(57)【要約】  本発明はエンジン排気用加熱装置に関し、排気ガスを受けるように排気ガス導管内に接続される入口と、排気ガスを排出するように排気ガス導管内に接続される出口とを有し、内部スペースを画定するハウジングと、前記内部スペース内で燃料を燃焼するために前記ハウジング内に取り付けられるバーナユニットと、タービンを駆動するために排気ガスを受ける入口と排気ガスを排出するように前記ハウジングに接続された出口とを有する前記タービンと、前記タービンによって駆動され、周囲空気を受ける入口と圧縮空気を前記バーナに送るために接続された出口とを有する圧縮機とを含むターボ圧縮機と、を備える。前記ターボ圧縮機は前記バーナユニットの上流側の前記ハウジングに取り付けられている。【選択図】図１
2013537598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気用加熱装置であって、
排気ガスを受けるように排気ガス導管内に接続される入口と、排気ガスを排出するように排気ガス導管内に接続される出口とを有し、内部スペースを画定するハウジングと、
前記内部スペース内で燃料を燃焼するために前記ハウジング内に取り付けられるバーナユニットと、
タービンを駆動するために排気ガスを受ける入口と排気ガスを排出するように前記ハウジングに接続された出口とを有する前記タービンと、前記タービンによって駆動され、周囲空気を受ける入口と圧縮空気を前記バーナに送るために接続された出口とを有する圧縮機とを含むターボ圧縮機と、を備える加熱装置。
【請求項２】
前記バーナユニットが、燃焼スペースを密閉する壁を含む前記内部スペース内に配置された燃焼室を備え、前記壁が前記燃焼室を囲む排気流スペースを設けるように前記ハウジングから離隔される請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記壁が断熱される請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
排気ガスを前記排気流スペース内に誘導するために、前記ハウジング入口が前記排気流スペースと連通する請求項２に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記燃焼室の壁が、前記排気流スペース内に延び、旋回流の排気ガスを案内する向きに配置された、外表面上に形成されたフィンを含む請求項２に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記タービン入口への排気ガスの流れを制御するバルブを備える請求項１に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記ハウジング入口が拡張された筒状部材を備え、前記ターボ圧縮機が前記筒状部材に取り付けられ、前記タービン入口とタービン出口とが前記筒状部材に接続された請求項１に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記バーナが、前記圧縮機出口から空気を受けるように接続された燃焼空気入口を含み、前記燃焼空気入口が燃料空気の流入を前記バーナ内に旋回パターンで案内する向きに配置された請求項１に記載の加熱装置。
【請求項９】
前記ハウジングが、前記バーナからの燃焼ガスと排気ガスとが前記ハウジング出口から排出される前に混合されることを可能にする混合スペースを含む請求項１に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばディーゼル微粒子フィルタの再生、ディーゼルの酸化触媒体の加熱、及び／又は選択還元触媒体の加熱など、排気の温度を排気の後処理システムが使用するのに適する温度にするために内燃機関からの排気流を加熱する装置に向けられる。
【背景技術】
【０００２】
排気の後処理システムは、微粒子フィルタの例のように燃焼排気流からある特定の物質を除去し、且つ窒素酸化物（ＮＯｘ）の選択触媒転化では窒素ガスと水に転化するように、ある種の燃焼生成物を別の物質に転化するために使用される。
【０００３】
例えば、ディーゼル微粒子フィルタは、排気流を環境に放出する前に、排気流から粒子状物質（通常は不完全燃焼による生成物）を除去するために使用される。収集された粒子状物質は、結局はフィルタに負荷をかけるので除去されなければならない。現在使用されているアプローチは、フィルタの温度を上げて収集された粒子状物質を燃焼させるもので、フィルタ再生と呼ばれているプロセスである。これはエンジン排気ガスの温度を上げることによって行うのが最も簡便である。例えば高速トラックなどのあるエンジンの用途では、エンジン排気は微粒子フィルタを再生用に加熱するのに十分な温度に達するが、別の用途では作業サイクルは十分に高い排気の温度を生じないので、ある種の介在を必要とする。
【０００４】
エンジン燃焼パラメータを一時的に変更して排気の温度を上げること、及び加熱デバイスを使用して排気流に熱を加えることを含む様々なアプローチが知られている。加熱デバイスは燃料を燃やし、燃焼流をエンジン排気口に向ける典型的なバーナーである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の加熱デバイスには、（デバイスがディーゼル微粒子フィルタ一体型である場合の）サイズ、コスト及び動作の複雑さを含む問題点がある。本発明は先行技術の問題点を解決する加熱装置に向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車両の構造にとって簡便な車両のエンジン排気システムに搭載し得る加熱装置であって、排気ガスを受ける入口と、装置の動作時に加熱される排気ガスを排気後処理システムに排出する出口とを含む装置を提案する。
【０００７】
本発明による装置は、ディ−ゼル微粒子フィルタを短くするために加熱装置をディーゼル微粒子フィルタから分離し、加熱装置とＤＰＦ（ディーゼル微粒子フィルタ）とをより簡便に取り付けるという利点をもたらす。
【０００８】
本発明の装置は更に、加熱装置の燃焼制御をエンジン制御から分離することによって、両方のシステムの制御を簡略にし、解決すべき問題点の診断をより簡単にする加熱装置を提供する。
【０００９】
本発明による装置は、内部スペースを画定するハウジングと、ハウジングに取り付けられるバーナとを含む。ハウジングは、ハウジングをエンジン排気導管内に接続する入口と出口とを有している。入口は排気ガスを受け、出口は排気ガスを排出する。ハウジング内で、排気ガスはバーナの周囲を流れるように誘導されるが、排気ガスはバーナ用の燃焼空気の一部を構成しない。
【００１０】
装置は更に、好ましくはエンジン排気ガスによって駆動されるターボ圧縮機である空気供給デバイスを含む。ターボ圧縮機のタービンへの入口は排気導管に接続され、バルブによって制御されてもよい。タービンの出口は排気導管に接続される。ターボ圧縮機の圧縮機は周囲空気を引き込み、空気を圧縮し、圧縮空気をバーナの入口に送り、バーナに接続された出口を有している。圧縮機の入口は、エンジンがろ過空気を引き込むように燃焼空気フィルタに接続されてもよく、又は専用の空気フィルタを有してもよい。
【００１１】
バーナの作動時に、装置はバルブが開くように制御して排気ガスがタービンを駆動し、圧縮機がバーナに燃焼空気を送るようにする。エンジン排気ガスはハウジングに流入してバーナの周囲を流れ、それによってバーナユニットからの熱が排気ガスに奪われる。バーナからの燃焼ガスと排気ガスとがハウジング内で混合され、ハウジングの出口を通って排気導管の下流部分に流れ、又は排気ガス後処置デバイスに直に流入する。
【００１２】
本発明は添付図面と共に読まれる以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】エンジン及び排気後処理システムと共に示す本発明による排気ガス加熱装置の概略図である。
【図２】本発明のある実施形態の前面図である。
【図３】内部コンポーネント及び構造を示す、図２の実施形態の断面図である。
【図４】本発明のターボ圧縮機支持ユニットの側断面図である。
【図５】本発明のバーナ支持ユニットの側断面図である。
【図６】本発明のバーナ支持ユニットの代替実施形態の測断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を添付図面と共に説明する。図１は、エンジン１０及び排気ガス後処理システム３０、３２、及び３４と共に本発明による装置４０、すなわち点線のボックス内のコンポーネントを示す概略図である。
【００１５】
エンジン１０は燃焼空気用の吸気マニホルド１２と、排気ガスを排出するための排気マニホルド１４とを含む。排気ガス導管１６は排気ガスをターボチャージャのタービン１８に搬送する。タービン１８は排気ガスによって駆動され、圧縮機２０を駆動するように接続されている。圧縮機２０は周囲空気を圧縮し、これは燃焼空気吸気ライン２２によって吸気マニホルド１２に送られる。周囲空気は先ずフィルタ２４によってろ過され、空気から粉じんなどの不純物が除去される。
【００１６】
排気ガスがタービン１８から流出した後、１つ又は複数の後処理システムによって汚染物や不純物を除去するために処理される。
これらのシステムにはディーゼル酸化触媒３０、微粒子フィルタ３２、及び選択触媒還元触媒３４が含まれてもよい。これらのシステムは特定の温度範囲内で効果的に作用し、排気ガスが十分に高温ではないと、何らかの加熱が必要である。本発明の装置４０は有利なことに排気ガスに熱を与えるのに適している。
【００１７】
加熱装置４０は、加熱するために排気ガスを受ける内部スペース４４を密閉するハウジング４２を含む。ハウジング４２内にバーナ４６が取り付けられ、これは燃料がその内部で燃焼される燃焼室４８を含む。簡便にするため、燃料はエンジンの燃料システム（図示せず）によって供給されてもよい。ハウジング４２は、内部スペース４４内に排気ガスを受ける入口５０と、排気ガスを排気ガス導管１６に排出するように接続された出口５２とを含む。
【００１８】
廃ガスターボ圧縮機ユニット６０は圧縮された燃焼空気をバーナ４６に供給する。ターボ圧縮機６０は、圧縮機６６を駆動するためにシャフト６４によって接続されたタービン６２を含む。タービン６２は入口７０を経て排気ガスを受けるように接続されている。排気ガスはタービン６２を駆動し、タービン出口７２を経てハウジングの内部スペース４４に排出される。これは図１に示すように、ハウジングの入口５０への接続によってなされてもよい。代替として、ハウジング４２を拡張してターボ圧縮機６０の取り付け位置を設けてもよく、それによってタービン出口７２をハウジングに直に接続することができよう。別の代替形態によれは、ターボ圧縮機を支持し、タービンをハウジングの内部スペース４４に接続するためにハウジング入口５０を大型の筒状構造に構成してもよい。
【００１９】
タービン６２は、タービン入口７０への排気ガス流を制御するバルブ８６によって制御される。図１に示すように、前記バルブはタービン入口７０の開口に配置されている。代替として、タービン入口７０とタービン出口７２との接合部の間の排気導管内にバルブを配置してもよい。
【００２０】
圧縮機６６は吸気口８０を経て周囲空気を引き込み、空気を圧縮し、圧縮空気をバーナ４６の燃焼空気吸気口４９に送る。周囲空気は、先ずフィルタ２４を経て引き込まれ、これは簡便にするためエンジン燃焼空気用に使用されるものと同じフィルタでもよく、又は圧縮機吸気口８０に配置されたフィルタでもよい。
【００２１】
加熱装置４０の作動時には、バーナ４６は入口５０を経て流入する排気ガスを混合する内部スペース４４に燃焼ガスを供給する。排気ガスはバーナ４８上を流れ、その結果、バーナから排気ガスに一種の熱伝達がなされて排気ガスを加熱し、バーナを冷却する。次いで排気ガスはバーナ下流側の燃焼ガスと混合され、この時点でより高温のガスが出口５２から排出される。
【００２２】
加熱装置４０は、バルブの動作とバーナ４６の燃料噴射及び点火を制御する制御ユニットを含む。制御ユニットは、通常はＤＰＦの再生のための熱需要、又はＳＣＲ（選択還元触媒）又はＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）の動作温度への加熱に関する信号をエンジンの電子制御ユニット、及びシステムの温度測定値を包含する後処理装置３０、３２、３４のための電子制御ユニットから受信する車両のデータバスによって接続される。制御ユニットは信号に応答して加熱装置を動作させる。加熱装置４０から排出される排気ガスの温度を監視するために温度センサ５４がハウジング出口５２に備えられる。
【００２３】
図２は例示的装置の前面図であり、図３は、後述するような、明瞭にするためにある部分を取り外した例示的装置の断面図である。
【００２４】
装置１１０は、前述のように内燃エンジンの排気導管上に配置されるように構成されたハウジング１１２を含む。ハウジング１１２は排気ガスを受ける入口１１４と、排気ガスを排出する出口１１６とを含む。ハウジング１１２は、排気ガスがそこを通って入口１１４から出口１１６に流れる内部スペース１２０を画定する外壁１１８によって形成される。
【００２５】
任意の既知のバーナユニットでよいバーナユニット１３０は、燃焼ガスを内部スペース１２０に供給するためにハウジング１１２内に取り付けられる。バーナユニット１３０は、燃焼空気の供給を受ける入口１３２と、インジェクタ１３６に燃料を供給する燃料ライン用の取り付け具１３４とを有している。バーナ１３０は、バーナ内に投入された混合気を点火するための点火装置（図示せず）を含む。バーナ１３０は、ハウジング１１２の内部スペース１２０内に配置された燃焼室１４０を含む。流入する旋回流の圧縮空気を案内するために複数のスロット又はその他の開口（図示せず）を有する流れ案内円錐体１４２が設けられている。それに加えて、又は代替として、燃焼空気入口１３２を燃焼室１４０内に旋回流を生成する方向に向けてもよい。燃焼室は好ましくは、内部スペース１２０内に取り付けられ、燃焼室を囲む（ハウジングの内部スペースの一部である）環状スペース１４４を設けるためにハウジング壁１１８から離隔された円筒形の壁である。本発明のある態様によれば、壁１１８を断熱してもよい。
【００２６】
燃焼室１４０の外表面は、排気ガスを旋回流のパターンで案内するために環状スペース１４４内に延設された１つ又は複数のフィン１４６を含む。
【００２７】
燃焼室１４０の下流側で、燃焼室からの燃焼ガスと内部スペース１２０を貫流する排気ガスとが混合ゾーン１４８で混合され、混合されたガスはハウジング出口１１６を介して排出される。混合ゾーン１４８は、加熱ユニットの特定の用途向けに所望の通り短くても長くてもよい。
【００２８】
バーナユニット１１０には、ハウジング１１２上のターボ圧縮機支持位置１６０に取り付けられた専用の廃熱ターボ圧縮機（明瞭にするために図示せず）によって燃焼空気が供給される。ターボ圧縮機はこの分野で知られるようにタービンと圧縮機とを含む。タービンは入口ゲート１６２を経て排気ガスを受け、出口ゲート１６４を経て排気ガスをハウジングに戻すように接続されている。ハウジング１１２内のバルブ１７０は、タービンの動作を制御するためにタービンへの排気ガスの流れを制御する。バルブ１７０は図３には、入口ゲート１６２と出口ゲート１６４との間に位置するバタフライバルブとして図示されている。開位置では、バルブは排気ガスが制約なく内部スペース１２０内を貫流できるようにする。タービンを作動させるためにバルブは、タービンを駆動し、入口ゲート１６２と出口ゲート１６４との間に圧力差をもたらすのに十分な量の排気ガスを誘導する位置に回転する。
【００２９】
図１に関連して記載したように、タービンは圧縮機を駆動する。前述のように、圧縮機は圧縮された燃焼空気を燃焼空気入口１３２に送る。
【００３０】
専用の燃焼空気源を有するヒータ配置が利点をもたらす。従来の実践は燃焼空気とエンジン排気ガスとを混合してバーナユニット内に流入させるものであり、これによってバーナユニット内のコンポーネントがエンジン排気粒子状物質及び燃焼しない燃料で汚染されることがあるが、本発明ではこれが避けられる。加えて、混合気の制御がより良好に行われることでバーナユニット内の燃焼制御が改善されるのであり、エンジン排気中の燃焼可能な空気量は必ずしも常に制御可能であったり、特定的に判明したりしているものではない。
【００３１】
更なる利点は、燃焼空気がエンジンのターボ圧縮機から取り込まれず、したがってエンジン燃焼の制御をバーナユニット内の燃焼に適応させる必要がないことである。エンジンはバーナが機能するようにエンジンの動作を調整する必要がなく、排気ガス温度を高めるエンジンモードも不要である。
【００３２】
専用のターボユニットは役割が限定されているため安価なターボチャージャデバイスでよい。
【００３３】
加熱装置は図示のように単一ユニットとして形成されたハウジングで構成されてもよく、又はターボ圧縮機ユニットとバーナユニットとで構成されてもよい。これらの部品は直に接続されてもよく、又は利用できるスペース、排気ガス導管の形態（角度及び曲折部）、又はその他の要素にとって利便であるように排気導管上に接続されてもよい。
【００３４】
図４は、本発明の代替実施形態による例示的ターボ圧縮機ユニット２１０を示す。ターボ圧縮機ユニット２１０は入口２１４と出口２１６とを有する筒状体であり、ターボ圧縮機の取り付け位置２６０を含む。入口と出口とがターボ圧縮機ユニット２１０を排気導管内に接続してもよい。
【００３５】
図５は例示的バーナユニット３１０である。バーナユニットは前述のようにハウジング３１２とバーナとを含み、排気導管内にユニットを接続するための入口３１４と出口３１６とを有している。
【００３６】
図６はバーナユニット４１０の代替実施形態である。バーナユニット４１０は、ハウジング４１２の縦軸に対して垂直に配置された入口４１４と出口４１６とを有している。
【００３７】
本発明を好ましい原理、実施形態及びコンポーネントに関して記載してきた。記載の本発明の範囲から逸脱することなく同等の構造、コンポーネント、及び方法ステップに置き換えてもよいことが当業者には理解されよう。
【図１】
2013537598.tif 000003
【図２】
2013537598.tif 000004
【図３】
2013537598.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013537598.tif 000007
【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月7日(2012.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気用加熱装置であって、
排気ガスを受けるように排気ガス導管内に接続される入口と、排気ガスを排出するように排気ガス導管内に接続される出口とを有し、内部スペースを画定するハウジングと、
前記内部スペース内で燃料を燃焼するために前記ハウジング内に取り付けられるバーナユニットと、
タービンを駆動するために排気ガスを受ける入口と排気ガスを排出するように前記ハウジングに接続された出口とを有する前記タービンと、前記タービンによって駆動され、周囲空気を受ける入口と圧縮空気を前記バーナに送るために接続された出口とを有する圧縮機とを含むターボ圧縮機と、を備える加熱装置。
【請求項２】
前記バーナユニットが、燃焼スペースを密閉する壁を含む前記内部スペース内に配置された燃焼室を備え、前記壁が前記燃焼室を囲む排気流スペースを設けるように前記ハウジングから離隔される請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記壁が断熱される請求項２に記載の加熱装置。
【請求項４】
排気ガスを前記排気流スペース内に誘導するために、前記ハウジング入口が前記排気流スペースと連通する請求項２に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記燃焼室の壁が、前記排気流スペース内に延び、旋回流の排気ガスを案内する向きに配置された、外表面上に形成されたフィンを含む請求項２に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記タービン入口への排気ガスの流れを制御するバルブを備える請求項１に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記ハウジング入口が拡張された筒状部材を備え、前記ターボ圧縮機が前記筒状部材に取り付けられ、前記タービン入口とタービン出口とが前記筒状部材に接続された請求項１に記載の加熱装置。
【請求項８】
前記バーナが、前記圧縮機出口から空気を受けるように接続された燃焼空気入口を含み、前記燃焼空気入口が燃料空気の流入を前記バーナ内に旋回パターンで案内する向きに配置された請求項１に記載の加熱装置。
【請求項９】
前記ハウジングが、前記バーナからの燃焼ガスと排気ガスとが前記ハウジング出口から排出される前に混合されることを可能にする混合スペースを含む請求項１に記載の加熱装置。
【請求項１０】
エンジン排気用加熱装置であって、
排気ガスを受けるように排気ガス導管内に接続される入口と、排気ガスを排出するように排気ガス導管内に接続される出口とを有する拡張された筒状部材を備え、内部スペースを画定するハウジングと、
前記内部スペース内で燃料を燃焼するために前記ハウジング内に取り付けられるバーナユニットと、
タービンを駆動するために排気ガスを受ける入口と排気ガスを排出するように前記ハウジングに接続された出口とを有する前記タービンと、前記タービンによって駆動され、周囲空気を受ける入口と圧縮空気を前記バーナに送るために接続された出口とを有する圧縮機とを含むターボ圧縮機と、を備え、前記ターボ圧縮機が前記筒状部材に取り付けられ、前記タービン入口と前記タービン出口とが前記筒状部材に接続される加熱装置。
【国際調査報告】
2013537598.tif 000009