JP5584260B2 - 排気浄化装置用バーナー - Google Patents

Description

本発明の技術は、エンジンからの排気を浄化する排気浄化装置に適用され、該排気を昇温させる排気浄化装置用バーナーに関する。

従来から、ディーゼルエンジンの排気通路には、排気に含まれる微粒子を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルター（DPF：Diesel Particulate Filter）や、酸化触媒等を備えた排気浄化装置が配設されている。こうした排気浄化装置においては、排気浄化機能を保持する目的で、ＤＰＦが捕捉した微粒子を焼却する再生や、酸化触媒活性化のための排気昇温処理が行なわれる。

例えば、特許文献１には、ＤＰＦや酸化触媒の前段に燃焼器が配設されている。この燃焼器により昇温された排ガスがＤＰＦや酸化触媒に送られて、ＤＰＦが再生され、酸化触媒が活性化される。また、この燃焼器には、燃料ガスと排気とを混合する予混合室が設けられている。予混合気は、不図示の着火装置側に送られる。

特開２００３−４９６３６号公報

しかし、燃料濃度分布が均一な予混合気を形成することは難しく、燃料濃度分布の偏りによって、既燃ガスに少なからず未燃燃料が含まれてしまう。既燃ガス中の未燃燃料は、燃料の無駄な消費につながるため好ましくなく、環境的にも低減することが望ましい。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料濃度分布を均一化して未燃燃料排出量を低減させることができる排気浄化装置用バーナーを提供することにある。

本開示における排気浄化装置用バーナーの態様の一つは、燃焼用空気及び燃料を混合する予混合室と、予混合気が燃焼される燃焼室と、既燃ガスが排出される排出口とを備える筒部と、前記筒部内に前記燃焼用空気を供給する空気供給口と、前記筒部内に燃料を供給する燃料供給口と、前記燃焼室内の前記予混合気に着火する着火部とを備えるとともに、前記筒部は、前記予混合室の上流側に設けられ、旋回中心方向を燃料噴射方向に対応させた旋回流を生成する旋回流生成部と、前記予混合室内であって前記旋回流生成部よりも下流側に設けられ、前記旋回流に取り込まれた前記燃料を拡散させる拡散部とをさらに備える。

この態様によれば、旋回流生成部により生成された旋回流の中心に対し燃料が噴射されるため、燃料は旋回流に巻き込まれながら、旋回流の中心から外側に向かって拡散する。また、拡散部によって、燃料が、予混合室内にさらに拡散されるので、濃度分布の偏りを極力小さくすることができる。従って、予混合気が燃焼室に供給される前段階で、筒部の径方向における燃料濃度分布が均一化されるため、燃料濃度分布の偏りによって生じる未燃燃料の排出量を低減することができる。

本開示における排気浄化装置用バーナーの他の態様は、前記拡散部は、前記筒部の内径よりも小さい直径を有する連通孔を備えている。
この態様によれば、旋回流生成部の下流側に、連通孔を備えた拡散部が設けられるので、予混合気は、旋回状態を保ったまま連通孔を通過し、その下流側に排出される。さらに、連通孔の出口付近では流速を増した縮流が生じ、連通孔よりも下流は上流よりも減圧される。このため、予混合室では、縮流内の燃料が旋回しながら一気に拡散する。このため、燃焼室に供給される予混合気の燃料濃度分布を、筒部の径方向において均一化することができる。

本開示における排気浄化装置用バーナーの他の態様は、前記拡散部の連通孔は、燃料噴射方向での中心線上に設けられている。
この態様によれば、拡散部の連通孔は、噴射中心線上に設けられているので、噴射された燃料の大部分を拡散部の下流へ排出することができる。このため、燃料が連通孔に流入せずに筒部内周面側に拡散する量を低減できるため、燃焼に寄与しない燃料量を低減することができる。

本開示における排気浄化装置用バーナーの他の態様は、前記連通孔の直径は、前記筒部の内径に対し、０．２５以上０．３３以下の比率を有する。
この態様によれば、連通孔の内径は、筒部の内径に対し上記範囲の比率を有するので、筒部の径方向において燃料濃度の偏りがない予混合気を燃焼室に供給することができる。

本開示における排気浄化装置用バーナーの他の態様は、前記拡散部は、前記燃料噴射方向に対応する遮蔽部と、該遮蔽部の周囲に設けられた開口と、該開口から送出された前記予混合気を一定の方向に沿って旋回させる旋回翼とを備える。

この態様によれば、旋回流の中心に噴射された燃料が遮蔽部に衝突するため、予混合気中にせん断力が生じ、燃料及び燃焼用空気の混合が促進される。また、混合された予混合気が開口を通じて予混合室の下流側に排出される際に、旋回翼により旋回流が生成されるので、予混合室の下流側で、予混合気が燃焼室の径方向においてさらに混合される。このため、燃焼室に供給される予混合気の燃料濃度分布を均一化することができる。

本開示における排気浄化装置用バーナーの他の態様は、前記旋回翼の傾斜角度は、前記遮蔽部に対し５５°以上７０°以下である。
この態様によれば、旋回流を生成する旋回翼の傾斜角度が上記範囲であるため、筒部の径方向において燃料濃度の偏りがない予混合気を燃焼室に供給することができる。

本開示における排気浄化装置用バーナーの他の態様は、前記予混合室と前記燃焼室との間に、多孔板が設けられていることを要旨とする。
この態様によれば、予混合室と燃焼室との間に多孔板が設けられているので、拡散部と燃焼室との間に下流側の予混合室が区画形成される。従って、燃焼室からの逆火を抑制するとともに、予混合室下流側で旋回流が生成されやすくなり、混合効率も高められる。

本発明の排気浄化装置用バーナーを具体化した第１実施形態の概略図。 図１中、２−２線における断面図。 同バーナーに備えられるオリフィスプレートの平面図。 図１中、４−４線における断面図。 図１中、５−５線における断面図。 （ａ）は燃料分布一様度と未燃燃料排出量との関係を示すグラフ、（ｂ）は燃料分布一様度と燃焼安定度との関係を示すグラフ。 （ａ）はオリフィス孔と筒部内径との比率及び燃料分布一様度の関係を示すグラフ、（ｂ）は第２混合室の長さと燃料分布一様度の関係を示すグラフ。 同バーナーにオリフィスプレートを設けたときと、省略したときの未燃燃料排出量を比較したグラフ。 本発明の排気浄化装置用バーナーを具体化した第２実施形態の概略図。 同バーナーに設けられるスワラプレートの平面図。 （ａ）はスワラプレートの旋回翼の切り起こし角度と燃料分布一様度との関係を示すグラフ、（ｂ）は第２混合室の長さと内径との比率及び燃料分布一様度の関係を示すグラフ。 同バーナーにスワラプレートを設けたときと、省略したときの未燃燃料排出量を比較したグラフ。

（第１実施形態）
以下、本発明の排気浄化装置用バーナーを具体化した第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

図１に示すように、ディーゼルエンジン１０の排気通路１１には、排気中に含まれる微粒子を吸着するＤＰＦ１２が搭載されている。ＤＰＦ１２は、例えば多孔質の炭化ケイ素からなるハニカム構造を有し、その内側に排気中の微粒子を捕捉する。このＤＰＦ１２の前段には、排気浄化装置用バーナー２０（以下、単にバーナー２０という。）が設けられている。バーナー２０は、該ＤＰＦ１２に流入する排気を昇温させることでＤＰＦ１２の再生処理を実行する。

バーナー２０は、円筒状の第１の筒部３０と、第１の筒部３０よりも内径が大きい第２の筒部６０とからなる２重筒構造を有している。第１の筒部３０の底部は基板２１によって固定され、底部開口は同じ基板２１によって閉塞されている。第１の筒部３０の頭部開口には、略円環状の噴き出し板３１が設けられ、噴き出し板３１の中央には、排出口としての噴出口３２が貫通形成されている。

第１の筒部３０の基端部には、旋回流生成部を構成する切り起こし片３５が設けられている。図２に示すように、切り起こし片３５は、該基端部の周壁の一部を内側へ切り起こすことにより形成され、基端部の周方向に沿って等間隔に設けられている。この切り起こし片３５が形成されることにより、第１の筒部３０の外側と内側とを連通する第１の導入孔３４が形成されている。

また、図１に示すように、第１の筒部３０の頭部側には、複数の第２の導入孔３６が貫通形成されている。第２の導入孔３６は、円形状をなし、第１の筒部３０の周方向に等間隔で形成されている。

図１に示すように、基板２１のうち、第１の混合室７１の径方向において略中央の位置には、燃料供給部３７の噴射口を固定するための燃料供給口２１Ａが設けられている。燃料供給部３７には、図示されない燃料ポンプと燃料弁とが接続されており、この燃料弁を開くことで、燃料が燃料供給部３７に送り込まれる。送り込まれた燃料は、燃料供給部３７内で気化され、第１の混合室７１に噴射される。

図１に示すように、第１の筒部３０の内側のうち、切り起こし片３５よりも噴出口３２側には、拡散部を構成するオリフィスプレート４０が設けられている。図３に示すように、オリフィスプレート４０は、第１の筒部３０の内径とほぼ同径の円板状に形成され、その外周縁は、第１の筒部３０の内周面に接合されている。またオリフィスプレート４０の中央には、連通孔としてのオリフィス孔４０Ａが貫通形成されている。このオリフィス孔４０Ａの開口面積Ａ２は、第１の筒部３０に設けられた第１の導入孔３４の開口面積を加算した総開口面積Ａ１よりも小さい（即ち、Ａ１＞Ａ２）。図１に示すように、オリフィスプレート４０と、基板２１と、第１の筒部３０の基端部とによって、第１の混合室７１が区画形成される。また図１に示すように、オリフィス孔４０Ａは、燃料噴射方向と対応する位置に設けられており、噴射中心線Ｌ１上に配置されている。

また、図１に示すように、第１の筒部３０の内側のうち、オリフィスプレート４０と第２の導入孔３６との間には、多孔板からなるバーナーヘッド５５が設けられている。このバーナーヘッド５５は、第１の筒部３０の内径とほぼ同径の円板状に形成され、その外周縁が、第１の筒部３０の内周面に接合されている。図４に示すように、このバーナーヘッド５５には、その厚み方向に、多数の円形状の供給孔５５Ａが貫通形成されている。また、バーナーヘッド５５のうち噴出口３２側には、逆火を防止するために金網５７が設けられている。尚、本実施形態では金網５７はバーナーヘッド５５の噴出口３２側に設けたが、基板２１側の側面、又はそれらの側面の両方に設けてもよい。

供給孔５５Ａの総開口面積Ａ３は、オリフィス孔４０Ａの開口面積Ａ２よりも大きい（Ａ３＞Ａ２）。また、供給孔５５Ａの総開口面積Ａ３は、例えば燃料供給量や燃焼用空気の導入量、オリフィス孔４０Ａの開口面積等の各種情報をパラメーターとしたシミュレーションの結果に基づき、火炎Ｆの伝播速度よりも燃焼室７７に流入する予混合気の流速が速くなるように設定される。また、第１の筒部３０内に形成される火炎Ｆの長さは、供給孔５５Ａの数によって調整することが可能である。そのため、供給孔５５Ａの数は、予混合気を燃焼させるのに十分な大きさの燃焼室７７を確保しつつ、バーナー２０の大きさがその時々の仕様に応じたものになるように、火炎長を考慮して設定される。

図１に示すように、このバーナーヘッド５５と、第１の筒部３０の内周面と、オリフィスプレート４０によって、第２の混合室７２が区画形成されている。第２の混合室７２は、第１の混合室７１とオリフィスプレート４０のオリフィス孔４０Ａを介して連通している。これらの第１の混合室７１及び第２の混合室７２により、予混合室７３が構成される。

さらに、バーナーヘッド５５、第１の筒部３０及び噴き出し板３１により、火炎Ｆが形成される燃焼室７７が構成される。燃焼室７７は、バーナーヘッド５５に形成された供給孔５５Ａを介して第２の混合室７２と連通し、噴出口３２を介してＤＰＦ１２へと連通している。この燃焼室７７内であって、第２の導入孔３６の形成位置よりもバーナーヘッド５５側には、点火プラグ６１の着火部６２が挿入されている。

また、図１に示すように、第２の筒部６０は、第１の筒部３０に対して同軸となるように基板２１に固定され、その底部開口は基板２１によって閉塞されている。第２の筒部６０の内周面のうち頭部開口側であって第１の筒部３０の外周面との間に設けられた隙間は、環状の閉塞板６３で閉塞されている。

第２の筒部６０の頭部開口側には、空気供給通路６４の入口が固定される空気供給口６０Ａが設けられている。空気供給口６０Ａは、第２の筒部６０のうち、第１の筒部３０に形成された第２の導入孔３６よりも頭部開口側に設けられている。また、図５に示すように、第２の筒部６０の内周面であって、空気供給口６０Ａの開口近傍には、ガイド板６８が設けられている。ガイド板６８は、その側面が、第２の筒部６０の内周面に沿った方向に対し傾斜した状態で、第２の筒部６０に対し片持ち梁状に固定されている。また、ガイド板６８の傾斜方向は、第１の筒部３０の切り起こし片３５の傾斜方向と同じ向きである。

また、図１に示すように、空気供給通路６４の上流端部は、エンジン１０の吸気通路１３に設けられ、排気通路１１に配設されるタービン１４とともに回転するコンプレッサー１５の下流に接続されている。

さらに空気供給通路６４には、該空気供給通路６４の流路断面積を変更可能な空気弁６５が配設されている。空気弁６５は、図示されない制御部によって開閉制御される。即ち、空気弁６５が開状態にあるとき、吸気通路１３を流れる吸気の一部が、空気供給通路６４から第２の筒部６０内へ導入される。

また、第２の筒部６０の内周面と第１の筒部３０の外周面との間には、燃焼用空気を第１の混合室７１及び燃焼室７７に分配する分配室６７が設けられている。図５に示すように、分配室６７は、環状をなし、第１の筒部３０の周壁を介して第１の筒部３０を囲んでいる。即ち、分配室６７は、第１の筒部３０の基端部に設けられた第１の導入孔３４を介して第１の混合室７１に連通し、第１の筒部３０の略中央に形成された第２の導入孔３６を介して燃焼室７７に連通している。

次に、第１実施形態のバーナー２０の作用について説明する。
ＤＰＦ１２の再生処理が開始されると、空気弁６５が開状態に制御されるとともに、燃料供給部３７及び点火プラグ６１が駆動される。空気弁６５が開状態になると、吸気通路１３を流れる吸気の一部が、燃焼用空気として、空気供給通路６４から、空気供給口６０Ａを介して分配室６７に導入される。このとき、図５に示すように、燃焼用空気は、ガイド板６８に案内されることでその傾斜方向に逆らう方向の流れが抑止され、図５中矢印方向で示すように、一定の方向に旋回しながら噴出口３２側と反対方向へ流れる。

分配室６７に導入された燃焼用空気は、その一部が第２の導入孔３６を介して燃焼室７７に導入される。また、図２に示すように、燃焼用空気の残りは、第１の導入孔３４を介して第１の混合室７１に導入される。上述したように、ガイド板６８の傾斜方向と切り起こし片３５の傾斜方向とが同じ向きとされているため、燃焼用空気は、その旋回の勢いが弱められることなく、むしろ旋回の勢いが強められながら第１の混合室７１に導入される。

切り起こし片３５により生成された旋回流は、第１の筒部３０の径方向における中央部、即ち燃料供給部３７から燃料が供給される領域へ収束しつつ、オリフィス孔４０Ａへ向かう。また上述したように、オリフィス孔４０Ａは噴射中心線Ｌ１上に設けられているので、この燃焼用空気の渦の中心と、燃料供給部３７の燃料噴出方向とが重なり、燃料は旋回流に巻き込まれながら、旋回流の中心から外側に向かって拡散していくとともに、噴射された燃料の大部分がオリフィス孔４０Ａを通過する。このため、第１の筒部３０の内周面に向かう燃料の拡散が防がれ、燃料の無駄な消費が抑制される。

燃焼用空気及び燃料が混合された予混合気は、一定の方向に旋回する流れを保ったまま、オリフィス孔４０Ａの出口から縮流となって第２の混合室７２へ排出される。予混合気は、オリフィス孔４０Ａから排出された時点では、燃料濃度分布にも偏りがある。しかしオリフィス孔４０Ａの出口付近では、縮流が生じるため、オリフィス孔４０Ａの出口付近では大きなせん断力が生じ、第２の混合室７２内において予混合気がさらに混合される。また、オリフィス孔４０Ａの下流は、オリフィス孔４０Ａの上流側よりも減圧されているため、混合気は、第２の混合室７２全体に拡散することができる。

図３に示すオリフィスプレート４０のオリフィス孔４０Ａの直径Ｄ１は、第２の混合室７２の内径Ｄ（図１参照）に対し、０．２５以上０．３３以下の比率にすることが好ましい。オリフィス孔４０Ａの直径Ｄ１を上記範囲にすることによって、予混合気の燃料分布一様度を高めることができる。尚、ここでいう燃料分布一様度とは、燃焼室７７に供給される直前であって、第１の筒部３０の径方向における、予混合気内の燃料濃度分布の一様度である。

燃料分布一様度の算出方法について説明する。燃焼室７７側の複数の測定点で、燃料濃度を測定し、以下の式に従って、各測定点で測定された濃度のばらつきの大きさを算出する。ｒは燃料分布一様度、ｎは燃料濃度の測定点の数、φｉは各測定点で測定された燃料濃度、φａｖｅは平均濃度を示す。燃料分布一様度ｒが１に近付く程、一様度が高いことを示す。

図６（ａ）の横軸は燃料分布一様度を示し、縦軸は既燃ガス中に含まれる未燃燃料排出量を示す。上記式によって算出された燃料分布一様度ｒが１に近付くと、既燃ガス中の未燃燃料排出量（ＨＣ量）がＳ字カーブ状に減少する。この曲線を微分することによって、図６（ｂ）に示す、排出された未燃燃料の変化量と燃料分布一様度との関係を示すグラフを得ることができる。このグラフのうち、燃料分布一様度が０．９未満の範囲は、未燃燃料排出量の変化が大きいか、燃焼が不完全であって、未燃燃料排出量が安定しない。燃料分布一様度が０．９以上になると、燃焼現象、及び未燃燃料排出量が安定する。このため、燃料分布一様度の好適な範囲の下限値（許容下限値という）を、０．９とした。

この燃料分布一様度の許容下限値を用いて、オリフィス孔４０Ａの直径Ｄ１と第２の混合室７２の内径Ｄとの比率を最適化した。異なる直径のオリフィス孔をそれぞれ備えるオリフィスプレートを用いて、燃料分布一様度を上述した方法及び式に基づいて算出したところ、図７（ａ）に示すように、第２の混合室７２の内径Ｄに対するオリフィス孔４０Ａの直径Ｄ１の比率が、０．２５以上０．３３以下である場合に、燃料分布一様度が０．９以上となった。尚、第２の混合室７２の直径Ｄ１に対する長さＬ（図１参照）の比率は、０．８とした。オリフィス孔４０Ａの比率が、その範囲よりも小さいときは、オリフィス孔４０Ａを通過するガスの流速が大きいため、オリフィス下流側の拡散が充分でない。オリフィス孔４０Ａの比率がその範囲を超えるときは、オリフィス孔４０Ａを通過するガスの減圧が十分でないため、オリフィス４０Ａ下流側の拡散が充分でない。

また、オリフィスの効果を高めるため、第２の混合室７２の長さも最適化した。図７（ｂ）に示すように、第２の混合室７２の内径Ｄに対する長さＬの比率を、０．６以上とすると、燃料分布一様度が０．９以上となる。尚、このとき、オリフィス孔４０Ａの直径Ｄ１は、第２の混合室７２の内径Ｄに対し、０．３とした。

このように、第２の混合室７２で混合された予混合気は、バーナーヘッド５５の供給孔５５Ａを介して燃焼室７７に導入される。そして、燃焼室７７に流入した予混合気が着火部６２によって着火されると、燃焼室７７に火炎Ｆが発生して予混合気が燃焼され、既燃ガスが生成される。このとき図１に示すように、着火部６２近傍であって、着火部６２よりも下流には、分配室６７から、第２の導入孔３６を介して燃焼用空気が供給される。その結果、燃焼用空気と既燃ガスとの交換が行われ、燃焼が促進される。

燃焼室７７にて生成された既燃ガスは、噴出口３２を通じて排気通路１１へと供給され排気通路１１内の排気と混合されることでＤＰＦ１２に流入する排気を昇温させる。そして、こうした排気が流入するＤＰＦ１２では、目標温度まで温度が上昇して該ＤＰＦ１２の捕捉していた微粒子が焼却される。

ところで、燃焼室７７内で予混合気が燃焼されると、第１の筒部３０は、高温の既燃ガス等によって加熱される。このため、燃焼開始後、分配室６７を流れる燃焼用空気は、第１の筒部３０を介して伝えられた熱によって昇温する。昇温された燃焼用空気は、第１の導入孔３４を介して第１の混合室７１へ導入される。このため、燃焼開始後は、既に気化している燃料の液化が抑制されるとともに、その時点で液化した燃料は気化が促される。しかも、分配室６７内の燃焼用空気は、第１の筒部３０の回りを旋回している。従って、空気供給通路６４から第１の導入孔３４に向かって直線状に流れる層流に比べ、分配室６７内における燃焼空気の経路が長くなるため、より高い温度の燃焼用空気が第１の混合室７１に導入され、予混合気中の未燃燃料量を低減できる。

図８は、オリフィスプレート４０が設けられたバーナー２０と、オリフィスプレート４０が省略されたバーナーとが排出した未燃燃料排出量を比較した一実験例の結果を示している。オリフィスプレート４０が設けられたバーナー、即ち本実施形態のバーナー２０は、オリフィスプレート４０を省略したバーナーよりも未燃燃料排出量が少ないことが確認された。

以上説明したように、第１実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）第１実施形態によれば、第１の筒部３０は、燃料供給口２１Ａと燃焼室７７との間に予混合室７３と、第１の筒部３０に形成された第１の導入孔３４及び切り起こし片３５により構成され、旋回中心方向を燃料噴射方向に対応させた旋回流を生成する旋回流生成部とを備える。このため、旋回流の中心に対し燃料が噴射されるため、燃料は旋回流に巻き込まれながら、旋回流の中心から外側へ向かって拡散する。また、オリフィスプレート４０によって、燃料が、第２の混合室７２内にさらに拡散されるので、第１の混合室７１で燃料をその中央に噴射したとしても、その濃度分布の偏りを極力小さくすることができる。従って、予混合気が燃焼室７７に供給される前段階で、第１の筒部３０の径方向における燃料の濃度分布が均一化される。その結果、燃料濃度分布の偏りによる未燃燃料の排出量を低減することができる。

（２）第１実施形態によれば、切り起こし片３５の下流側に、オリフィスプレート４０が設けられるので、予混合気は、旋回状態を保ったままオリフィス孔４０Ａを通過し、その下流側に排出される。さらに、オリフィス孔４０Ａの出口付近では、流速を増した縮流が生じ、第２の混合室７２は、第１の混合室７１であってオリフィス孔４０Ａ近傍よりも減圧される。従って、縮流内の燃料が、第２の混合室７２内で旋回しながら一気に拡散する。このため、燃焼室７７に供給される予混合気の燃料濃度分布を、第１の筒部３０の径方向において均一化することができる。

（３）第１実施形態によれば、オリフィス孔４０Ａは、燃料噴射方向である噴射中心線Ｌ１上に設けられている。このため、噴射された燃料の大部分を、第１の筒部３０の内周面まで拡散する前に、縮流として第２の混合室７２へ排出することができる。このため、燃料の無駄な消費を抑制することができる。

（４）第１の実施形態によれば、オリフィス孔４０Ａの直径は、第１の筒部３０の内径に対し、０．２５以上０．３３以下の比率を有する。このため、第１の筒部３０の径方向において燃料濃度の偏りがない予混合気を燃焼室７７に供給することができる。

（５）第１の実施形態によれば、予混合室７３と燃焼室７７との間に、多数の供給孔５５Ａを有するバーナーヘッド５５が設けられている。このため、燃焼室７７からの逆火を抑制するとともに、バーナーヘッド５５が設けられていない場合よりも第２の混合室７２側で旋回流が安定して生成される。このため、第２の混合室７２における混合効率も高められ、燃料濃度分布の偏りが少ない予混合気を燃焼室７７に供給することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図９〜図１２にしたがって説明する。尚、第２実施形態は、第１実施形態のオリフィスプレートを変更したのみの構成であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態のバーナー２０は、第１実施形態のオリフィスプレート４０の替わりに、拡散部としてのスワラプレート８０を備えている。
図１０に示すように、スワラプレート８０は、略円板状をなし、その中央に円形状の閉塞部８０Ａを備えている。また、閉塞部８０Ａを囲む円環状の領域には、複数のスワラ開口８０Ｂが形成されている。スワラ開口８０Ｂは、スワラプレート８０に略コの字の切り込みを入れ、その切り込み部を切り起こすことにより形成されている。

スワラ開口８０Ｂの側部に設けられた旋回翼８０Ｃは、スワラプレート８０の周方向に沿って４０°毎に９箇所に形成されている。各旋回翼８０Ｃは、一定の角度で傾斜し、その傾斜方向は第１の筒部３０の切り起こし片３５と同じ方向である。

次に、第２実施形態のバーナー２０の作用について説明する。第１実施形態と同様に燃焼用空気の流れは、分配室６７によって、第１の混合室７１及び燃焼室７７に分配される。そして、第１の導入孔３４を通過した燃焼用空気は、切り起こし片３５によって旋回しながら第１の混合室７１に導入される。

そして、燃料供給部３７から、旋回流中心に燃料が噴射されることによって、燃焼用空気が燃料を取り込みつつ旋回する。気化した燃料の大部分は、スワラプレート８０の閉塞部８０Ａに衝突する。衝突した燃料は、スワラプレート８０の閉塞部８０Ａを起点として第１の混合室７１に放射状に広がり、第１の混合室７１内の旋回流等に巻き込まれて混合される。そして、燃焼用空気及び燃料からなる予混合気は、スワラ開口８０Ｂから第２の混合室７２に導入される。

旋回翼８０Ｃの閉塞部８０Ａ又はスワラプレート８０の主面に対する傾斜角度は、５５°以上７０°以下が好ましい。図１１（ａ）に示すように、傾斜角度が上記範囲外だと、燃料分布一様度が、第１実施形態で説明した許容下限値を下回る。これは、傾斜角度が上記範囲を下回ると、スワラ開口８０Ｂを通過する流量が少なくなって、燃焼室７７に供給される予混合気が不足し、上記範囲を上回ると、旋回流の強さが十分出なくなるためと推定される。また、図１１（ｂ）に示すように、第２の混合室７２の内径Ｄに対する長さＬの比率は、０．８以上が好ましい。この比率が０．８未満になると、燃料分布一様度が上記許容下限値を下回る。これは、この比率が０．８未満になると、第１の混合室７１内で予混合気が旋回する経路長が短くなり、混合効率が低下するためと考えられる。

スワラ開口８０Ｂから送り出された予混合気は、第２の混合室７２内を、一定の方向に旋回し、第２の混合室７２全体に拡散する。予混合気は、バーナーヘッド５５の供給孔５５Ａを介して燃焼室７７に導入され、着火部６２によって着火される。その結果、燃焼室７７に火炎Ｆが発生して予混合気が燃焼され、既燃ガスが生成される。着火部６２近傍であって、着火部６２よりも下流は、分配室６７から、第２の導入孔３６を介して燃焼用空気が供給される。

燃焼室７７にて生成された既燃ガスは、噴出口３２を通じて排気通路１１へと供給され排気通路１１内の排気と混合されることでＤＰＦ１２に流入する排気を昇温させる。そして、こうした排気が流入するＤＰＦ１２では、目標温度まで温度が上昇して該ＤＰＦ１２の捕捉していた微粒子が焼却される。

図１２は、スワラプレート８０が設けられたバーナー２０と、スワラプレート８０が省略されたバーナーとが排出した未燃燃料排出量を比較した一実験例の結果を示している。スワラプレート８０が設けられたバーナー、即ち本実施形態のバーナー２０は、スワラプレート８０を省略したバーナーよりも未燃燃料排出量が少ないことが確認された。

従って、第２実施形態によれば、第１実施形態に記載の（１）及び（５）の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（６）第２実施形態では、噴射された燃料を燃焼室７７側へ向かって拡散させる拡散部を、スワラプレート８０によって構成した。スワラプレート８０は、燃料噴射方向に対応する閉塞部８０Ａと、閉塞部８０Ａの周囲に設けられたスワラ開口８０Ｂと、スワラ開口８０Ｂの側部に設けられた旋回翼８０Ｃとを備える。従って、旋回流の中心に噴射された燃料は、スワラプレート８０の閉塞部８０Ａに衝突するため、予混合気中にせん断力が生じ、燃料及び燃焼用空気の混合が促進される。また、混合された予混合気がスワラ開口８０Ｂを通じて第２の混合室７２に排出される際に、旋回翼８０Ｃにより旋回流が生成されるので、予混合室の下流側で、予混合気がさらに混合される。このため、燃焼室７７に供給される予混合気の燃料濃度分布を均一化することができる。

（７）上記実施形態では、旋回流を生成する旋回翼８０Ｃの傾斜角度を、５５°以上７０°以下としたため、第１の筒部３０の径方向において燃料濃度の偏りがない予混合気を燃焼室７７に供給することができる。

尚、上記各実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・拡散部として、第１実施形態ではオリフィスプレート４０、第２実施形態ではスワラプレート８０をバーナー２０に設けたが、オリフィスプレート４０及びスワラプレート８０の両方をバーナー２０に設けるようにしてもよい。このとき、予混合気の流れに沿って、オリフィスプレート４０及びスワラプレート８０をどのような順番で設けてもよいが、オリフィスプレート４０を燃料供給口の直下に設けると、噴射された燃料のうち、より多くをオリフィス孔４０Ａの下流に排出することができる。

・第１実施形態では、拡散部としてオリフィスプレート４０を用いたが、内径が入口から出口に向かって連続的に小さくなる漏斗状の管路や、ベンチュリ管等を用いてもよい。要は、第１の筒部３０の内径よりも小さい直径を有する連通孔を備えていれば良い。

・上記各実施形態では、第１の筒部３０の基端側に燃焼用空気を供給可能であれば、第２の筒部６０を省略してもよい。
・空気供給口６０Ａは、第２の筒部６０の中央部等、頭部側以外に形成されていてもよい。また、空気供給口６０Ａは複数設けられていてもよい。

・上記各実施形態では、旋回流生成部を、内側に切り起こした切り起こし片３５によって構成したが、第１の筒部３０の外周に設けられた旋回羽根等、他の形状にしてもよい。
・上記各実施形態では、燃料供給部３７は、内部で燃料を気化させるタイプの装置にしたが、液状の燃料を第１の筒部３０内に噴霧するタイプの装置にしてもよい。

・着火部６２は、点火プラグに加えてグローヒーター、レーザー点火装置、プラズマ点火装置が適宜搭載された構成であってもよい。また、火炎Ｆの生成が可能であれば、グローヒーター、レーザー点火装置、プラズマ点火装置、これらのうちの一つのみが搭載された構成であってもよい。

・燃焼用空気は、吸気通路１３を流れる吸入空気に限らず、ブレーキの空気タンクに接続された配管を流れる空気や、排気浄化装置用バーナー用のブロワによって供給される空気であってもよい。

・排気浄化装置は、ＤＰＦ１２に限らず、排気ガスを浄化する触媒を備えているものであってもよい。こうした構成によれば、バーナー２０によって触媒が昇温されることから、触媒を活性化温度まで早期に昇温させることが可能である。

・排気浄化装置用バーナーの搭載されるエンジンは、ガソリンエンジンであってもよい。

２０…バーナー、２１Ａ…燃料供給口、３０…第１の筒部、３２…噴出口、３５…旋回流生成部を構成する切り起こし片、４０…拡散部としてのオリフィスプレート、４０Ａ…連通孔としてのオリフィス孔、５５…多孔板としてのバーナーヘッド、６０Ａ…空気供給口、６２…着火部、７１…予混合室を構成する第１の混合室、７２…予混合室を構成する第２の混合室、７３…予混合室、７７…燃焼室、８０…拡散部としてのスワラプレート、８０Ａ…遮蔽部、８０Ｂ…スワラ開口、８０Ｃ…旋回翼、Ｌ１…噴射中心線。

Claims (6)

1. 燃焼用空気及び燃料を混合して予混合気を生成するための予混合室と、予混合気を燃焼させて既燃ガスを生成するための燃焼室と、既燃ガスを排出するための排出口とを備える筒部と、
   前記筒部内に前記燃焼用空気を供給するための空気供給口と、
   前記筒部内に燃料を供給するための燃料供給口と、
   前記燃焼室内の前記予混合気に着火するための着火部とを備えるとともに、
   前記筒部は、
   前記予混合室の上流側に設けられ、旋回中心方向を燃料噴射方向に対応させた旋回流を生成する旋回流生成部と、
   前記予混合室内であって前記旋回流生成部よりも下流側に設けられ、前記旋回流に取り込まれた前記燃料を拡散させる拡散部とをさらに備え、
   前記拡散部は、前記筒部の内径よりも小さい直径を有する連通孔を備えている、排気浄化装置用バーナー。
2. 前記拡散部の連通孔は、燃料噴射方向の噴射中心線上に設けられている請求項１に記載の排気浄化装置用バーナー。
3. 前記筒部の内径に対する前記連通孔の直径の比率は、０．２５以上０．３３以下の範囲である請求項１又は２に記載の排気浄化装置用バーナー。
4. 前記拡散部は、前記燃料噴射方向に対応する遮蔽部と、該遮蔽部の周囲に設けられた開口と、該開口から送出された前記予混合気を一定の方向に沿って旋回させる旋回翼とを備える請求項１に記載の排気浄化装置用バーナー。
5. 前記旋回翼は、前記遮蔽部に対し５５°以上７０°以下の角度で傾斜している請求項４に記載の排気浄化装置用バーナー。
6. 前記予混合室と前記燃焼室との間の多孔板をさらに備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気浄化装置用バーナー。

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