JP5593870B2 - 着火装置 - Google Patents

Description

本発明は、着火装置に関する。

ディーゼルエンジン等の排気ガス中には、微粒子（パティキュレートマター）が含まれている。当該微粒子を大気中に放出することによる環境への影響が懸念されることから、近年は、ディーゼルエンジン等を搭載する車両には、排気ガス中の微粒子を除去するためのフィルタ（ＤＰＦ）が設置されている。
このフィルタは、上記微粒子よりも小さな孔を複数備える多孔質体であるセラミックス等によって形成されており、上記微粒子の通過を阻止することによって微粒子の捕集を行っている。

ところが、このようなフィルタを長時間使用していると、捕集した微粒子が蓄積されてフィルタが目詰まり状態となる。
このようなフィルタの目詰まりを防止するために、例えば特許文献１に示されるように、フィルタに対して高温ガスを供給することによって、フィルタに捕集された微粒子を燃焼させて除去する方法が用いられている。

具体的には、例えば、ディーゼルエンジンとフィルタとの間にバーナ装置を設置し、排気ガスと燃料とが混合された混合気を燃焼させて高温ガスを発生させ、当該高温ガスをフィルタに供給することによって微粒子を燃焼させている。

特開２００７−１５４７７２号公報

ところで、上記バーナ装置では、燃料噴射装置から噴射された燃料が排気ガスや外気と混合されて混合気が生成され、当該混合気を着火装置によって着火温度以上に加熱することによって燃焼させる。
しかしながら、バーナ装置では、通常、着火装置としてグロープラグ等の発熱体が用いられており、着火性が悪いという問題を有している。このため、発熱体を囲う燃料保持部を設置し、当該燃料保持部に対して気化前の燃料を保持させ、これによって発熱体周りの混合気の燃料濃度を上昇させて着火性を向上させることが提案されている。

しかしながら、何らかの原因で燃料保持部が燃料で湿潤している場合には、加熱の初期段階において燃料保持部に保持された燃料が気化して燃料保持部から外側に放出され、この勢いによって酸素が燃料保持部の内部に入り込めなくなる。このため、燃料保持部に保持された燃料が十分に放出されるまで、着火できない事態が生じる。つまり、予熱時間を長く確保する必要が生じる。そして、予熱時間が長いことは、フィルタの再生処理に必要となる時間が長くなることを意味する。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、着火装置において予熱時間を短縮することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、酸素と燃料とを含む混合気に着火する着火装置であって、気化前の上記燃料を保持する燃料保持部と、上記燃料保持部の内側に設けられると共に上記混合気の着火温度以上に発熱する第１発熱領域と、上記燃料保持部の外側に当該燃料保持部と隣接して設けられると共に上記混合気の着火温度以上に発熱する第２発熱領域とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１発熱領域と上記第２発熱領域とが異なる発熱体によって形成されているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１の発明において、上記第１発熱領域と上記第２発熱領域とが、上記燃料保持部に差し込まれた単一の発熱体内に形成されているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第２または第３の発明において、上記発熱体が燃料の噴射方向に対して平行に配置されているという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記第２発熱領域を囲う囲壁を備えるという構成を採用する。

本発明によれば、第１発熱領域が燃料保持部の内側に設けられ、第２発熱領域が燃料保持部の外側に設けられている。つまり、発熱領域が燃料保持部の内側及び外側の両方に設けられている。

このため、何らかの原因によって燃料保持部が燃料で湿潤している場合には第１発熱領域で加熱されることによって燃料保持部から放出された気化燃料が、燃料保持部の外部で酸素と混合して混合気が生成され、当該混合気を第２発熱領域が着火温度以上に加熱することによって着火を行うことができる。

つまり、本発明によれば、燃料保持部を湿潤している燃料が燃料保持部から十分に放出されるのを待つことなく着火を行うことができる。
したがって、本発明によれば、着火装置において予熱時間を短縮することが可能となる。

本発明の第１実施形態の着火装置の概略構成図である。 本発明の第２実施形態の着火装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態の着火装置の概略構成図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態に係る着火装置について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の着火装置１０の概略構成図であり、（ａ）が正面断面図、（ｂ）が側面図である。
着火装置１０は、酸素と燃料とを含む混合気に着火するものであり、例えば、排気ガスが流れる配管中や、排気ガスが流れる配管途中に設けられたバーナ装置に設置される。
そして、本実施形態の着火装置１０は、燃料保持部１と、第１発熱体２ａと、第２発熱体２ｂとを備えている。

燃料保持部１は、気化前の燃料を保持するものであり、その外形形状が直方体からなり、その直方体には、相対する面の中央部を結ぶように３本の貫通孔１ａ，１ｂ，１ｃが設けられている。これら貫通孔１ａ，１ｂ，１ｃのうち、上下に貫通する貫通孔１ａは、その発熱体２ａの後述する発熱素子が十分な間隙を有して挿入できる大きさに決められている。また、貫通孔１ｂは、燃料噴射装置２００の燃料の噴射方向に沿って貫通している。また、貫通孔１ｃは、貫通孔１ａ及び１ｂと燃料保持部１の中央部で直交するように貫通している。
なお、貫通孔１ｃの向きは、他の２つの貫通孔１ａ，１ｂに対して垂直である必要はない。
また、貫通孔１ｂを無くしても良い。これによって燃料保持部１の強度を向上させることができる。さらに、例えば、酸素濃度が高い場合には、貫通孔１ｂによって着火のレスポンスが更に良くなることが期待できるが、酸素濃度が低い場合には、貫通孔１ｂによって着火領域が冷却されるため、無い方が好ましい。
また、貫通孔１ａ，１ｂ，１ｃは、必ずしも燃料保持部１の相対する面の中央部を結ぶように設ける必要はない。

そして、この燃料保持部１は、耐熱性の多孔体から構成されている。この多孔体としては、金網、金属繊維、セラミックスファイバあるいはグラスウールをブロック化したもの、焼結金属、多孔質性セラミックス、軽石等から選ぶことができる。要するに、多孔体としては、表面積が大きく、かつ耐熱性を有していれば採用することができる。
なお、この燃料保持部１は、支持部材１０ａ，１０ｂを介して上方の設置部１００に取り付けられている。

第１発熱体２ａは本発明の第１発熱領域を有する発熱体である。また、第２発熱体２ｂは本発明の第２発熱領域を有する発熱体である。つまり、本実施形態においては、第１発熱領域と第２発熱領域とが異なる発熱体によって形成されている。

第１発熱体２ａ及び第２発熱体２ｂは、棒状体を呈していて、その内部に電気抵抗体を有し、通電することにより発熱することができるように構成されている。そして、これら第１発熱体２ａ及び第２発熱体２ｂは、後述する燃料と空気（酸素）とを含む混合気の着火温度以上に発熱する。第１発熱体２ａ及び第２発熱体２ｂとしては、ディーゼルエンジンで用いられている周知のグロープラグを利用することができる。

第１発熱体２ａ及び第２発熱体２ｂは、設置部１００を貫通して設置部１００に固定されている。
そして、第１発熱体２ａは、燃料保持部１を上下に貫通する貫通孔１ａに対して本発明の第１発熱領域となる先端部２ａ１が挿入されている。
また、第２発熱体２ｂは、本発明の第２発熱領域となる先端部２ｂ１が燃料保持部１の外側において燃料保持部１と隣接するように配置されている。
つまり、本実施形態においては、第１発熱領域である第１発熱体２ａの先端部２ａ１が燃料保持部１の内側に設けられ、第２発明領域である第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１が燃料保持部１の外側に設けられている。

なお、燃料保持部１に対して燃料を噴射するための燃料噴射装置２００は、燃料保持部１に対向し、第２発熱体２ｂと反対側に設けられている。なお、燃料噴射装置２００の噴射口２００ａは、燃料保持部１を中間にした発熱体２ｂの発熱素子２ｂ１側に向くように設けられていて、噴射口２００ａから噴射された燃料が燃料保持部１の１つの面全体に均一に散布できるように工夫されている。燃料保持部１は多孔体から構成されているので、燃料噴射装置２００から噴射された燃料は、燃料保持部１の内部を含めた全体に染み渡ることができる。

以下、上記構成からなる着火装置１０の動作について説明する。
例えば、図示しないＤＰＦの再生時期が到来すると、第１発熱体２ａ及び第２発熱体２ｂに通電され第１発熱体２ａの先端部２ａ１と第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１が加熱されると共に、燃料噴射装置２００から燃料が燃料保持部１に向けて噴射される。

ここで、燃料保持部１が先に噴射された燃料によって湿潤している場合には、第１発熱体２ａの先端部２ａ１で加熱されることによって燃料保持部１を湿潤している燃料が気化燃料となり燃料保持部１の外側に放出される。そして、燃料保持部１から放出された気化燃料が例えば排気ガス中の酸素と混合して混合気が生成され、当該混合気が第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１で着火温度以上に加熱されることで着火が行われる。その後、燃料噴射装置２００から噴射された燃料が加熱された燃料保持部１によって気化されて燃焼が持続される。

一方、燃料保持部１が先に噴射された燃料によって湿潤していない場合には、燃料噴射装置２００から噴射された燃料が加熱された燃料保持部１によって気化されて混合気が生成され、第１発熱体２ａの先端部２ａ１と第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１とによって着火温度以上に当該混合気が加熱されることによって着火が行われる。その後、燃料噴射装置２００から噴射された燃料が加熱された燃料保持部１によって気化されて燃焼が持続される。

そして、燃焼が持続されることによって高温ガスが生成され、当該高温ガスがフィルタに供給されることでフィルタに補足された微粒子が焼却され、これによってフィルタが再生される。

このような本実施形態の着火装置１０によれば、第１発熱体２ａの先端部２ａ１が燃料保持部１の内側に設けられ、第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１が燃料保持部２の外側に設けられている。つまり、発熱領域が燃料保持部１の内側及び外側の両方に設けられている。
このため、燃料保持部１が燃料で湿潤している場合であっても、第１発熱体２ａの先端部２ａ１で加熱されることによって燃料保持部１から放出された気化燃料が、燃料保持部１の外部で酸素と混合して混合気が生成され、当該混合気を第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１が着火温度以上に加熱することによって着火を行うことができる。
つまり、本実施形態の着火装置１０によれば、燃料保持部１を湿潤している燃料が燃料保持部１から十分に放出されるのを待つことなく着火を行うことができる。
したがって、本実施形態の着火装置１０によれば、予熱時間を短縮することが可能となる。

なお、本実施形態の着火装置１０により、燃料保持部１が燃料で湿潤している場合における予熱時間を短縮することができるが、当然燃料保持部１が燃料で湿潤していない場合の方が予熱時間を短くすることができる。したがって、フィルタの再生処理が完了した後、時間が確保できる場合には、所定時間（例えば４分間）通電して燃料保持部１を加温し、燃料保持部１の乾燥を行うことが好ましい。

また、本実施形態の着火装置１０では、第１発熱体２ａの先端部２ａ１が本発明の第１発熱領域であり、第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１が本発明の第２発熱領域であり、第１発熱領域と第２発熱領域とが異なる発熱体によって形成されている。このため、燃料保持部１の内外において、十分に温度を高く上げることが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図２は、本実施形態の着火装置２０の概略構成図であり、（ａ）が正面断面図、（ｂ）が側面図である。この図に示すように、本実施形態の着火装置２０は、燃料の噴射方向に対して平行に配置（すなわち水平配置）された発熱体２ｃを１つのみ備えている。そして、混合気の着火温度以上に発熱する先端部２ｃ１が貫通孔１ｂに水平方向から差し込まれ、先端部２ｃ１の最先端部２ｃ１１が燃料保持部１の内側に位置し、先端部２ｃ１の根元部分２ｃ１２が燃料保持部の外側に位置している。

そして、本実施形態の着火装置２０では、上記最先端部２ｃ１１が本発明の第１発熱領域と機能し、根元部分２ｃ１２が本発明の第２発熱領域として機能する。つまり、本実施形態においては、第１発熱領域と第２発熱領域とが、燃料保持部１に差し込まれた単一の発熱体２ｃの異なる部位によって形成され、これによって単一の発熱体２ｃ内に形成されている。

このような構成を有する本実施形態の着火装置２０においても、上記第１実施形態と同様に、第１発熱領域が燃料保持部１の内側に設けられ、第２発明領域が燃料保持部１の外側に設けられているため、予熱時間を短縮することが可能となる。
これに加え、本実施形態の着火装置２０では、発熱体２ｃが１つのみ設けられるため、安価に、かつ簡単な構成とすることができる。ただし、発熱体２ｃを燃料保持部１に対して異なる貫通孔から複数差し入れるようにしても良い。

さらに、本実施形態の着火装置２０では、発熱体２ｃが水平配置されているため、上記第１実施形態の着火装置１０と比較して背丈を低く抑えることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本実施形態の着火装置３０の概略構成を示す正面断面図である。この図に示すように、本実施形態の着火装置３０は、第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１を囲う囲壁３を備えている。
そして、囲壁３は、下端が開放されており、第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１の周囲を囲んで設置部１００に設置されている。

このような構成を採用する本実施形態の着火装置３０によれば、第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１が囲壁３に囲まれることによって、第２発熱体２ｂの先端部２ｂ１の周囲の流速が遅くなり、より着火性を向上させることができる。

なお、囲壁３を多孔質体からなる板（例えば焼結金属からなる板）としても良い。これによって、燃料保持部１を抜けた燃料が付着して囲壁３内に浸透する。このため、囲壁３内の燃料が蒸発することによって着火後の燃焼性を向上させることができる。

また、支持部材１０ａ，１０ｂと囲壁３との間の隔壁を無くすことによって、燃料保持部１の裏面（支持部１０ａ，１０ｂ側の面）から蒸発した燃料が第２発熱体２ｂ側に供給されるようになり、さらに着火性を向上させることができる。

また、囲壁３に対して、貫通孔を形成しても良い。これによって、流速が速くなり過ぎることなく囲壁３の内部に酸素を取込むことができ、着火性をさらに向上させることができる。

（実験例）
第３実施形態の着火装置３０をベースとして、第１発熱体２ａ及び第２発熱体２ｂを設けた場合（本発明）と、第１発熱体２ａのみを設けた場合（比較例）との予熱時間の比較実験を行なった。
燃料保持部１が燃料で湿潤していない乾燥状態で着火実験を行なった。この結果、本発明の予熱時間は２０秒であった。これに対して、比較例での予熱時間は１２０秒であった。このことから、発熱体が２本の場合は、混合気に短時間で着火できることが分かる。
燃料保持部１が燃料で湿潤している状態にして複数回の着火実験を行なった。この実験において、本発明の予熱時間は７０〜１３秒であった。これに対して、比較例の予熱時間は３００〜３０秒であった。このことから、燃料保持部１が湿潤している状態においても、発熱体が２本の場合は混合気に短時間で着火できることが分かる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
なお、上述の例では、発熱体としてグロープラグを用いたが、スパークプラグを用いることができる。しかし、上述のようにグロープラグを用いたときは、燃料の供給停止後に燃料保持部を容易に乾燥させる効果を得ることができる。

１０，２０，３０……着火装置、１……燃料保持部、１ａ，１ｂ，１ｃ……貫通孔、２ａ……第１発熱体、２ａ１……先端部（第１発熱領域）、２ｂ……第２発熱体、２ｂ１……先端部（第２発熱領域）、２ｃ……発熱体、２ｃ１……先端部、２ｃ１１……最先端部（第１発熱領域）、２ｃ１２……根元部分（第２発熱領域）

Claims (1)

1. 酸素と燃料とを含む混合気に着火する着火装置であって、
   気化前の前記燃料を保持する燃料保持部と、
   前記燃料保持部の内側に設けられると共に前記混合気の着火温度以上に発熱する第１発熱領域と、
   前記燃料保持部の外側に当該燃料保持部と隣接して設けられると共に前記混合気の着火温度以上に発熱する第２発熱領域と
   を備え、
   前記第１発熱領域と前記第２発熱領域とが、前記燃料保持部に差し込まれた単一の発熱体内に形成されている
   ことを特徴とする着火装置。

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