply a small amount of air.

従って、空気供給装置25として、図3に示すように、複数のターボファン26を直列に接続したエアーポンプ28を備えたり、或いは、図4に示すように、レシプロコンプレッサ30と該レシプロコンプレッサ30の圧縮空気によって作動するエゼクタ31とからなるエアーポンプ32を備えることによって、例えばディーゼルエンジン1に備えられるバッテリー充電器の電源(例えばDC12V)によって駆動できる小型のエアーポンプ28、32を採用することができ、従って、前記空気供給装置25をディーゼルエンジン1に搭載することが可能になる。   Therefore, as shown in FIG. 3, the air supply device 25 includes an air pump 28 in which a plurality of turbo fans 26 are connected in series. Alternatively, as shown in FIG. 4, the reciprocating compressor 30 and the reciprocating compressor 30 By providing an air pump 32 including an ejector 31 that is operated by compressed air, for example, small air pumps 28 and 32 that can be driven by a power source (for example, DC 12V) of a battery charger provided in the diesel engine 1 can be employed. Therefore, the air supply device 25 can be mounted on the diesel engine 1.

又、前記したように空気供給装置25によって空気24が供給された排気ガスGと燃料噴射ノズル4から噴射される燃料とが混合することにより緩慢燃焼が行われ、更にその後バイパス流路22から希釈室13に供給された排気ガスGが混合されて緩慢燃焼が行われることにより、局部的な高温部が生じる問題を防止できる。更に、パティキュレートフィルタ3の前部に、排気ガスGを均一温度に加熱するための均熱部材17を配設しているので、パティキュレートフィルタ3に導かれる排気ガスGの温度が更に均一化されるようになる。このように、パティキュレートフィルタ再生バーナ19により排気ガスGの温度が均一化されてパティキュレートフィルタ3に導かれるようになるので、パティキュレートフィルタ3が局部的に焼損するといった問題の発生を確実に防止することができる。   Further, as described above, the exhaust gas G supplied with the air 24 by the air supply device 25 and the fuel injected from the fuel injection nozzle 4 are mixed, so that slow combustion is performed. By mixing the exhaust gas G supplied to the chamber 13 and performing slow combustion, it is possible to prevent a problem that a local high temperature portion is generated. Further, since the heat equalizing member 17 for heating the exhaust gas G to a uniform temperature is disposed at the front part of the particulate filter 3, the temperature of the exhaust gas G guided to the particulate filter 3 is further uniformized. Will come to be. In this way, the temperature of the exhaust gas G is made uniform by the particulate filter regeneration burner 19 and is guided to the particulate filter 3, so that the problem that the particulate filter 3 is locally burned can be surely generated. Can be prevented.

尚、本発明の排気浄化装置は、図示の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   It should be noted that the exhaust emission control device of the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明を実施する形態の一例を示す全体概略図である。1 is an overall schematic diagram illustrating an example of an embodiment for carrying out the present invention. バーナ装置の一部を構成するスワーラの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the swirler which comprises some burner apparatuses. 本発明の装置に用いられる空気供給装置の参考例を示す概略図である。It is the schematic which shows the reference example of the air supply apparatus used for the apparatus of this invention. 本発明の装置に用いられる空気供給装置の例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the air supply apparatus used for the apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
3 パティキュレートフィルタ
16 スワーラ
17 均熱部材
18 バーナ装置
20 排気管
21 燃焼用ガス流路
22 バイパス流路
24 空気
25 空気供給装置
26 ターボファン
28 エアーポンプ
30 レシプロコンプレッサ
31 エゼクタ
32 エアーポンプ
G 排気ガス
1 Diesel engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Particulate filter 16 Swirler 17 Soaking | uniform-heating member 18 Burner apparatus 20 Exhaust pipe 21 Combustion gas flow path 22 Bypass flow path 24 Air 25 Air supply apparatus 26 Turbo fan 28 Air pump 30 Reciprocating compressor 31 Ejector 32 Air pump G Exhaust gas

Claims (1)

内燃機関の排気管にパティキュレートフィルタを備え該パティキュレートフィルタの上流で燃料を噴射して燃焼させることによりパティキュレートフィルタの昇温を行うバーナ装置を備えている排気浄化装置であって、前記排気管に、排気ガスを前記バーナ装置を経由してパティキュレートフィルタへ導く燃焼用ガス流路と、排気ガスをバーナ装置を経由せずにパティキュレートフィルタへ導くバイパス流路とを設け、前記燃焼用ガス流路に空気を供給する空気供給装置を接続し、
前記バーナ装置が、燃焼用ガス流路からの排気ガスに旋回を与えて噴射するスワーラを有し、
前記空気供給装置が、電動モータによりピストンを往復動させて圧縮空気を生成するレシプロコンプレッサと該レシプロコンプレッサの圧縮空気によって空気を巻き込むようにしたエゼクタとからなり且つ前記内燃機関に備えられるバッテリー充電器の電源によって駆動可能なエアーポンプであり、該エアーポンプは、前記燃焼用ガス流路からバーナ装置に導かれる排気ガスがバーナ装置から噴射される燃料を燃焼させるのに必要な酸素量に対して不足している分だけを供給するものとし、
前記パティキュレートフィルタの前部に、排気ガスを均一温度に加熱するための均熱部材を配置したことを特徴とする排気浄化装置。
An exhaust gas purification apparatus comprising a burner device that includes a particulate filter in an exhaust pipe of an internal combustion engine and injects and burns fuel upstream of the particulate filter to raise the temperature of the particulate filter, A combustion gas flow path for guiding exhaust gas to the particulate filter via the burner device and a bypass flow path for guiding the exhaust gas to the particulate filter without passing through the burner device are provided in the pipe. Connect an air supply device that supplies air to the gas flow path,
The burner device has a swirler that swirls and injects exhaust gas from the combustion gas flow path;
A battery charger provided in the internal combustion engine, wherein the air supply device includes a reciprocating compressor that reciprocates a piston by an electric motor to generate compressed air , and an ejector that entrains air by the compressed air of the reciprocating compressor. The air pump can be driven by a power source of the exhaust gas , and the air pump is used for the amount of oxygen necessary for burning the fuel injected from the burner device by the exhaust gas guided from the combustion gas flow path to the burner device. We will supply only the shortage,
An exhaust gas purification apparatus comprising a heat equalizing member for heating the exhaust gas to a uniform temperature at a front portion of the particulate filter.
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