(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路中に配置され、前記内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化部材を含む内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気浄化部材の上流側に配置され、前記排気浄化部材を再生又は昇温するための燃焼バーナであって、燃料が噴射される燃料噴射部の周囲を包囲する管状部材を備えるとともに、燃焼用のエアの少なくとも一部として、前記排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができ、前記分流された排気ガスが前記管状部材の外周を経由し、前記燃料噴射部より後方から前記管状部材の内側に導かれる燃焼バーナを、放射される火炎が、前記排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置してあることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記燃焼バーナにおける前記燃料が噴射される燃料噴射部と前記排気通路との間に、前記放射される火炎を安定燃焼させるための保炎部を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記燃料噴射部を、前記排気通路の内面から後退させた位置に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記燃焼バーナを前記排気通路内に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気通路から分岐するとともに前記燃焼バーナに合流し、前記排気ガスの一部を前記燃焼バーナに流入させるための支流管を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気通路中に、前記排気ガスの一部を前記本流から分流させるための弁部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記支流管の入口を、前記排気通路の上流側に向けた状態で前記排気通路中に突出させて配置することを特徴とする請求項５又は６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、装置の大型化を防止しつつ、燃焼バーナを安定的に燃焼させることができる内燃機関の排気浄化装置に関する
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境汚染を促す黒煙微粒子（以下、ＰＭと称する）や窒素酸化物（以下、ＮＯXと称する）等が含まれている。これらのＰＭやＮＯXを除去すべく、ＰＭの捕集フィルタやＮＯXを還元除去するための触媒を排気通路中に配置することにより、排気ガスを浄化して排出している。
このうち捕集フィルタは、使用につれてＰＭが蓄積されていくために、所定の時期に、フィルタ上のＰＭを燃焼させて、フィルタを再生させる必要がある。また、ＮＯX触媒は、排気ガスの温度によっては触媒が活性化せず、ＮＯXの還元効率が低くなるために、運転状態等から判断して、ＮＯX触媒を昇温活性化させる必要がある。
【０００３】
このように、捕集フィルタを燃焼させたり、ＮＯX触媒を昇温活性化させたりする方法として、捕集フィルタやＮＯX触媒の上流側に燃焼バーナを配置して、燃焼ガスの熱量を利用する方法が知られている。しかしながら、燃焼バーナを用いた再生、昇温を行うためには、燃料を燃焼させるための空気を供給する必要があることから、空気供給系統を備える必要があり、装置が大型化するおそれがあった。
そこで、燃焼バーナの燃焼用の空気を、酸素が残存する排気ガスを用いた排ガス浄化用燃焼器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、図１２に示すように、排ガス中の残存酸素を用いて燃料を確実に燃焼して当該排ガス自身の温度をエンジン運転中に所要の温度まで昇温するため、エンジンの運転状況に応じて、燃焼器４０１内での燃料の確実なる着火と安定燃焼状態を維持するための三要素である酸素濃度及び排ガス温度並びに排ガス流量もしくはそれに変わり得る信号を使用して燃焼器４０１の着火・燃焼タイミングをコントロールする排ガス浄化用燃焼器４００である。
【特許文献１】特開２００２−２４２６６１号公報  （特許請求の範囲  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された排ガス浄化用燃焼器は、排気通路中において燃料を着火して燃焼させる構成であり、高速回転運転時等に、着火された火炎が排気ガスの早い流れによって吹き消されたり、部分的に酸欠状態になったりして、安定的に燃焼させることができない場合があった。特に、火炎が消えてしまった場合には、燃料がそのまま排気ガス中に放出されるため、排気通路や捕集フィルタ等に燃料が付着して汚染されるというおそれもあった。
【０００５】
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、燃焼バーナを燃焼させる際の空気として、排気ガスの一部を、本流から分流して取り入れるとともに、燃焼バーナから放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように、燃焼バーナを配置することにより、上述した問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、装置全体の大型化を防止しつつ、排気浄化部材を再生又は昇温させるための燃焼バーナを安定的に燃焼させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、内燃機関の排気通路中に配置され、前記内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化部材を含む内燃機関の排気浄化装置であって、排気浄化部材の上流側に配置され、排気浄化部材を再生又は昇温するための燃焼バーナであって、燃料が噴射される燃料噴射部の周囲を包囲する管状部材を備えるとともに、燃焼用のエアの少なくとも一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができ、分流された排気ガスが管状部材の外周を経由し、燃料噴射部より後方から管状部材の内側に導かれる燃焼バーナを、放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置した内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
なお、「火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならない」とは、視認できる程度に着色された火炎が、排気通路中を流れる排気ガスの流れまで到達していない状態を意味する。
【０００７】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、燃焼バーナにおける燃料が噴射される燃料噴射部と排気通路との間に、放射される火炎を安定燃焼させるための保炎部を備えることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、燃焼バーナにおける火炎が放射される燃料噴射部を、排気通路の内面から後退させた位置に配置することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、燃焼バーナを排気通路内に配置することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、排気通路から分岐するとともに燃焼バーナに合流し、排気ガスの一部を燃焼バーナに流入させるための支流管を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、排気通路中に、排気ガスの一部を本流から分流させるための弁部を備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、支流管における燃焼バーナ側とは反対側の端部を、排気通路中に配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気浄化部材を再生又は昇温させるための燃焼バーナにおける燃焼用の空気を、排気ガスの本流から分流した排気ガスを用いることにより、空気供給系統を比較的簡易な構成で対応させることができるために、装置全体の大型化を防止することができるようになった。また、燃焼バーナから放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置することにより、バーナの安定的な燃焼を可能とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法の実施の形態について詳細に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
【００１８】
［第１の実施の形態］
本実施形態は、内燃機関の排気通路中に配置され、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化部材を含む内燃機関の排気浄化装置である。
かかる排気浄化装置は、排気浄化部材の上流側に配置され、排気浄化部材を再生又は昇温するための燃焼バーナ（以下、単にバーナと称する場合がある）であって、燃焼用のエアの一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができる燃焼バーナを、放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置してあることを特徴とする。
【００１９】
１．基本的構成
本実施形態の排気浄化装置１０は、図１に示すように、内燃機関５に接続された排気通路１３と、排気浄化部材１１と、排気浄化部材１１を再生又は昇温させるためのバーナ２０とを備えている。すなわち、排気浄化部材としてＰＭの捕集フィルタを備えている場合には、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれ、捕集フィルタによって捕集されたＰＭが所定量を超えた場合に、バーナを用いて排気ガスの温度を高温にすることにより、捕集フィルタに付着したＰＭを燃焼させることができる。また、排気浄化装置としてＮＯX触媒を備えている場合には、ＮＯX触媒が活性化温度よりも著しく低い場合などに、バーナを用いて排気ガスの温度を高温にすることにより、ＮＯX触媒を昇温活性化させて、ＮＯXの還元反応を効率化させることができる。
【００２０】
また、排気浄化装置１０において、排気浄化部材１１として捕集フィルタを備える場合に、捕集フィルタの上流側及び下流側に圧力センサ１８を配置することもできる。この場合、圧力センサ１８によって測定される圧力差を検証することにより、捕集フィルタによって捕集されたＰＭの量を検証することができる。
また、排気浄化部材としてＮＯX触媒を備える場合には、ＮＯX触媒の上流側及び下流側に、圧力センサの代わりに、ラムダセンサを配置することもできる。この場合、ＮＯX触媒に流入する排気ガスをリーン状態からリッチ状態に切り換えるとともに、ラムダセンサによって測定される空燃比を比較することによって、ＮＯX触媒に吸蔵されていたＮＯX量を検証でき、ＮＯX触媒の劣化具合を判断することができる。
さらに、排気浄化部材１１の上流側に、排気ガスの空燃比を測定するためのラムダセンサ１２を配置することもできる。このラムダセンサ１２によって、排気浄化部材１１に流入する排気ガスの空燃比を測定し、得られた空燃比をもとに、浄化効率を向上させるべく内燃機関５の運転条件や燃焼バーナ２０の燃焼条件等を制御することができる。
【００２１】
２．内燃機関
排気ガスを排出する内燃機関５としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気浄化部材の取り付けが必須であるディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
また、図１中に示される運転状態検出手段１５は、内燃機関５の運転状態、すなわち、内燃機関５の回転数や、排気温度、燃料噴射タイミング等を検出する手段であって、当該検出結果に基づいて、バーナ２０の出力や、バーナ２０に導入させる排気ガス量を制御できるように構成してあることが好ましい。
【００２２】
３．排気通路
また、排気通路１３は、内燃機関の排気口に接続されており、当該排気通路１３の途中に、バーナ２０や排気浄化部材１１が備えられている。かかる排気通路１３の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱の排気通路１３であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
ただし、排気通路の途中にバーナ２０を取り付けやすくするために、図１に例示するように、排気通路１３の途中に屈曲部１４を設けることが好ましい。
【００２３】
４．排気浄化部材
また、排気ガスを浄化するための排気浄化部材１１としては、ＰＭの捕集フィルタやＮＯX触媒が典型的である。
このうち捕集フィルタは公知材料から構成することができ、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタであって、排気ガス中のＰＭその他の微粒子を補集してこれを浄化するものである。また、かかる捕集フィルタはフィルタ単体であっても構わないが、例えば、触媒やＮＯX吸着剤がコーティングされたものとすることもできる。
【００２４】
また、ＮＯX触媒についても、公知のものを使用することができる。例えば、排気ガスの空燃比がリーン状態においてＮＯXを吸蔵するとともに空燃比をリッチ状態とした場合にＮＯXを放出して還元させるものや、アンモニア水溶液（尿素）等の還元剤を排気ガス中にあらかじめ混合して流し込むことによりＮＯXと還元剤との還元反応を促進させるものがある。
【００２５】
また、本発明の排気浄化装置において、図２に示すように、捕集フィルタやＮＯX触媒等の排気浄化部材１１の上流側に、酸化触媒（ＤＯＣ）１７を備えることも好ましい。
この理由は、バーナの熱によって酸化触媒が昇温活性化され、排気ガス中に残存するＣＯやＨＣ等が酸化触媒１７で酸化されることにより、その酸化熱によって排気ガスをさらに昇温させることができるためである。したがって、捕集されたＰＭをより効率的に燃焼させたり、ＮＯX触媒を効率的に活性化させて、ＮＯXの還元反応をより効率化させたりすることができる。
【００２６】
５．燃焼バーナ
（１）基本的態様
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置に用いられる燃焼バーナ２０は、排気浄化部材の上流側に配置され、排気浄化部材を再生又は昇温するためのバーナであって、燃焼用のエアの一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができるバーナ２０である。また、かかるバーナ２０は、放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置されている。
【００２７】
すなわち、燃料を燃焼させる際に要する酸素の一部を排気ガス中に残存する酸素を利用することにより、バーナに対して酸素を効率的に供給することができる。したがって、エアポンプ等の空気供給系統を比較的小型のものとすることができるため、排気浄化装置全体として大型化することを防止することができる。
また、バーナから放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないようにバーナを配置することにより、高速回転運転時に排気ガスの一部を利用してバーナから火炎を放射させた場合であっても、比較的大流量の排気ガスによって火炎が吹き消されたり、部分的に酸欠状態になったりすることを防ぐことができる。したがって、内燃機関の運転状態がどのような状態であっても、バーナを安定的に燃焼させることができ、排気浄化部材の再生や昇温を効率的に行うことができる。
なお、「火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならない」とは、視認できる程度に着色された火炎が、排気通路中を流れる排気ガスの流れまで到達していない状態を意味する。
【００２８】
（２）構成例１
このようなバーナとしては、例えば、図３に示すように、燃料が噴射される燃料噴射部（ノズル）２１を、排気通路１３の内面１３ａから後退させた位置に配置したバーナ２０Ａとすることができる。このバーナ２０Ａは、排気通路１３から分岐するとともにバーナ２０Ａに合流し、排気ガスの一部Ｄ´をバーナ２０Ａに流入させるための支流管２３を備えている。このバーナ２０Ａは、エアアシスト式の拡散燃焼型のバーナであって、バーナ２０Ａを燃焼させる際には、インジェクタ２５から燃料を噴射させるとともに、エアポンプ２７から導入される空気と混合して霧状の燃料とし、点火装置２９によって点火することにより火炎Ｆを放射する。このとき、排気ガスの一部Ｄ´をバーナ２０Ａに流入させるとともに、点火装置２９近傍に供給することにより、燃料の燃焼を補助している。
したがって、エアポンプ２７から導入される空気量を少なくすることができるために、当該エアによる火炎の立ち消えを防ぐことができる。また、比較的少ない空気量で済むために、エアポンプ２７の容量を小さくすることができ、排気浄化装置全体が大型化することを防ぐことができる。
【００２９】
また、燃料噴射部２１を排気通路１３の内面１３ａから後退させた位置にバーナ２０Ａが配置されているために、火炎Ｆが排気ガスの本流Ｄと直接的に重ならないようにできる。したがって、排気ガスＤによって火炎Ｆが吹き消されたり、一部が酸欠状態になったりなど、不安定になることを抑止して、安定的に燃焼させることができる。よって、捕集フィルタに捕集されたＰＭの燃焼や、ＮＯX触媒に吸蔵されたＮＯXの還元を効率的に行うことができる。
さらに、図３に示す燃焼バーナ２０Ａは、燃料噴射部２１から排気通路１３の内面１３ａまでの間をつなぐ流路としての管状部材（燃焼管）２２の出口部分の周囲を囲むように、保炎部２６を備えている。したがって、火炎に淀みが形成されるように構成され、排気通路内まで火炎が届きにくくなっているとともに、排気ガスが火炎に影響を与えることが少ないために、より安定的にバーナを燃焼させることができる。
【００３０】
このような構成のバーナ２０Ａにおいて、排気通路１３から分流してバーナ２０Ａに供給される排気ガスの一部Ｄ´が燃料噴射部２１近傍に供給されるような構成であれば、その態様は特に制限されるものではないが、例えば、排気ガスの支流管２３の出口２３ａが、燃料噴射部２１の周囲に設けられた燃焼管２２の外周部に面する箇所に配置されていることが好ましい。すなわち、燃料噴射部２１を排気通路１３の内面１３ａから後退させるように燃焼管２２が備えられており、排気ガスＤ´が当該燃焼管２２の外周部に供給されるように構成されていることが好ましい。
この理由は、排気通路１３から分流させた排気ガスＤ´を、バーナ２０Ａから放射された熱で暖められた燃焼管２２によって予熱させた状態で、燃焼用のエアの一部として供給することができるため、噴霧された燃料の蒸発が促進され、着火性が向上し、燃焼安定性を向上させることができるためである。
【００３１】
また、排気通路１３から支流管２３中へ排気ガスの一部Ｄ´を導く方法として、例えば、図３に示すように、排気通路１３の内面の一部に配管２３を連通させることができる。このように構成すれば、バーナ２０Ａから放射される火炎によるベンチュリ効果によって、排気ガスの一部Ｄ´が支流管２３へと導かれる。
一方、排気通路１３から支流管２３中へ排気ガスの一部Ｄ´を導く別の方法として、図４に示すように、支流管２３の入口２３ｂを、排気通路１３の上流側に向けた状態で排気通路１３中に突出させて配置することも好ましい。このように構成すれば、排気ガスが直接支流管２３に流れ込むために、上述のベンチュリ効果と相俟って、より流入させやすくなる。
【００３２】
また、図５に示すように、排気通路１３中に、排気ガスＤの一部を本流から分流させるための絞り部３１を設けることが好ましい。この理由は、本流の流れを一部遮ることにより、支流管２３との圧力差を利用して排気ガスを流入させやすくできるためである。
また、かかる弁部を、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、絞り量を切換可能な弁体３３、３５とすることが好ましい。この理由は、バーナ２０Ａへ排気ガスの一部Ｄ´を流入させる際に、本流を絞ることにより、排気ガスＤを流入させやすくすることができるためである。また、絞り量を可変とすることにより、バーナ２０Ａへの流入量を制御できるため、バーナ２０Ａの火力や内燃機関の運転状態に対応させて、適量の残存酸素を含む排気ガスＤ´を供給することができるためである。
このような可動式の弁部としては、例えば、図６（ａ）に示すシャッター式の弁体や、図６（ｂ）に示す回転式の弁体とすることができる。
【００３３】
（２）構成例２
また、別の構成例として、図７に示すように、バーナ２０Ｂにおける火炎が放射される燃料噴射部４１の周囲を包囲する管状部材（燃焼管）４２を備えるとともに、排気通路１３内に配置されたバーナ２０Ｂとすることができる。このバーナ２０Ｂは、排気通路１３内に配置されるとともに、排気ガスの一部Ｄ´を点火装置４９近傍に流入させるための流入口４３を備えている。図７に示すバーナ２０Ｂはエアアシスト式のバーナであって、構成例１のバーナ２０Ａと同様に、バーナを燃焼させる際には、インジェクタ４５から燃料を噴射させるとともに、エアポンプ４７から導入される空気と混合して霧状の燃料とし、点火装置４９によって点火することにより火炎Ｆを放射する。このとき、排気ガスの一部Ｄ´をバーナ２０Ｂに流入させるとともに、点火装置４９近傍に供給することにより、燃料の燃焼を補助している。
したがって、エアポンプ４７から導入される空気量を少なくすることができるために、当該エアによる火炎の立ち消えを防ぐことができる。また、比較的少ない空気量で済むために、エアポンプ４７の容量を小さくすることができ、排気浄化装置全体が大型化することを防ぐことができる。
【００３４】
また、バーナ２０Ｂの燃料噴射部４１の周囲が燃焼管４２で包囲されているために、排気ガスの本流Ｄが直接的に火炎Ｆと重ならないようにされている。したがって、排気ガスＤによって火炎Ｆが吹き消されたり、一部酸欠状態になったりなど、不安定になることを防止して、安定的に燃焼させることができる。
さらに、図７に示す燃焼バーナ２０Ｂは、燃焼管４２の出口部分近傍において、その周囲を囲むように、保炎部４６を備えている。したがって、火炎に淀みが形成されるように構成され、排気通路内まで火炎が届きにくくなっているとともに、排気ガスが火炎に影響を与えることが少ないために、より安定的にバーナを燃焼させることができる。
【００３５】
かかる構成のバーナ２０Ｂにおいても、図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、排気ガスＤ´の流入口４３に可動式の弁部５３、５５を設けることが好ましい。この理由は、バーナ２０Ｂに流入する排気ガスＤ´の量を、バーナの火力や内燃機関の運転状態に対応させて制御することができるためである。
【００３６】
また、図９に示すように、バーナ２０Ｂに流入する排気ガスの一部Ｄ´を燃料噴射部４１に導く際に、燃焼管４２の外周部を通過させることにより、排気ガスＤ´を予熱させることも好ましい。
この理由は、排気通路１３から分流させた排気ガスＤ´を、バーナ２０Ｂから放射された火炎Ｆで暖められた管状部材４２によって予熱させた状態で、燃焼用のエアの一部として供給することにより、上述したとおり燃焼安定性を向上させることができるためである。
【００３７】
（３）構成例３
また、さらに別の構成例として、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、構成例１及び２のバーナとして、エアアシスト式でない拡散燃焼型のバーナを用いた構成とすることもできる。かかるバーナ２０Ｃ、２０Ｄは、バーナを燃焼させる際に、インジェクタ５５、６５から燃料を噴射させつつ、点火装置５９、６９により点火することにより火炎Ｆを放射するバーナであって、燃焼用のエアとして排気ガスＤ´のみを用いたバーナ２０Ｃ、２０Ｄである。
【００３８】
図１０（ａ）に示すバーナ２０Ｃにおいては、燃料噴射部５１が排気通路１３の内面１３ａから後退させた位置に配置されているために、火炎Ｆが排気ガスの本流Ｄと直接的に重ならないようにできる。また、図１０（ｂ）に示すバーナ２０Ｄにおいては、燃料噴射部６１の周囲が管状部材（燃焼管）６２で包囲されているために、火炎Ｆが排気ガスの本流Ｄと直接的に重ならないようにできる。したがって、バーナの安定的な燃焼を可能とすることができる。
さらに、それぞれのバーナ２０Ｃ、２０Ｄが、燃焼管５２、６２の出口部分近傍において、その周囲を囲むように、保炎部５６、６６を備えている。したがって、火炎に淀みが形成されるように構成され、排気通路内まで火炎が届きにくくなっているとともに、排気ガスが火炎に影響を与えることが少ないために、より安定的にバーナを燃焼させることができる。
また、エアアシスト式でない拡散燃焼型のバーナを用いて構成することにより、燃料消費量は増えるものの、エアポンプを備える必要がなくなるために、排気浄化装置全体をより小型化させることができる。
【００３９】
（４）構成例４
また、さらに別の構成例として、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、構成例１及び２のバーナとして、予混合燃焼型のバーナ２０Ｅ、２０Ｆを用いた構成とすることもできる。かかるバーナ２０Ｅ、２０Ｆは、バーナを燃焼させる際に、インジェクタ７５、８５から燃料を噴射させつつ、導入する排気ガスＤ´と予め混合した上で、点火装置７９、８９によって点火することにより火炎Ｆを放射するバーナであって、燃焼用のエアとして排気ガスのみを用いたバーナ２０Ｅ、２０Ｆである。
【００４０】
図１１（ａ）に示すバーナ２０Ｅにおいては、予め空気と混合された燃料ガスが着火される火炎発生部７１が排気通路１３の内面１３ａから後退させた位置に配置されているために、火炎Ｆが排気ガスの本流Ｄと直接的に重ならないようにできる。また、図１１（ｂ）に示すバーナ２０Ｆにおいては、火炎発生部８１の周囲が管状部材８２で包囲されているために、火炎Ｆが排気ガスの本流Ｄと直接的に重ならないようにできる。さらに、図１１に示す燃焼バーナ２０Ｅ、２０Ｆは、燃焼管７２、８２の途中であって、燃料噴射部７５、８５と燃焼管７２、８２の出口との間に金網状部材７６、８６を備えており、火炎が予混合室内に回り込んでバーナが壊れることを防いでいる。
また、このような予混合燃焼型のバーナとすることにより、予混合気が燃焼するため燃焼速度が大きく、火炎が短いことから、バーナ全体の小型化を図ることができる。また、着火前に燃焼ガスが形成されるために、着火の安定化を図ることができる。
【００４１】
以上説明した構成例（１）〜（４）以外にも、燃焼バーナの種類自体は特に制限されるものではなく、液体あるいは気体の燃料を用いて火炎を放射するような燃焼バーナであれば好適に使用することができる。
【００４２】
［第２の実施の形態］
本実施形態は、第１の実施の形態の排気浄化装置を用いて行われ、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための内燃機関の排気浄化方法である。
かかる排気浄化方法は、排気ガス中に含まれる物質を捕集又は還元するための排気浄化部材を、当該排気浄化部材の上流側に配置され、燃焼用のエアの少なくとも一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができる燃焼バーナであって、放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置された燃焼バーナを用いて排気浄化部材を再生又は昇温しながら、排気ガスを浄化することを特徴とする。
以下、本実施形態の排気浄化方法の一例として、図３で示す構成例１の燃焼バーナ２０Ａを備えた排気浄化装置を用いて行う排気浄化方法について説明する。
【００４３】
１．黒煙微粒子（ＰＭ）の捕集
まず、排気浄化部材としてＰＭの捕集フィルタを用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のＰＭを捕集フィルタを用いて捕集する、排気浄化方法について説明する。
【００４４】
まず、内燃機関から排出される排気ガス中のＰＭを捕集フィルタを用いて捕集する。これによって、排気ガス中のＰＭを除去することができるが、捕集フィルタにＰＭが堆積するにつれて排気圧力損失が上昇し、エンジンの燃費が悪化したり、出力が低下したりするために、捕集フィルタに捕集されたＰＭを強制的に燃焼させて、捕集フィルタを再生する必要がある。
なお、この状態では、排気通路からバーナへ排気ガスの一部を導くための支流管にも排気ガスの一部が流入するが、バーナが点火されていないために、バーナ中をそのまま流れて捕集フィルタに流入している。
【００４５】
ＰＭを捕集し続けながら、例えば、捕集フィルタの上流側及び下流側における圧力差を測定するなどして、捕集フィルタに捕集されたＰＭが所定量を超えたことが検知された場合に、バーナの燃焼を開始する。すなわち、インジェクタから燃料を噴射させつつ、エアポンプから導入される空気と混合して霧状の燃料とし、点火プラグによって点火して、火炎を放射させる。このとき、本実施形態の排気浄化方法においては、霧状の燃料を燃焼させるためのエアの少なくとも一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼させるとともに、このバーナから放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように火炎を放射させながら燃焼させることを特徴とする。
【００４６】
すなわち、バーナを燃焼させるための酸素として、排気ガス中に残存する酸素を用いることにより、エアポンプ等の空気供給系統から供給する空気量を少なくできるために、バーナが高出力を要求される場合であってもエアポンプから導入させる空気量を少なくでき、当該エアによる火炎の立ち消えを防止することができるとともに、動力を抑えたバーナ燃焼をすることができる。また、放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように火炎を放射させることにより、内燃機関が高速回転運転の状態であっても、排気ガスによって、火炎が吹き消されたり、一部が酸欠になったりすることがなくなり、安定的に燃焼させることができる。
したがって、捕集されたＰＭを効率的に燃焼させて、捕集フィルタを効率的に再生させることができる。よって、排気ガスの浄化効率を著しく向上させることができる。
【００４７】
２．ＮＯXの還元除去
次に、排気浄化部材としてＮＯX触媒を用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯX（ＮＯ、ＮＯ2）をＮＯX触媒を用いて吸蔵するとともに、還元剤を用いて還元除去する排気浄化方法について説明する。
【００４８】
まず、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXをＮＯX触媒に吸蔵する。これによって、排気ガス中のＮＯXを除去して放出することができるが、ＮＯX触媒に吸蔵されたＮＯX量が増えるにつれて、ＮＯXの吸蔵効率が低下するために、ＮＯX触媒に対して、還元剤（ＣＯやＨＣ）を供給して、吸蔵されたＮＯXを還元して放出させる必要がある。
なお、この状態では、排気通路からバーナへ排気ガスの一部を導くための支流管にも排気ガスの一部が流入するが、バーナが点火されていないために、バーナ中をそのまま流れてＮＯX触媒に流入している。
【００４９】
ＮＯXを吸蔵し続けながら、例えば、ＮＯX触媒の上流側及び下流側におけるＮＯX濃度を測定するなどして、ＮＯX触媒に吸蔵されたＮＯXが所定量を超えたことが検知された場合に、還元剤を供給する。このとき、内燃機関が通常運転あるいは高負荷運転状態にある場合には、排気ガスも比較的高温状態にあるため、ＮＯX触媒も活性化しており、ＮＯXを効率よく還元除去させることができる。一方、内燃機関がアイドリング状態等、排気ガスの温度が低い状態にある場合には、ＮＯX触媒が活性化状態になく、ＮＯXの還元効率が低下している。そこで、排気ガスの温度が低い状態等において、ＮＯXを還元させる必要がある場合に、バーナの燃焼を開始し、ＮＯX触媒を昇温活性化させる。すなわち、インジェクタから燃料を噴射させつつ、エアポンプから導入される空気と混合して霧状の燃料とし、点火プラグによって点火して、火炎を放射させる。このとき、本実施形態の排気浄化方法においては、霧状の燃料を燃焼させるためのエアの少なくとも一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼させるとともに、このバーナから放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように火炎を放射させながら燃焼させることを特徴とする。
【００５０】
すなわち、バーナを燃焼させるための酸素として、排気ガス中に残存する酸素を用いることにより、エアポンプ等の空気供給系統から供給する空気量を少なくできるために、当該エアによる火炎の立ち消えを防止できるとともに、動力を抑えたバーナ燃焼をすることができる。また、放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように火炎を放射させることにより、低負荷運転から高速回転運転状態に移行した場合や、あるいは、高速回転運転状態でのＮＯX触媒の昇温活性化を行う場合であっても、排気ガスによって、火炎が吹き消されたり、一部が酸欠になったりすることがなくなり、安定的に燃焼させることができる。
したがって、ＮＯX触媒を効率的に昇温活性化させて、ＮＯX触媒に吸蔵されたＮＯXを効率的に還元させることができる。よって、排気ガスの浄化効率を著しく向上させることができる。
【００５１】
以上のように、本発明にかかる内燃機関の排気浄化方法によれば、内燃機関があらゆる運転状態にある場合であっても、排気ガス中の残存酸素を有効利用して、排気浄化部材を効率的に再生又は昇温させることができる。また、燃焼バーナの火炎が、高速回転運転状態等における比較的大流量の排気ガスによって、火炎が吹き消されたり、一部酸欠状態になったりすることがないため、バーナを安定的に燃焼させることができる。したがって、排気ガスを効率的に浄化することができるようになる。
【実施例】
【００５２】
以下、エアアシスト式の拡散燃焼型のバーナを用いて行った、排気ガスの導入の有無によるバーナの燃焼状態について説明する。
いずれも、排気量が３０００ｃｃのディーゼルエンジンを用い、アイドリング状態（８００ｒｐｍ）、高速回転運転状態（３２００ｒｐｍ）、通常運転状態（１５００ｒｐｍ）、それぞれにおいて、エアポンプからのみ空気を導入してバーナの燃焼を行った場合と、エアポンプと併せて、排気ガスの一部を導入してバーナの燃焼を行った場合（図３に示す構成のバーナ）とにおける、バーナの火炎の安定性を測定した。さらに、排気ガスの一部をバーナ導入した場合においては、バーナの火炎が排気ガスの本流と直接的に重なるようにバーナを配置した状態での火炎の安定性を併せて測定した。測定結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
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○…バーナが着火し、立ち消えることなく燃焼を続けた
×…バーナが着火しないか、着火しても、立ち消えるか、一部酸欠状態となった
【００５４】
表１に示すように、本発明のように、バーナの燃焼用のエアとして、排気ガスの一部を導入することにより、内燃機関の運転状態にかかわらず、バーナを安定的に燃焼させることができた。また、バーナから放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置することにより、高速回転運転時における排気ガスの流れによって、バーナの燃焼が不安定になることを防ぐことができた。
【００５５】
以上のことから、バーナの燃焼用のエアとして排気ガスの一部を導入して利用できるとともに、放射される火炎と排気ガスの本流とが直接的に重ならないように配置した燃焼バーナを用いることにより、内燃機関があらゆる運転状態に変化した場合であっても、エアポンプから導入されるエアや、大流量の排気ガスによって、火炎が吹き消されたり、一部酸欠状態になったりすることがないため、バーナを安定的に燃焼させることができることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施の形態の排気浄化装置の基本構成を説明するために供する図である。
【図２】排気浄化部材の上流側に酸化触媒を備えた排気浄化装置を示す図である。
【図３】支流管を含むエアアシスト式の燃焼バーナの構成を説明するために供する図である。
【図４】支流管の入口を排気通路内に突出させた状態を示す図である。
【図５】排気通路中に絞り部を設けた状態を示す図である。
【図６】排気通路中に弁部を設けた状態を示す図である。
【図７】排気通路内に備えられるエアアシスト式の燃焼バーナを説明するために供する図である。
【図８】排気ガスの流入部に弁体を設けた状態を示す図である。
【図９】排気ガスを予熱して導くバーナの構成を示す図である。
【図１０】拡散燃焼型の燃焼バーナの構成を説明するために供する図である。
【図１１】予混合燃焼型の燃焼バーナの構成を説明するために供する図である。
【図１２】従来の排気浄化装置を説明するために供する図である。
【符号の説明】
【００５７】
５・内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気浄化部材、１３：排気通路、１５：運転状態検出手段、１７：酸化触媒、２０・２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ・２０Ｄ・２０Ｅ・２０Ｆ：バーナ、２１：ノズル（燃料噴射部）、２２：燃焼管、２３：支流管、２５：インジェクタ、２７：エアポンプ、２９：点火装置、３１：絞り部、３３・３５：弁部、４３：流入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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