WO2014024943A1

WO2014024943A1 - 排気浄化装置用バーナー

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Publication number: WO2014024943A1
Application number: PCT/JP2013/071430
Authority: WO
Inventors: 一郎津曲; 亮澁谷; 敦小出
Original assignee: 日野自動車株式会社; 株式会社三五
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2014-02-13
Also published as: US20150152761A1; JP5584381B2; CN104024734A; EP2843306A4; US9243531B2; JPWO2014024943A1; EP2843306A1

Abstract

　排気浄化装置用バーナーは、ベース部と、第１の筒部と、第２の筒部とを備える。第１の筒部は、基端部及び先端部と、燃焼室と、既燃ガスが排出される排出口とを有する。前記基端部及び前記先端部は前記ベース部に固定されている。第２の筒部は、基端部及び先端部を有し、前記基端部及び前記先端部は前記ベース部に固定されている。前記第１の筒部は、その中心軸に平行な方向に伸縮可能な伸縮部をさらに備える。前記第１の筒部および前記第２の筒部は多重管構造をなすように径方向に互いに重ねられる。

Description

排気浄化装置用バーナー

　本発明は、内燃機関（以下、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ＤＰＦの再生のため、および酸化触媒活性化のための排気昇温処理が行われる。この排気昇温処理を行うためのバーナーが、ＤＰＦや酸化触媒の前段に配設されている。

　係るバーナーの構造の一例は、多重管構造である。多重管構造では、複数の管状部材が同軸となるように重ねられている。例えば、特許文献１に記載された燃焼装置は燃焼筒を備え、燃焼筒内で火炎を発生させる。燃焼筒は、内筒及び外筒を備える。内筒の径方向内側には助燃筒が設けられている。内筒、外筒等は、ベースにそれぞれ固定されている。助燃筒内に噴射された燃料は、予混合領域で混合及び気化される。予混合気に着火されることにより、燃焼室において火炎が発生する。外筒の燃焼孔を介して燃焼用空気が供給されることにより、燃焼が促進される。

特開昭５８－１６０７２６号公報

　ところで、火炎は内筒の頭部で発生するので、内筒は高温に加熱され、主にその中心軸と平行な方向に熱膨張する。助燃筒は、内部に予混合領域を有するので、内筒に比べて低い温度を有する。また、外筒も、燃焼孔に空気を供給するための空気流路を備えるので、内筒に比べて低い温度を有する。このため燃焼時において、内筒の膨張量は、助燃筒及び外筒の膨張量と比べ大きくなる。

　即ち、多重管構造のバーナーでは、燃焼時に、高温に曝される管の膨張量と比較的低温に保持される管の膨張量との間に差が生じる。ここで、内筒の先端が外筒の内面に接合されている場合や、助燃筒の先端が内筒に接合されている場合等には、それらの管の熱膨張量の差により、それらの管同士の間の接合部に大きな応力が加わる。バーナーの点火を繰り返すと、その点火の度に接合部に応力が加わるので、管状部材のいずれかに疲労亀裂等が生じるおそれがある。

　本発明の目的は、各筒部の膨張量の間の差に起因する筒部の損傷を防ぐ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。

　本開示における一態様では、排気浄化装置用バーナーは、ベース部と、第１の筒部と、第２の筒部とを備える。第１の筒部は、基端部及び先端部と、燃焼室と、既燃ガスが排出される排出口とを有する。前記基端部及び前記先端部は前記ベース部に固定されている。第２の筒部は、基端部及び先端部を有し、前記基端部及び前記先端部は前記ベース部に固定されている。前記第１の筒部は、その中心軸に平行な方向に押圧力が加えられた際に同方向に伸縮可能な伸縮部をさらに備える。前記第１の筒部および前記第２の筒部は多重管構造をなすように径方向に互いに重ねられる。

　この態様によれば、第１の筒部は内部に燃焼室を備えるので、第１の筒部の膨張量は第２の筒部の膨張量よりも大きくなる。第１の筒部及び第２の筒部の両端部はベース部に固定されているので、それらの膨張量の差は、相殺されない限り損傷を招く要因となる。本態様によれば、第１の筒部に設けられた伸縮部により、その膨張量の差を吸収することができる。このため、燃焼時に各筒部に加わる応力を低減し、疲労亀裂等による各接合部や筒部の損傷を抑制できる。

　一実施形態では、排気浄化装置用バーナーは、前記燃焼室の前段に設けられており、燃焼用空気及び燃料を混合した予混合気を前記燃焼室に供給するように構成された予混合室をさらに備える、前記伸縮部は、燃焼室を形成するのではなく、前記予混合室の一部を形成している。

　この場合、伸縮部は、直接的に既燃ガスに曝されないので、伸縮部の材料又は形状が高い耐熱性を備える必要がない。さらにまた、伸縮部が燃焼室を形成する場合、その壁部に燃焼用空気を供給する孔を形成したとしても、収縮によりその孔の内径が変化してしまう。本実施形態では、伸縮部が燃焼室を形成する場合に比べ、燃焼室の設計の自由度を保持することができる。

　一実施形態では、前記第１の筒部及び前記第２の筒部の少なくとも一方は旋回流生成部をさらに備え、前記伸縮部は旋回流の旋回方向に沿った側壁を備え、該側壁が蛇腹状をなす。

　この場合、第１の筒部及び前記第２の筒部の少なくとも一方には旋回流生成部が設けられているので、燃焼用空気の旋回を促すことができる。また、伸縮部は、旋回流の旋回方向に沿った側壁を備え、該側壁が蛇腹状に形成されているので、旋回流を蛇腹状の側壁に衝突させることにより流れに乱れを生じさせて、燃料と燃焼用空気との混合を促進することができる。

　一実施形態では、前記第１の筒部の前記基端部は、該第１の筒部内に旋回流を生成する旋回流生成部を有し、前記第１の筒部は燃焼室を内部に有する頭部をさらに備え、前記伸縮部は前記基端部及び前記頭部の間に設けられている。

　この場合、基端部の旋回流生成部により生成された旋回流が、伸縮部に供給される。そのため、旋回流を伸縮部の側壁に衝突させることによって流れに乱れを発生させ、燃料と燃焼用空気との混合を促すことができる。また、伸縮部は、軸方向における熱膨張による頭部の延び分を吸収することができる。

　一実施形態では、前記第１の筒部は、前記燃焼室を内部に有する頭部をさらに備え、前記伸縮部は前記頭部に接合されており、前記頭部及び前記伸縮部は円筒状に形成され、前記伸縮部は、前記伸縮部の伸縮方向が前記頭部の側壁と平行となるように、前記頭部に対して接合される。

　この場合、頭部および伸縮部は円筒状であって、頭部の側壁は伸縮部の伸縮方向に平行である。このため、頭部が熱膨張によって延びる方向は伸縮方向と一致するので、例えば第１の筒部の頭部が円錐状である場合に比べ、第１の筒部にかかる応力を極力小さくすることができる。

　一実施形態では、前記第２の筒部は前記第１の筒部の径方向外側に設けられており、前記第１の筒部と、前記第２の筒部との間に、燃焼用空気の流路が形成されている。前記排気浄化装置用バーナーは、第１の連通筒部と第２の連通筒部とをさらに備える。第１の連通筒部は、前記第１の筒部の内周面に連結され、前記排出口寄りの端部に開口を有する。第２の連通筒部は、蓋部を有し、前記燃焼室を予混合室から区画し、前記燃焼室に連通する供給孔を有する。前記第１の連通筒部は、前記第２の連通筒部に対して間隔を設けて前記第２の連通筒部に挿入されている。前記第１の筒部の側壁のうち、前記第１の連通筒部と前記第２の連通筒部との間に、前記伸縮部が設けられている。

　この場合、燃焼用空気は、第１の筒部及び第２の筒部の間の流路を通じて、第１の筒部内に燃料とともに流入する。また燃焼用空気及び燃料が混合された予混合気は、第１の連通筒部を通過し、第１の連通筒部の開口から、第２の連通筒部に流入する。さらに予混合気は、第１の連通筒部と、有蓋状の第２の連通筒部との間を通過して、第２の連通筒部の供給孔を介して燃焼室に供給される。このように予混合気の流路が長くなるので、燃料と燃焼用空気との混合が促進される。また伸縮部は、第１の内側筒状部と第２の内側筒状部との間に設けられるので、燃焼室の既燃ガスに曝された筒部の膨張を吸収することができる。

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。図１中、３－３線における断面図。図１のバーナーの要部拡大図。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。本発明の排気浄化装置用バーナーを具体化した変形例の概略図。

　（第１実施形態）
　以下、本発明を具体化した排気浄化装置用バーナーの第１実施形態について、図１～図４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捕捉する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、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によって、ＤＰＦ１２の再生処理を実行する。

　バーナー２０は、略円筒状の内筒３０と、内筒３０よりも大きな内径を有する外筒６０とからなる２重管構造を有している。内筒３０は、中心軸ＡＸ１と平行な方向（以下、軸方向）の両端に開口を有する。内筒３０は、軸方向第１端部または底部としての基端部３３と、伸縮部３４と、軸方向第２端部としての頭部３５とを備える。内筒３０の底部は、基端側ベース２１に固定されており、底部の開口はその基端側ベース２１によって閉塞されている。内筒３０の頭部３５の開口には、略円環状の噴き出し板３１が設けられている。排出口としての噴出口３２が、噴き出し板３１の中央を貫通している。

　基端部３３、伸縮部３４及び頭部３５は、同じ金属材料から形成されている。伸縮部３４の軸方向両端は、それぞれ基端部３３及び頭部３５の外周面に溶接等により固定されている。

　基端部３３には、旋回流生成部を形成する切り起こし片３７が設けられている。図２に示すように、切り起こし片３７は、該基端部３３の側壁の一部を径方向内側へ切り起こすことにより形成されている。切り起こし片３７は、基端部３３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３７が形成されることにより、内筒３０の外部を内部に連通する第１の導入孔３６が形成されている。

　図１に示すように、伸縮部３４は、略円筒状をなし、その側壁は蛇腹状（ベローズ状）に形成されている。本実施形態では、側壁には最大の内径を有する張り出し部３４ａが複数設けられている。この伸縮部３４は基端部３３よりも薄肉化されている。すなわち、この伸縮部３４の側壁の肉厚は、基端部３３の側壁の肉厚よりも薄い。そのため、伸縮部３４は、前記軸方向に伸縮可能である。

　頭部３５の開口には、噴き出し板３１が固定されている。頭部３５の先端部には、頭部側ベース６３が外嵌されている。基端側ベース２１および頭部側ベース６３は、ベース部を形成する。複数の第２の導入孔３９が、頭部３５の側壁の略中央、を貫通している。第２の導入孔３９は、円形状をなし、頭部３５の周方向に等間隔に形成されている。

　図１に示すように、基端側ベース２１の略中央の位置には、燃料供給部３８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３８には、図示されない燃料ポンプと燃料弁とが接続されている。この燃料弁を開くことによって、燃料が燃料供給部３８に送り込まれる。送り込まれた燃料は、燃料供給部３８内で気化され、内筒３０内に噴射される。

　図１に示すように、内筒３０の内部のうち、切り起こし片３７よりも噴出口３２寄りには、オリフィスプレート４０が設けられている。オリフィス孔４０Ａが、オリフィスプレート４０の中央を貫通している。オリフィスプレート４０と、基端側ベース２１と、内筒３０の基端部とは、第１の混合室７１を区画形成する。

　図１に示すように、内筒３０の内部のうち、オリフィスプレート４０と第２の導入孔３９との間には、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、内筒３０の内径とほぼ同じ内径を有する円板状に形成され、その外周縁は内筒３０の内周面に接合されている。

　図３に示すように、このバーナーヘッド５５の厚み方向に、多数の円形状の供給孔５５Ａがバーナーヘッド５５を貫通している。バーナーヘッド５５のうち噴出口３２寄りの側面には、逆火を防止するために金網５７が設けられている。

　図１に示すように、このバーナーヘッド５５と、内筒３０の内周面と、オリフィスプレート４０とは、第２の混合室７２を区画形成する。第２の混合室７２は、オリフィス孔４０Ａを介して第１の混合室７１に連通している。これらの第１の混合室７１及び第２の混合室７２は、燃料及び燃焼用空気が混合される予混合室７３を形成する。

　バーナーヘッド５５、頭部３５及び噴き出し板３１は、火炎Ｆを生成するための燃焼室７７を形成する。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に連通するとともに、噴出口３２を介してＤＰＦ１２に連通している。この燃焼室７７内であって、第２の導入孔３９の形成位置よりもバーナーヘッド５５寄りには、頭部３５を貫通する挿入孔が形成されている。点火プラグ６１の着火部６２は該挿入孔に挿入されている。該挿入孔の径は、着火部６２の外径よりも若干大きい。

　図１に示すように、外筒６０は、内筒３０に対して同軸となるように基端側ベース２１に固定され、その底部の開口は基端側ベース２１によって閉塞されている。外筒６０の内周面のうち頭部開口寄りであって内筒３０の外周面との間に設けられた隙間は、頭部側ベース６３で閉塞されている。即ち、内筒３０及び外筒６０の基端部及び先端部は、基端側ベース２１及び頭部側ベース６３によって互いに固定されている。

　外筒６０の頭部開口寄りには、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、外筒６０のうち、内筒３０に形成された第２の導入孔３９と同じ位置又は第２の導入孔３９よりも頭部開口寄りに偏倚した位置に設けられている。図３に示すように、外筒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、外筒６０の内周面に沿った方向に対し傾斜した状態で、外筒６０に対し片持ち梁状に固定されている。ガイド板６８の傾斜方向は、内筒３０の切り起こし片３７の傾斜方向と同じ向きである。

　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の開閉は、図示されない制御部によって制御される。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から外筒６０内へ導入される。

　外筒６０の内周面と内筒３０の外周面との間には、燃焼用空気を第１の混合室７１と燃焼室７７とに分配する分配室６７が設けられている。即ち本実施形態では、内筒３０及び外筒６０は、空気流路である分配室６７として機能しているので、基端側ベース２１及び頭部側ベース６３等によって閉塞される必要がある。

　図３に示すように、分配室６７は、環状をなし、内筒３０を囲んでいる。即ち、分配室６７は、内筒３０の基端部に設けられた第１の導入孔３６を介して第１の混合室７１に連通し、内筒３０の略中央に形成された第２の導入孔３９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３８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、バーナー２０の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３に示すように、燃焼用空気はガイド板６８に衝突し、それによってガイド板６８の傾斜方向に逆らう方向への燃焼用空気の流れが抑止され、図３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に向かう方向とは反対の方向へ流れる。

　分配室６７に導入された燃焼用空気の一部分は、第２の導入孔３９を介して燃焼室７７に導入される。図２に示すように、燃焼用空気の残りの部分は、第１の導入孔３６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３７の傾斜方向とが同じ向きとされているので、燃焼用空気の旋回の勢いが弱められることはない。むしろ燃焼用空気の旋回の勢いが強められながら、燃焼用空気が第１の混合室７１に導入される。

　切り起こし片３７により生成された旋回流は、内筒３０の径方向における中央部、即ち燃料供給部３８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へ向かって流れる。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。

　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、縮流となってオリフィス孔４０Ａの出口から第２の混合室７２へ排出される。オリフィス孔４０Ａより下流は、オリフィス孔４０Ａの上流よりも減圧されている。縮流となって勢いを増した混合気は、旋回しながら第２の混合室７２全体に拡散する。

　第２の混合室７２では、旋回流の一部が蛇腹状の側壁に衝突しながら供給孔５５Ａへ向かって流れる。その結果、第２の混合室７２における予混合気の流れに乱れが生じるので、予混合気の燃料濃度分布を均一化することができる。

　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。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３９を介して燃焼用空気が供給される。その結果、燃焼用空気が火炎Ｆに常に供給されて燃焼が促進される。

　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によって、ＤＰＦ１２に流入する排気を昇温させる。その結果、ＤＰＦ１２が捕捉していた微粒子は焼却される。

　ところで、燃焼室７７内で予混合気が燃焼されると、頭部３５は、高温の既燃ガス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、内筒３０を介して伝播し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３６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、内筒３０に噴射された燃料のうち、気化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。

　さらにまた、頭部３５は、既燃ガスに加熱されることによって膨張する。中心軸ＡＸ１に平行な方向（前記軸方向）への膨張は、径方向への膨張よりも大きい。一方、外筒６０は、既燃ガスに直接曝されないばかりでなく、内筒３０に対して分配室６７を介して設けられている。また、外筒６０の内周面は、分配室６７を流れる燃焼用空気に曝される。このため、外筒６０は、頭部３５に比べ低温に保持される。このため、外筒６０は、燃焼開始後、膨張しないか、膨張したとしてもその量は小さい。従って、内筒３０の膨張量と、外筒６０の膨張量との間には差が生じる。

　図４に示すように、頭部３５は、先端部が頭部側ベース６３に固定されているため、頭部側ベース６３とは反対方向、即ち伸縮部３４に向かって延びる。図４中、鎖線は、燃焼開始前の状態を示し、実線は、頭部３５が膨張した燃焼開始後の状態を示す。例えば、バーナー２０の全長が数百ｍｍである場合、頭部３５の膨張量は数ｍｍ～十数ｍｍ程度である。図４では膨張量を強調して示している。伸縮部３４は、張り出し部３４ａ同士を互いに接近させるように縮むことによって、頭部３５の膨張を吸収する。伸縮部３４自身も金属で形成されているため、頭部３５等を介して伝わった熱により径方向等に膨張するが、頭部３５に比べて吸収した熱量が少ないので膨張量は極めて少ない。

　内筒３０と外筒６０との間の膨張量の差が吸収されないと、内筒３０と各ベース２１，６３との接合部や、外筒６０と各ベース２１，６３との接合部、又は内筒３０、外筒６０の壁部にかかる応力が大きくなる。その場合、バーナー２０の点火が繰り返されて、それらの接合部や壁部に応力が繰り返し加わると、各接合部や内筒３０及び外筒６０に疲労亀裂等の損傷が生じ得る。本実施形態では、伸縮部３４が膨張量の差を吸収することによって、各接合部や内筒３０及び外筒６０にかかる応力を小さくすることができる。

　以上説明したように、第１実施形態によれば、以下に列挙する利点が得られるようになる。
　（１）内筒３０は内部に燃焼室７７を備えるので、内筒３０の膨張量は外筒６０の膨張量よりも大きくなる。内筒３０及び外筒６０の両端部は、基端側ベース２１及び頭部側ベース６３にそれぞれ固定されているので、それらの膨張量の差は、相殺されない限り損傷を招く要因となる。第１実施形態では、内筒３０に設けられた伸縮部３４により、その膨張量の差を吸収することができる。このため、燃焼時に内筒３０及び外筒６０に加わる応力を低減し、疲労亀裂等による各接合部や内筒３０及び外筒６０の損傷を抑制できる。

　（２）伸縮部３４は予混合室７３の一部を形成するので、直接的に既燃ガスに曝されることなく、頭部３５の膨張を吸収する。このため、伸縮部３４が燃焼室７７を形成する場合に比べて、伸縮部３４の材料または形状が、高い耐熱性を備える必要がない。さらにまた、伸縮部３４が燃焼室７７を形成する場合、その壁部に第２の導入孔３９を形成したとしても、収縮時には第２の導入孔３９の内径は変化してしまう。第１実施形態では、伸縮部３４は予混合室７３を形成するので、伸縮部３４が燃焼室７７を形成する場合に比べて、燃焼室７７の設計の自由度を保持することができる。

　（３）内筒３０には基端部に切り起こし片３７が設けられ、外筒６０にはガイド板６８が設けられているので、燃焼用空気の旋回を促すことができる。また、伸縮部３４は、旋回流の旋回方向に沿った側壁を備え、該側壁が蛇腹状に形成されているので、旋回流を蛇腹状の側壁に衝突させることにより流れに乱れを生じさせて、燃料と燃焼用空気との混合を促進することができる。

　（４）内筒３０は、切り起こし片３７が形成された基端部３３と、燃焼室７７を内部に有する頭部３５と、基端部３３及び頭部３５の間に設けられた伸縮部３４とを備える。基端部３３の切り起こし片３７により生成された旋回流が、伸縮部３４に供給される。そのため、旋回流を伸縮部３４の側壁に衝突させることによって流れに乱れを発生させ、燃料と燃焼用空気との混合を促すことができる。また、伸縮部３４は、軸方向において頭部３５が熱膨張により延びた分、縮むことによって、頭部３５の膨張を吸収することができる。

　（５）頭部３５および伸縮部３４は円筒状であって、頭部３５の側壁は伸縮部３４の伸縮方向に平行である。このため、頭部３５が熱膨張によって延びる方向は伸縮部３４の伸縮方向と一致するので、例えば内筒の頭部３５が円錐状である場合に比べ、内筒にかかる応力を極力小さくすることができる。

　（第２実施形態）
　次に、本発明を具体化した排気浄化装置用バーナーの第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、第２実施形態のバーナー２０は、第１実施形態と比較してバーナー２０の予混合室のみが変更されているので、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

　バーナー２０の基端側ベース２１には、内筒３０及び外筒６０が固定されている。内筒３０の基端部及び先端部は基端側ベース２１及び頭部側ベース６３に固定されている。また、外筒６０の基端部及び先端部も、基端側ベース２１及び頭部側ベース６３に固定されている。内筒３０の先端部には、噴出口３２を有する噴き出し板３１が設けられている。

　予混合室について説明する。内筒３０の内面には、連結壁部１００、及びバーナーヘッド５５が固定されている。連結壁部１００は、内筒３０の軸方向において、切り起こし片３７とバーナーヘッド５５との間を含む部分に設けられている。この連結壁部１００、基端側ベース２１、内筒３０は、第１の混合室１１１を区画形成する。

　連結壁部１００は、噴出口３２に向かって突出する軸方向端部を有し、該端部には挿入口が形成されている。その挿入口に、第１連通筒１０１が挿入されている。第１連通筒１０１は、連結壁部１００から軸方向に延び、噴出口３２に向かって開口している。この第１連通筒１０１の内部空間が、第２の混合室１１２である。連結壁部１００及び第１連通筒１０１は、第１の連通筒部を形成する。

　またバーナーヘッド５５の中央には貫通孔が形成され、この貫通孔に、第２連通筒１０２が嵌合されている。このバーナーヘッド５５及び第２連通筒１０２は、第２の連通筒部を形成する。第２連通筒１０２は、バーナーヘッド５５から軸方向に噴出口３２に向かって延びており、その先端は閉塞板１０３によって閉塞されている。この第２連通筒１０２、閉塞板１０３及び第１連通筒１０１の開口端が、第３の混合室１１３を区画形成する。第２連通筒１０２の内周面と第１連通筒１０１の外周面が、第４の混合室１１４を区画形成する。連結壁部１００、内筒３０、バーナーヘッド５５が、第５の混合室１１５を区画形成する。

　これらの混合室１１１～１１５が、予混合室１１０を形成する。第２～第５の混合室１１２～１１５は、互いに異なる流路断面積を有する。内筒３０、第２連通筒１０２、バーナーヘッド５５、閉塞板１０３が、燃焼室１０５を区画形成する。

　内筒３０の側壁のうち、連結壁部１００及びバーナーヘッド５５の間には、伸縮部１０６が設けられている。この伸縮部１０６の両端は、内筒３０の頭部３５と基端部３３とに固着されている。伸縮部１０６は、張り出し部を一つ備え、内筒３０の軸方向と平行な方向に伸縮可能である。

　次に、上述したバーナー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、燃焼用空気が分配室６７に流入する。燃焼用空気は、ガイド板６８によって案内されて、内筒３０の周りを旋回する。

　分配室６７を流れる燃焼用空気の一部は、第２の導入孔３９を通じて燃焼室１０５に導入される。燃焼用空気の残りの部分は、第１の導入孔３６を通じて第１の混合室１１１に導入される。第１実施形態と同様に、第１の混合室１１１内では、旋回流が生成される。

　また第１の混合室１１１では、旋回流に対して燃料供給部３８から燃料が供給されることによって、燃焼用空気と燃料とが混合した予混合気が生成される。この予混合気は、旋回しつつ、第２の混合室１１２へと流入する。

　第２の混合室１１２へ流入した予混合気は、第２の混合室１１２において噴出口３２に向かって流れ、第２の混合室１１２を通過し、第３の混合室１１３にて転回し、第４の混合室１１４に流入し、混合室７２とは反対方向に向かって流れる。さらに予混合気は、第５の混合室１１５にて再び転回し、バーナーヘッド５５の供給孔５５Ａを通じて燃焼室１０５に流入する。

　この予混合室１１０では、各混合室１１３～１１５の分だけ流路が長くなるので、混合気の混合が促進される。混合室１１３～１１５が互いに異なる流路断面積を有するので、流路断面積の急激な変化に基づく混合気の混合も促進される。

　燃焼室１０５に流入した混合気に着火されると、燃焼室１０５には、燃焼中の混合気である火炎Ｆが生成されるとともに該火炎Ｆにともなう燃焼ガスが生成される。この火炎Ｆには、内筒３０に形成された第２の導入孔３９から燃焼用空気が供給される。

　燃焼室１０５にて生成された燃焼ガスは、噴出口３２を通じて排気通路１１へと供給される。また第４の混合室１１４の予混合気は、第２連通筒１０２を介して燃焼ガスによって加熱される。このため、既に気化している燃料の液化が抑えられ、且つ気化していない燃料の気化が促進される。

　燃焼室１０５に燃焼ガスが生成されると、燃焼室１０５を形成する内筒３０は、該燃焼ガスによって加熱される。
　さらに内筒３０のうち既燃ガスに直接曝される頭部３５は、最も大きな膨張量を有し、主に軸方向に膨張する。外筒６０は、頭部３５に比べ低温に保持される。内筒３０の頭部３５は、伸縮部１０６に向かって膨張する。伸縮部１０６は、軸方向に縮むことによって、その膨張を吸収する。この際、連結壁部１００とバーナーヘッド５５との間の相対距離が小さくなり、第３の混合室１１３及び第５の混合室１１５の流路断面積がわずかに小さくなるものの、予混合室１１０が閉塞されるようなことはない。

　以上説明したように、上記実施形態のバーナー２０によれば、第１実施形態の（１）～（５）に記載の利点に加えて、以下に列挙する利点を得ることができる。
　（６）バーナー２０の予混合室１１０は、予混合気の流路が折り返された部分を有する。そのため、こうした折返し部分を有しない予混合室を備えたバーナーに比べて、予混合気の流路が長くなる。その結果、燃焼用空気と燃料との混合が促進されて、予混合気の燃焼性が向上する。そのため、燃焼ガスに含まれる未燃焼燃料の量が低減される。燃焼用空気に曝される外筒６０と、既燃ガスに曝される内筒３０との間には熱膨張差が生じる。しかしながら、伸縮部１０６は、内筒３０のうち、連結壁部１００とバーナーヘッド５５の間に設けられるので、内筒３０の頭部３５の膨張を吸収することができる。

　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。
　・伸縮部３４，１０６が設けられるバーナー２０は、多重管構造であれば、上記各実施形態のような予混合式のバーナーでなくてもよい。例えば、バーナー２０は、拡散燃焼式のバーナーでもよい。例えば図６に示すように、バーナー２０は、外筒８０と内筒８１とを備える。内筒８１は、ベース８２に固定された基端部８３と、基端部８３に接合された伸縮部８４と、伸縮部８４に接合された頭部８５とを備える。基端部８３は、ベース８２に固定されている。頭部８５は、円錐状に形成され、その先端は外筒８０に接合されている。ベース８２には、燃料噴射部Ｎと、１対の点火プラグＰとが固定されている。内筒８１と外筒８０との間には空気室８８が設けられている。空気室８８には、ベース８２に固定された空気供給路９１を介して空気が供給される。供給された空気は、内筒８１に形成された空気孔８９と、頭部８５に形成された空気孔９０とを介して内筒８１の内部へ供給される。燃料噴射部Ｎから燃料が噴射され、点火プラグＰにより着火されると、燃焼室８６内に火炎Ｆが発生し、内筒８１が高温に加熱される。一方、外筒８０は比較的低温に保持される。内筒８１の熱膨張分は、伸縮部８４によって吸収される。

　・上記各実施形態では、伸縮部を蛇腹状に形成したが、金属箔から形成された円筒状に形成してもよい。金属箔からなる円筒は、頭部３５が熱膨張した際に、シワをつくって撓む。消火されて頭部３５が冷却されると、頭部３５の引張力により伸長する。或いは、伸縮部は、蛇腹のように張り出し部が規則的に形成された形状でなく、不規則に形成された形状でもよい。

　・第１実施形態では、伸縮部３４は、複数の張り出し部３４ａを備えていたが、張り出し部３４ａを１つだけ備えてもよい。
　・上記各実施形態では、伸縮部３４，１０６は予混合室７３，１１０の一部を形成したが、燃焼室７７，１０５を形成してもよい。燃焼室７７，１０５を形成する場合、内筒３０は、ベース２１寄りから順に、基端部、予混合室を構成する中央部、伸縮部を有する。この場合であっても、既燃ガスの加熱により伸縮部が膨張したときに、自身の膨張を吸収することができる。

　・上記各実施形態では、内筒３０及び外筒６０の両端部を、各ベース２１，６３に固定したが、内筒３０の基端部又は先端部を、外筒６０の内周面に固定してもよい。又は、内筒３０及び外筒６０の両端部を、ベース２１，６３以外の外部の部材に固定してもよい。

　・上記各実施形態では、燃焼室７７，１０５を有する第１の筒部を第２の筒部の径方向内側に配置したが、第１の筒部は第２の筒部の径方向外側に配置されてもよい。例えば、第１の筒部の径方向内側に、第１の筒部よりも軸方向に短い第２の筒部を配設する。第１の筒部の内部であって、第２の筒部の出口寄りに燃焼室を設けるようにしてもよい。

　・バーナー２０から、旋回流生成部を形成する切り起こし片、及びガイド板のうち一方、又はその両方が省略されてもよい。
　・バーナー２０から、上記各実施形態の基端部３３が省略されてもよい。

　・上記各実施形態では、内筒３０の頭部は、円筒状でなくても、円錐状でもよい。このとき、伸縮部は、頭部の膨張を吸収できればよく、頭部に連続する円錐状であってもよいし、円筒状であってもよい。
・第１実施形態では、バーナー２０は、内筒及び外筒からなる二重筒構造を有し、第２実施形態では、バーナー２０は４重筒構造であった。これに代えて、バーナー２０は３重筒構造を有してもよく、５つ以上の筒部を有する構造でもよい。

　・空気供給口６０Ａは、外筒６０の中央部等、頭部寄り以外の部分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、旋回流生成部は、内側に切り起こした切り起こし片３７によって形成されたが、内筒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。

　・第２実施形態では、伸縮部１０６を、内筒３０のうち連結壁部１００とバーナーヘッド５５との間に設けたが、内筒３０の頭部に設けてもよい。また、切り起こし片３７が形成された基端部にさらに伸縮部１０６を形成するスペースが確保できる場合には、伸縮部１０６を基端部に形成してもよい。

　・上記各実施形態では、燃料供給部３８は、内部で燃料を気化させるタイプの装置であったが、液状の燃料を内筒３０内に噴霧するタイプの装置であってもよい。
　・着火部６２には、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、プラズマ点火装置のうちの一つのみが搭載されてもよい。

　・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装置であってもよい。この場合、バーナー２０によって触媒が昇温されるので、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…排気浄化装置用バーナー、３０…第１の筒部としての内筒、３２…排出口としての噴出口、３３，８３…基端部、３４，８４，１０６…伸縮部、３５，８５…頭部、３７…旋回流生成部を構成する切り起こし片、６０…第２の筒部としての外筒、６８…旋回流生成部を構成するガイド板、７３…予混合室、７７，８６…燃焼室、ＡＸ１…中心軸。

Claims

　ベース部と、
　基端部及び先端部と、燃焼室と、既燃ガスが排出される排出口とを有し、前記基端部及び前記先端部が前記ベース部に固定された第１の筒部と、
　基端部及び先端部を有し、前記基端部及び前記先端部が前記ベース部に固定された第２の筒部とを備え、
　前記第１の筒部は、その中心軸に平行な方向に伸縮可能な伸縮部を備え、
　前記第１の筒部および前記第２の筒部は多重管構造をなすように径方向に互いに重ねられる、排気浄化装置用バーナー。
　前記燃焼室の前段に設けられており、燃焼用空気及び燃料を混合した予混合気を前記燃焼室に供給するように構成された予混合室をさらに備え、
　前記伸縮部は、前記予混合室の一部を形成している請求項１に記載の排気浄化装置用バーナー。
　前記第１の筒部及び前記第２の筒部の少なくとも一方は旋回流生成部をさらに備え、
　前記伸縮部は旋回流の旋回方向に沿った側壁を備え、該側壁が蛇腹状をなす請求項１又は２に記載の排気浄化装置用バーナー。
　前記第１の筒部の前記基端部は、該第１の筒部内に旋回流を生成する旋回流生成部を有し、前記第１の筒部は前記燃焼室を内部に有する頭部をさらに備え、前記伸縮部は前記基端部及び前記頭部の間に設けられている請求項１～３のいずれか１項に記載の排気浄化装置用バーナー。
　前記第１の筒部は、前記燃焼室を内部に有する頭部をさらに備え、前記伸縮部は前記頭部に接合されており、
　前記頭部及び前記伸縮部は円筒状に形成され、前記伸縮部は、前記伸縮部の伸縮方向が前記頭部の側壁と平行となるように、前記頭部に対して接合される請求項１～４のいずれか１項に記載の排気浄化装置用バーナー。
　前記第２の筒部は前記第１の筒部の径方向外側に設けられており、前記第１の筒部と前記第２の筒部との間に、燃焼用空気の流路が形成され、
　前記排気浄化装置用バーナーは、
　前記第１の筒部の内周面に連結され、前記排出口寄りの端部に開口を有する第１の連通筒部と、
　蓋部を有し、前記燃焼室を予混合室から区画する第２の連通筒部であって、前記燃焼室に連通する供給孔を有する第２の連通筒部とをさらに備え、
　前記第１の連通筒部は、前記第２の連通筒部に対して間隔を設けて前記第２の連通筒部に挿入されており、
　前記第１の筒部の側壁のうち、前記第１の連通筒部と前記第２の連通筒部との間に、前記伸縮部が設けられた請求項１～５のいずれか１項に記載の排気浄化装置用バーナー。