JPH02204612A - フィルタトラップ再生方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジンにおける排気中のカーボ
ン等のパティキュレートを除去するためのフィルタトラ
ップに係わり、特にフィルタトラップに付着したパティ
キュレートを燃焼させるためのフィルタトラップ再生方
式に関する。

〔従来の技術〕

近年、内燃機関とくにディーゼルエンジン駆動の車両の
排ガス規制は強化される方向にあり、そのうち排ガス中
のパティキュレートについては、米国において１９９１
年に現在の１／３程度まで定量的に制限しようとする方
向にある。このような厳しい規制に対しては、もはや従
来のエンジンの燃焼方式を変更するやり方では対処出来
ないのが現状である。

ところで、排ガス中のパティキュレートを除去するには
、排ガスをセラミック製のフィルタトラップを通過させ
て付着したパティキュレートを燃焼させる方式が一般的
である。その燃焼方式としては、■フィルタトラップの
表面に触媒を塗布、焼成して排ガス温度で燃焼させたり
、電気ヒータ。

燃焼バーナにより燃焼させる方式、■電気ヒータでフィ
ルタトラップを加熱して燃焼させる方式、■燃料の一部
を利用してバーナによりフィルタトラップを加熱して燃
焼させる方式が挙げられる。

しかし、前記■の方式では、フィルタトラップの製造コ
ストが高くなると共に、ディーゼルエンジンにおいては
燃料中の硫黄化合物により触媒が被毒されるという問題
、さらには排ガスのみを熱源とする場合には、エンジン
状態によっては常にこれが可能ではないという問題があ
り、また、前記■の方式では、電気ヒータの消費電力が
高くバッテリを電源とする自動車には不向きであるとい
う問題があり、従ってこのような問題点を解消するため
に前記■の方式が注目されている。

第５図は特開昭６０−４３１１４号公報に提案されてい
る方式であり、上記■のパティキュレートの燃焼方式を
示している。機関２の排気管３の途中にセラミツタ製の
フィルタトラップ６を内蔵するハウジング７を接続して
、排気中のパティキュレートを除去するようになってい
る。フィルタトラップ６に捕捉されたパティキュレート
の量が増加するとフィルタトラップ６の流体抵抗値が増
加するため、排気管３内の圧力が上昇しこれを排気圧セ
ンサ１０により検出し、圧力電気変換器１１により得ら
れた信号を制御装置２０に入力させ、該制御装置２０の
判断によりスイッチ１６を閉じて電源バッテリ１７に燃
料ポンプ９および点火装置８を接続し、フィルタトラッ
プ６の上流側に配置したバーナ４へ燃料タンク１２から
燃料ポンプ９によって燃料を噴出させると同時に、点火
装置８により点火栓５に火花を発生させてバーナ４を点
火させる。こうして、高温の燃焼ガスをフィルタトラッ
プ６に送り、フィルタトラップ６に捕捉されたパティキ
ュレートを燃焼させてフィルタトラップ６の再生を図る
ようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の方式では、バーナ４からは高
圧の燃料が噴射されるため、火炎が搬送エア流に乗りき
れないでフィルタトラップ６に到達してしまい、フィル
タトラップ６の径方向の温度分布（第６図のＢ−Ｂ断面
）は、軸心部が外径部に比較して異常に高くなり、その
温度差が５００〜６００”Ｃ程度に達し、フィルタトラ
ップ６に熱歪が生じて破損してしまうという問題を有し
ている。

この問題を解決するためには、フィルタの径に対して燃
焼経路１９の長さを１０〜１５倍程度長く設定すれば、
火炎が排ガスと良く混合され、フィルタトラップでの径
方向の温度分布が均一になるが、フィルタの径を１０ｃ
ｍとすれば、燃焼経路１９の長さは１ｍ〜１．５ｍとな
ってしまい、スペースの限定された車両に搭載すること
ができなくなるという問題を有している。

このような問題を解決するために、例えば実公昭６３−
２９１３５号においては、接線方向に導入された１次お
よび２次空気を互いに逆方向に旋回させるようにしてい
るが、これは複雑なシステムを必要とする。

本発明の目的は上記問題を解決するものであって、超音
波霧化装置を用いるバーナの使用により燃焼室をコンパ
クト化することであり、かつ、燃焼室内を流れる燃焼ガ
スの温度を中心部より周辺部を高めることによりフィル
タトラップ内の温度分布を均一にすることである。

（課題を解決するための手段） そのために本発明のフィルタトラップ再生方式、燃料を
微細液滴に霧化させるための超音波霧化装置と、前記微
細液滴の燃焼により生じる燃焼ガスを通過させてフィル
タトラップに付着したパティキュレートを燃焼させるた
めの燃焼室とを有し、前記燃焼ガスが燃焼室の中心部よ
り周辺部で温度が高くなるように、前記微細液滴を燃焼
させることを特徴とする。

〔作声〕 本発明においては例えば第４図に示すように、超音波霧
化装置２３の振動子ホーン３９は、微粒化液滴を燃焼室
の半径方向に噴出させる形状のものを採用し、燃焼室の
半径方向に噴出された霧化燃料が環状火炎５６を形成す
るようにしている。

従って、燃焼ガスが燃焼室の中心部より周辺部で温度が
高くなり、フィルタトラップ５５の周辺部の温度をより
高温化することができ、径方向の温度分布を均一化する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図において本発明に係わる超音波バーナは、燃焼室
２１、送風筒２２および超音波霧化装置２３から構成さ
れる。

燃焼室２１は、耐火材２４が内張すされた外筒２５およ
び多数の空気孔を有する内筒２６から形成されている。

燃焼室２１の一方の側面には混合気案内孔２７が設けら
れ、また第２図に詳示されるように、燃焼室２１の外周
接線方向には、４本の空気旋回ノズル２９が設けられ、
さらに、前記混合気案内孔２７に対向して点火プラグ３
０が取付けられている。一方、燃焼室２１の他方の側面
には、バッフル３１が配置され、燃焼力゛ス排出口３２
を形成している。ここから排出された高温燃焼ガスは当
バーナの後方に配設される図示しないフィルタトラップ
に導かれる。

送風筒２２と燃焼室２１との間には空気流路３３を形成
し、該空気流路３３に送風管３５を介して送風機３６と
連結することにより、送風Ｉａ３６から供給される外気
を前記混合気案内孔２７および空気旋回ノズル２９に導
くようにしている。また、送風筒２２には混合気案内孔
２７に挿入配置される超音波霧化装置２３が取付けられ
ている。

この超音波霧化装置２３は超音波発振器３７により振動
子ホーン３９を振動させ燃料ポンプ４０から送られる燃
料を微細液滴に霧化させるものである。振動子ホーン３
９に供給された燃料は、−旦燃料の薄膜が形成された後
、超音波振動によって燃料を霧化させるようになってい
る。そして、排気圧センサ４１により排気系の圧力を検
出し、制御装置４２の判断により超音波発振器３７、燃
料ポンプ４０および点火プラグ３０に作動信号を送るも
のである。

上記振動子ホーン３９としては、例えば、特開昭６０−
２２２５５２．特開昭６１−１３８５５８、特開昭６１
−１３８５５９．特開鋼６１−２５９７８０、特開昭６
１−２５９７８１．特開昭６２−１４０６６７等の各公
報、または、実願昭６１−９７７９０．特願昭６１−１
３１９５０゜特願昭６１−１８０１６３．特願昭６１−
１８０１６４、特願昭６１−１８２７５６．特願昭６２
２３８６７、実願昭６２−６０７３１．特願昭６２−９
０７４６等の各出願明細書に記載されたものが用いられ
る。

上記構成からなる本発明の作用について説明する。送風
機３６から送風管３５を経て送風筒２２内の空気流路３
３に導入された燃焼用空気は、第１図矢印で示すように
、その一部は空気旋回ノズル２９に送られ、また残りは
混合気案内孔２７に送られる。そして、混合気案内孔２
７内に流動した空気は、超音波霧化装置２３の振動子ホ
ーン３９により生成された霧化燃料と混合して適正な混
合比を持った混合気を形成しながら、燃焼室２１内に流
入する。他方、空気旋回ノズル２９から接線方向に流入
する空気は、強い旋回流になって燃焼室２１内に流入し
、この旋回流の持つ運動エネルギによって、前記混合気
案内孔２７を介して燃焼室２１内に流入した混合気を点
火プラグ３０方向へと搬送し、燃料を燃焼させる。

ところで、本発明者が従来の圧力噴射型の燃焼器にて燃
焼実験を行った結果、空気流路３３に導入された燃焼用
空気が空気旋回ノズル２９を通過する際に生じた強い旋
回流は、燃焼室２１内部を燃焼ガス排出口３２に向けて
移動し、この旋回流によって数百ミリメートル程度の長
さをもった火炎が燃焼室２・１の中心軸上に形成される
ことが判明した。一方、上記本発明のフィルタトラップ
再生用超音波バーナにおいては、霧化された燃料の初速
が遅いために、空気旋回ノズル２９からの強い旋回流に
乗り易く、かつ、燃料と空気が良く混合されるため、従
来のような数百ミリメートル程度の長さをもった長炎が
発生せず短い火炎が形成される。しかも、内筒２６とバ
ッフル３１により直走された燃焼室空間を旋回流動する
燃焼ガスは、多数の孔から分散して内筒２６外へと流出
するので、従来のような長い火炎が発生せず、また、前
記分散して内筒２６外へと流出してくる燃焼ガスによっ
て耐火材２４が高温に熱せられるので、燃焼室２１内で
の完全燃焼が図れると共に、燃焼の安定化、高負荷燃焼
の実現を図ることができる。

その結果、上記フィルタトラップ再生用超音波バーナを
第５図に示した内燃機関の排気流路に配置した場合には
、フィルタ６の径方向の温度分布（第３図のＡ−Ａ断面
部）は、軸心部と外径部とで温度差が２００°Ｃ程度以
下という極めて僅かな値となり、フィルタトラップ６に
熱歪が生じて破損してしまうという問題が解消される。

この場合、燃焼経路１９の長さを極端に短くしても、フ
ィルタ６の径方向の温度分布はその温度差が極めて僅か
となり、装置全体のコンパクト化を図ることができる。

次に第４図により本発明の他の実施例について説明する
。

ディーゼルエンジンの排気管５１は、主排気管５２とバ
イパス管５３に分岐され、主排気管５２内には、ハニカ
ム型フィルタトラップ５５が取付けられると共に、フィ
ルタトラップ５５に対向して第１図の超音波バーナが配
設される。本実施例においては、超音波霧化装置２３の
振動子ホーン３９は、微粒化液滴を燃焼室の半径方向に
噴出させる形状のものを採用し、燃焼室の半径方向に噴
出された霧化燃料が環状火炎５６を形成するようにして
いる。従って、燃焼ガスの温度はその軸方向中心部より
燃焼室の周辺部で温度が高くなり、フィルタトラップ５
５の周辺部の温度をより高温化することができ、半径方
向の温度分布を従来と比較して平坦化することができる
。なお、フィルタトラップ５５の再生中は、ダンパ５７
を切換えて排気ガスをバイパス管５３に導くようにする
。

なお、上記実施例は、フィルタトラップを空気により再
生する方法を開示したが、排ガスの一部により再生して
もよい。この場合には、例えば、第４図において、主排
気管５２或いはバイパス管５３での排気ガスの流量を制
御する。

また上記実施例においては、フィルタトラップ５５の上
流側に超音波霧化装置２３を配置しているが、これをフ
ィルタトラップ５５の下流側に配置してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、燃料型れが生じたり、煤
が燃焼器内に堆積、付着するという不具合が生じないの
は勿論、燃焼器の内部構造を複雑にすることなく燃焼室
で発生する火炎を短くすることができ、もって燃焼器全
体の小型化を図ることができる。そして、これを機関の
排気流路に配置した場合には、゛フィルタトラップの半
径方向の温度分布は、軸心部と外径部とで温度差が少な
くなり、フィルタトラップに熱歪が生じて破損してしま
うという問題が解消される。

また、設計負荷に対して運転可能範囲が広くなり、高タ
ーンダウン化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に標わるフィルタトラップ再生用超音波
バーナの１実施例を示す断面図、第２図は第１図におい
て右方向から見た側面図、第３図は本発明を採用した場
合のフィルタトラップの温度分布を示す図、第４図は本
発明の他の実施例を示す図、第５図は従来のフィルタト
ラップ燃焼方式を示す図、第６図は従来のフィルタトラ
ップの温度分布を示す図である。 ２１・・・燃焼室、２２・・・送風筒、２３・・・超音
波霧化装置、５１・・・排気管、５２・・・主排気管、
５３・・・バイパス管、５５・・・フィルタトラップ、
５６・・・環状火炎。 出　願　人　　　東亜燃料工業株式会社代理人弁理士　
　白　井　博　樹（外５名）第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディーゼルエンジンの排気流路に設けられるフィ
   ルタトラップを再生するための超音波バーナにおいて、
   燃料を微細液滴に霧化させるための超音波霧化装置と、
   前記微細液滴の燃焼により生じる燃焼ガスを通過させて
   フィルタトラップに付着したパティキュレートを燃焼さ
   せるための燃焼室とを有し、前記燃焼ガスが燃焼室の中
   心部より周辺部で温度が高くなるように、前記微細液滴
   を燃焼させることを特徴とするフィルタトラップ再生方
   式。
2. （２）フィルタトラップ再生中には、排気がフィルタト
   ラップをバイパスすることを特徴とする請求項１記載の
   フィルタトラップ再生方式。