(57)【要約】【課題】ターンダウン比で１０〜２０倍を実現し且つ燃料を少量噴射する時でも均一で微小な噴霧を実現し得る燃料噴霧ノズルを提供する。【解決手段】霧化エア４’を流すエア流路１７を内部に備えて筒状を成す噴霧ブロック１８と、該噴霧ブロック１８の内部のエア流路１７の途中にデューティー制御により流量を調整して燃料１９を噴射する燃料噴射弁２０とを備え、前記噴霧ブロック１８の基端側から霧化エア４’を流速９ｍ／ｓ以上で導入して先端側の噴射口２１から吹き出させるようにして燃料噴霧ノズル１６を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
霧化エアを流すエア流路を内部に備えて筒状を成す噴霧ブロックと、該噴霧ブロックの内部のエア流路の途中にデューティー制御により流量を調整して燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記噴霧ブロックの基端側から霧化エアを流速９ｍ／ｓ以上で導入して先端側から吹き出させるように構成したことを特徴とする燃料噴霧ノズル。
【請求項２】
燃焼エアの少なくとも一部を霧化エアとして導き得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴霧ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴霧ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中にパティキュレートフィルタを装備し、該パティキュレートフィルタを通して排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するようにしており、この種のパティキュレートフィルタには、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒を一体的に担持させ、捕集済みパティキュレートを極力低い排気温度から自己燃焼させるようにしている。
【０００３】
ただし、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、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。
【０００４】
このため、パティキュレートフィルタの前段に排気ガス昇温用燃焼器を設け、該排気ガス昇温用燃焼器によるバーナ燃焼により生じた排気ガスを昇温し、その高温の排気ガスをパティキュレートフィルタに導入することによりパティキュレートフィルタの触媒床温度を積極的に上げて捕集済みパティキュレートを燃やし尽くし、パティキュレートフィルタの再生化を図ることが従来より提案されている。
【０００５】
尚、このようにバーナを用いてパティキュレートフィルタ等を昇温する技術に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１や特許文献２等が既に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−８６８４５号公報
【特許文献２】特開平６−１６７２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この種の排気ガス昇温用燃焼器の燃料噴霧ノズルは、ターンダウン比（最小と最大の燃料流量の比）が１０〜２０倍必要であり、しかも、均一な微小粒子噴霧が実現できなければならないが、既存のバーナやガスタービン等における燃料噴霧ノズルは、圧力調整による燃料流量調整の機構を採用しているため、ターンダウン比が１０倍未満であり、また、ターンダウン比１０〜２０倍を実現するべくデューティー制御（ＰＷＭ制御）による燃料流量調整の機構を採用しているものでは、均一で微小な噴霧が得られないという問題があった。
【０００８】
即ち、燃焼器によりパティキュレートフィルタの再生を図る場合、該パティキュレートフィルタの床温度を約６００℃程度に保持する必要があるが、ディーゼルエンジンの運転状態（回転数や負荷）に応じ排気ガスの流量や温度が時々刻々と変化するため、ターンダウン比が１０〜２０倍程度ないと、ディーゼルエンジンの運転状態に燃焼器の燃焼状態を追従させてパティキュレートフィルタの床温度を約６００℃程度に保持することが難しく、より細かく且つ精度良く燃料流量を制御する必要があった。
【０００９】
一方、デューティー制御とは、燃料を一定圧力に保持した上でソレノイドバルブを一定周期で駆動させ、その周期の中でソレノイドバルブを開閉する時間の比率で燃料流量を調整する制御であり、このような制御を採用すれば、図４にグラフで示す如く、圧力制御による燃料流量調整に比べてターンダウン比を大幅に増大することができるが、特に燃料を少量噴射するような場合に燃料噴霧の粒径が粗くなって微小な噴霧が得られ難くなり、その燃焼性や着火性が悪くなって燃費の悪化や白煙の発生を招く虞れがあった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ターンダウン比で１０〜２０倍を実現し且つ燃料を少量噴射する時でも均一で微小な噴霧を実現し得る燃料噴霧ノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、霧化エアを流すエア流路を内部に備えて筒状を成す噴霧ブロックと、該噴霧ブロックの内部のエア流路の途中にデューティー制御により流量を調整して燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記噴霧ブロックの基端側から霧化エアを流速９ｍ／ｓ以上で導入して先端側から吹き出させるように構成したことを特徴とする燃料噴霧ノズル、に係るものである。
【００１２】
而して、このようにすれば、燃料噴射弁から噴射された燃料のうちの微小な粒子が噴射後に直ちに霧化エアの流れに乗って噴霧ブロックの先端側から吹き出される一方、燃料噴射弁から噴射された燃料の粒子のうち大きな粒子はエア流路の内壁に衝突して分散することで微粒化され、該エア流路の内壁を伝って噴霧ブロックの先端側まで導かれた大きな粒子も該噴霧ブロックの先端側の噴射口の縁で霧化エアの流れに引きちぎられるようにして飛散することで微粒化される。
【００１３】
このため、燃料噴射弁から噴射される燃料の流量をデューティー制御により調整し、ターンダウン比を１０〜２０倍として燃料噴射制御を行い、燃料の噴射量を絞って少量噴射を実施した際に、均一で微小な噴霧が難しくなって平均粒径が大きくなってきても、エア流路の内壁に衝突して分散する作用と、噴霧ブロックの先端側の噴射口の縁で引きちぎられるようにして飛散する作用とにより燃料の粒子の微粒化が促進されるので、均一で微小な噴霧を実現することが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、燃焼エアの少なくとも一部を霧化エアとして導き得るように構成することが好ましく、このようにすれば、霧化エアの新たな供給源を確保しなくても燃焼エアの一部を流用することで賄うことが可能となり、実施コストの大幅な削減を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
上記した本発明の燃料噴霧ノズルによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１６】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、デューティー制御の採用によりターンダウン比で１０〜２０倍を実現することができるので、より細かく且つ精度良く燃料流量を制御することができ、しかも、燃料を少量噴射する時でも均一で微小な噴霧を実現することができるので、その燃焼性や着火性を著しく向上して燃費の悪化や白煙の発生を未然に防止することができる。
【００１７】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、燃焼エアの少なくとも一部を霧化エアとして導き得るように構成しているので、霧化エアの新たな供給源を確保しなくても燃焼エアの一部を流用することで賄うことができ、実施コストの大幅な削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の燃焼器に備えられる燃料噴霧ノズルの詳細を示す断面図である。
【図３】霧化エアのエア流速と平均粒径との関係を示すグラフである。
【図４】燃料の噴射量と平均粒径との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
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はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっており、また、前記ディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へと送り出されるようになっている。
【００２１】
そして、前記排気管１１の途中に、酸化触媒を一体的に担持したパティキュレートフィルタ１２（排気浄化材）がマフラ１３に抱持されて装備されていると共に、該パティキュレートフィルタ１２の前段には、適量の燃料を噴射して着火燃焼せしめる燃焼器１４が装備されており、該燃焼器１４には、適量の燃料を噴射する燃料噴霧ノズルと、その噴射口から噴射された燃料に点火するための点火プラグとが備えられている。
【００２２】
尚、前記燃焼器１４に対しては、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａの下流から分岐した燃焼用空気供給管１５が接続されており、該燃焼用空気供給管１５により前記コンプレッサ２ａで過給された吸気４の一部を抜き出して、燃焼エアを兼ねた霧化エアとして導き得るようにしてある。
【００２３】
図２は前記燃焼器１４に備えられている燃料噴霧ノズル１６の詳細を示すもので、前記コンプレッサ２ａで過給された吸気４の一部を霧化エア４’として流すエア流路１７を内部に備えて筒状を成す噴霧ブロック１８と、該噴霧ブロック１８の内部のエア流路１７の途中にデューティー制御により流量を調整して燃料１９を噴射する燃料噴射弁２０とを備え、前記噴霧ブロック１８の基端側から霧化エア４’を流速９ｍ／ｓ以上で導入して先端側の噴射口２１から吹き出させ得るよう前記エア流路１７の流路断面積を適切に設定している。
【００２４】
而して、このように燃料噴霧ノズル１６を構成すれば、燃料噴射弁２０から噴射された燃料１９のうちの微小な粒子が噴射後に直ちに霧化エア４’の流れに乗って噴霧ブロック１８の先端側から吹き出される一方、燃料噴射弁２０から噴射された燃料１９の粒子のうち大きな粒子はエア流路１７の内壁に衝突して分散することで微粒化され、該エア流路１７の内壁を伝って噴霧ブロック１８の先端側まで導かれた大きな粒子も該噴霧ブロック１８の先端側の噴射口２１の縁で霧化エア４’の流れに引きちぎられるようにして飛散することで微粒化される。
【００２５】
このため、燃料噴射弁２０から噴射される燃料１９の流量をデューティー制御により調整し、ターンダウン比を１０〜２０倍として燃料噴射制御を行い、燃料１９の噴射量を絞って少量噴射を実施した際に、均一で微小な噴霧が難しくなって平均粒径が大きくなってきても、エア流路１７の内壁に衝突して分散する作用と、噴霧ブロック１８の先端側の噴射口２１の縁で引きちぎられるようにして飛散する作用とにより燃料１９の粒子の微粒化が促進されるので、均一で微小な噴霧を実現することが可能となる。
【００２６】
事実、本発明者による実験結果によれば、図３にグラフで示す如く、霧化エア４’が無い場合（図３のグラフ中におけるエア流速０ｍ／ｓ）に平均粒径が１００μｍ近くになるほど燃料流量を絞り込んだ条件（図４参照）においても、霧化エア４’を流速９ｍ／ｓ以上とすれば、噴霧ブロック１８の噴射口２１から噴霧される燃料１９の平均粒径が４０μｍを下まわるような十分に小さな粒径まで低下できることが確認されている。
【００２７】
従って、上記形態例によれば、デューティー制御の採用によりターンダウン比で１０〜２０倍を実現することができるので、より細かく且つ精度良く燃料流量を制御することができ、ディーゼルエンジン１の運転状態（回転数や負荷）に応じ排気ガス９の流量や温度が時々刻々と変化しても、該ディーゼルエンジン１の運転状態に燃焼器１４の燃焼状態を追従させてパティキュレートフィルタ１２の床温度を約６００℃程度に確実に保持することができ、しかも、燃料１９を少量噴射する時でも均一で微小な噴霧を実現することができるので、その燃焼性や着火性を著しく向上して燃費の悪化や白煙の発生を未然に防止することができる。
【００２８】
また、特に本形態例においては、コンプレッサ２ａで過給された吸気４の一部を燃焼エアを兼ねた霧化エア４’として導き得るように構成しているので、霧化エア４’の新たな供給源を確保しなくても燃焼エアの一部を流用することで賄うことができ、実施コストの大幅な削減を図ることができる。
【００２９】
尚、本発明の燃料噴霧ノズルは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、パティキュレートフィルタを再生するための燃焼器に備えられる燃料噴霧ノズルに限定されないこと、また、霧化エアは必ずしもコンプレッサで過給された吸気の一部を導くことに限定されず、専用のブロワを備えて導くようにしても良いこと、その他、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。
【符号の説明】
【００３０】
４’  霧化エア
１６  燃料噴霧ノズル
１７  エア流路
１８  噴霧ブロック
１９  燃料
２０  燃料噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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