(57)【要約】  燃焼室を有する燃料燃焼バーナと当該燃料燃焼バーナの下流に配置された粒子フィルタとを含む排出低減アセンブリである。燃料燃焼バーナと粒子フィルタとの間に混合バッフルが配置される。
2010527424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子フィルタと、
前記粒子フィルタの上流に配置された燃料燃焼バーナと
を含み、
前記燃料燃焼バーナは、
（ｉ）排気ガス入口ポートを有するハウジングと、
（ｉｉ）シュラウドが固定された燃焼室と、
（ｉｉｉ）前記燃焼室の下流かつ前記粒子フィルタの上流に配置された混合バッフルと
を含み、
前記燃焼室と前記シュラウドとは協働して、前記排気ガス入口ポートを通って前記ハウジングにナイル排気ガス流を（ａ）前記燃料燃焼バーナの前記燃焼室を通って進行する燃焼流と、（ｂ）前記燃料燃焼バーナの前記燃焼室を迂回するバイパス流とに分離し、
前記混合バッフルは、前記燃焼流と前記バイパス流とを混合する排出低減アセンブリ。
【請求項２】
前記混合バッフルは、穴が画定されたコレクタ板と、前記穴の下流に配置されたダイバータ板とを含む、請求項１に記載の排出低減アセンブリ。
【請求項３】
前記混合バッフルは、前記穴を取り囲む多孔リングをさらに含み、
前記多孔リングの第１端は前記コレクタ板に固定され、前記多孔リングの第２端は前記ダイバータ板に固定される、請求項２に記載の排出低減アセンブリ。
【請求項４】
前記混合バッフルは、前記燃焼流と前記バイパス流とが、前記ダイバータ板と接触することにより前記多孔リングを通って径方向外側に向けられるときに少なくとも部分的に混合されるように構成される、請求項３に記載の排出低減アセンブリ。
【請求項５】
前記ダイバータ板はドーム状である、請求項４に記載の排出低減アセンブリ。
【請求項６】
燃焼室を有する燃料燃焼バーナと、
前記燃料燃焼バーナの下流に配置された粒子フィルタと、
（ｉ）穴が画定されたコレクタ板と、（ｉｉ）前記コレクタ板に固定された多孔リングと、（ｉｉｉ）前記多孔リングに固定されたダイバータ板とを含む混合バッフルと
を含み、
前記混合板は、前記燃料燃焼バーナと前記粒子フィルタとの間に配置され、
前記燃焼室を通って進行する排気ガス流と、前記燃焼室をバイパスする排気ガス流とが前記コレクタ板の前記穴を通って進行する排出低減アセンブリ。
【請求項７】
前記多孔リングは、前記コレクタ板の前記穴を取り囲む、請求項６に記載の排出低減アセンブリ。
【請求項８】
前記燃料燃焼バーナは燃焼室を含み、
前記混合バッフルは、前記燃焼室から出るガスと前記燃焼室をバイパスするガスとを混合するべく配置される、請求項６に記載の排出低減アセンブリ。
【請求項９】
排出低減アセンブリの燃料燃焼バーナを動作させる方法であって、
前記燃料燃焼バーナのハウジング内に排気ガス流を進行させるステップと、
前記排気ガス流を、（ｉ）前記燃料燃焼バーナの燃焼室を通って進行する燃料流と、（ｉｉ）前記燃料燃焼バーナの前記燃焼室を迂回するバイパス流とに分離するステップと、
前記燃焼室の下流に配置された流れ混合器によって前記燃焼流と前記バイパス流とを径方向外側に向けるステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記向けるステップは、前記燃焼流と前記バイパス流とをコレクタ板に画定された穴を通して進行させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記向けるステップは、前記燃焼流と前記バイパス流とをコレクタ板に画定された穴を通して進行させてダイバータ板と接触させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記向けるステップは、前記燃焼流と前記バイパス流とをコレクタ板に画定された穴を通して進行させてダイバータ板と接触させ、多孔リングを通して前記ダイバータ板から径方向外側に向けることを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般にディーゼル排出低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
未処理の内燃エンジン排出物（例えばディーゼル排出物）は、例えばＮＯＸ、炭化水素、及び一酸化炭素のような様々な流出物を含む。さらに、例えばディーゼルエンジンのような所定のタイプの内燃エンジンからの未処理の排出物はまた、粒状炭素系物質すなわち「すす」を含む。すす排出基準に関する連邦規制は次第に厳格になっている。このため、エンジン排出物からすすを除去する装置及び／又は方法の必要性が増している。
【０００３】
エンジンシステムから放出されるすすの量は、例えばフィルタ又はトラップのような排出低減装置の使用により低減することができる。フィルタ又はトラップは、すすを除去するべく定期的に再生される。フィルタ又はトラップは、当該フィルタにトラップされたすすを燃焼させるための燃料燃焼バーナを使用して再生される。この場合、燃料燃焼バーナは熱を発生する。この熱は下流のフィルタへ伝達され、当該フィルタにトラップされたすすを燃焼させる。発生した熱の温度分布が悪いと、フィルタのいくつかの領域が所望よりも熱くなり、他の領域が所望よりも冷たくなる。所望よりも熱い領域においてフィルタが損傷を受ける可能性がある一方で、冷たい領域は再生されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０１５３２５２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６０６，８５４号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一側面によれば、排出低減アセンブリは、燃焼室を有する燃料燃焼バーナと、当該燃料燃焼バーナの下流に配置された粒子フィルタとを含む。燃料燃焼バーナと粒子フィルタとの間に混合バッフルが配置される。
【０００６】
本開示の他側面によれば、排出低減アセンブリは、粒子フィルタと、当該粒子フィルタの上流に配置された燃料燃焼バーナとを含む。燃料燃焼バーナは、排気ガス入口ポートを有するハウジングを含む。燃料燃焼バーナはまた、シュラウドが固定された燃焼室を含む。燃焼室とシュラウドとは協働して排気ガス流を分離する。排気ガス入口ポートを通ってハウジングに入る排気ガス流は、燃料燃焼バーナの燃焼室を通って進行する燃焼流と、燃料燃焼バーナの燃焼室を迂回するバイパス流とになる。燃料燃焼バーナはまた、燃焼室の下流かつ粒子フィルタの上流に配置された混合バッフルを含む。混合バッフルは、燃焼流とバイパス流とを混合するように構成される。
【０００７】
本開示のさらなる他側面によれば、排出低減アセンブリは、燃焼室を有する燃料燃焼バーナと、当該燃料燃焼バーナの下流に配置された粒子フィルタとを含む。本アセンブリはまた、穴が画定されたコレクタ板と、コレクタ板に固定された多孔リングと、多孔リングに固定されたダイバータ板とを有する混合バッフルを含む。混合板は、燃料燃焼バーナと粒子フィルタとの間に配置される。これにより、燃料室を通って進行する排気ガス流と燃焼室をバイパスする排気ガス流との双方がコレクタ板の穴を通って進行する。
【０００８】
本開示のさらなる他側面によれば、排出低減アセンブリの燃料燃焼バーナを動作させる方法が、燃料燃焼バーナのハウジング内に排気ガス流を進行させることを含む。本方法はまた、排気ガス流を、燃料燃焼バーナの燃焼室を通って進行する燃焼流と、燃料燃焼バーナの燃焼室を迂回するバイパス流とに分離することを含む。本方法はまた、燃焼室の下流に配置された流れ混合器により燃焼流及びバイパス流を径方向外側へ向けることを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】排出低減アセンブリの斜視図である。
【図２】図１の２−２線矢印方向から見た排出低減アセンブリの端部の正面図である。
【図３】図２の３−３線沿いに取られた図１の排出低減アセンブリの当該矢印方向から見た断面図である。なお、フィルタハウジング及びコレクタハウジングは、図示を明りょうにするべく断面に示されていない。
【図４】図３の排出低減アセンブリの燃料燃焼バーナの拡大断面図である。
【図５】図１から図４の燃料燃焼バーナの混合バッフルの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、排出低減アセンブリ１０は、燃料燃焼バーナ１２及び粒子フィルタ１４を有する。燃料燃焼バーナ１２は、粒子フィルタ１４の上流（エンジンからの排気ガス流に関して）に配置される。エンジンの動作中、排気ガスは粒子フィルタ１４を通って流れる。これにより、すすがフィルタにトラップされる。処理された排気ガスが、当該排出低減の出口に接続された排出管を通って大気中へ放出される。エンジンの動作中に時折、燃料燃焼バーナ１２は粒子フィルタ１４を再生するべく動作する。
【００１１】
図３及び図４に示されるように、燃料燃焼バーナ１２は、燃焼室１８が中に配置されたハウジング１６を含む。ハウジング１６は、排気ガス入口ポート２０を含む。図１に示されるように、排気ガス入口ポート２０は、排出管（不図示）に固定される。排出管は、ディーゼルエンジン（不図示）からの排気ガスを案内する。こうして、ディーゼルエンジンからの排気ガスは、排気ガス入口ポート２０を通って排出低減アセンブリ１０に入る。
【００１２】
燃焼室１８の中には、複数のガス入口開口２２が画定されている。エンジン排気ガスは、入口開口２２を通って燃焼室１８内へ流れる。こうして、燃焼室１８の内側に存在するフレームが、エンジン排気ガスの流れ全体から保護される。制御された量のエンジン排気ガスが燃焼室１８に入り、バーナ１２へ供給された燃料の燃焼を促すべく酸素を供給する。燃焼室１８に入らない排気ガスは、シュラウド２６に画定された複数の開口２４を通される。
【００１３】
燃料燃焼バーナ１２は、一対の電極２８、３０を有する電極アセンブリを含む。電力が電極２８、３０に与えられると、電極２８、３０の間のギャップにスパークが生じる。燃料が燃料入口ノズル３４を通って燃料燃焼バーナ１２に入り、電極２８、３０の間のギャップ３２を通って進む。このため、燃料は電極２８、３０により生じたスパークによって点火される。なお、ノズル３４に入る燃料は一般に、制御された空気／燃料混合物の形態である。
【００１４】
燃料燃焼バーナ１２はまた、燃焼空気入口３６を含む。車両のターボチャージャ又はエアブレーキシステムのような空気ポンプ又は他の加圧空気源が、燃焼空気入口３６へ進行する加圧空気流を生成する。粒子フィルタ１４の再生中に、空気流が燃焼空気入口３６を通って燃料燃焼バーナ１２内に導入される。これにより、燃料の燃焼を維持させるための酸素が（排気ガス内に存在する酸素に加えて）供給される。
【００１５】
図３に示されるように、粒子フィルタ１４は、燃料燃焼バーナ１２のハウジング１６の出口４０よりも下流（排気ガス流に関して）に配置される。粒子フィルタ１４はフィルタ基板４２を含む。図３に示されるように、基板４２はハウジング４４内に配置される。フィルタハウジング４４はバーナハウジング１６に固定される。こうして、バーナハウジング１６から出たガスは、フィルタハウジング４４内に向けられて基板４２を通る。粒子フィルタ１４は、任意のタイプの市販の粒子フィルタでよい。例えば、粒子フィルタ１４は、「深層（deep bed）」又は「壁流（wall flow）」フィルタのような周知の排気粒子フィルタとして実施できる。深層フィルタは、金属メッシュフィルタ、金属又はセラミック発泡フィルタ、セラミック繊維メッシュフィルタ等として実施できる。他方、壁流フィルタは、フィルタの前部及び後部が閉塞された交互チャンネルを備えるコーディエライト又はシリコンカーバイドセラミックフィルタとして実施できる。これにより、ガスを強制的にフィルタを通して一つのチャンネル内に進め、壁を通して他のチャンネルに進めることができる。さらに、フィルタ基板４２は、例えば貴金属触媒材料のような触媒材料で含浸されてもよい。触媒材料は、例えば白金、ロジウム、パラジウム、他の同様の触媒材料を伴うこれらの組み合わせとして実施してよい。触媒材料を使用することにより、トラップされたすす粒子を点火するのに必要な温度が低下する。
【００１６】
フィルタハウジング４４は、コレクタ４８のハウジング４６に固定される。具体的には、フィルタハウジング４４の出口５０が、コレクタハウジング４６の入口５２に固定される。こうして、処理された（すなわちろ過された）排気ガスは、フィルタ基板４２を（すなわちフィルタハウジング４４を）出て、コレクタ４８内に進行する。次に、処理された排気ガスは排気管（不図示）内へ進行して、ガス出口５４を通って大気に放出される。なお、ガス出口５４は、後続の排出低減装置（不図示）の入口（又は当該入口に接続された管）に接続されてよいが、これは、エンジンの排気システムにかかる装置が備えられている場合である。
【００１７】
図３から図５に戻ると、バーナハウジング１６には混合バッフル５６が配置される。混合バッフル５６は、シュラウド２６とバーナハウジング１６の出口４０との間に配置される。ここで説明される実施例において、混合バッフル５６は、ドーム状ダイバータ板５８、多孔環状リング６０、及びコレクタ板６２を含む。図３及び図４に示されるように、コレクタ板６２は、バーナハウジング１６の内表面に溶接等により固定される。コレクタ板６２は、その中心に穴６４を有する。多孔環状リング６０は、コレクタ板６２に溶接等により固定される。環状リング６０の内径は、穴６４の直径よりも大きい。こうして、環状リング６０は、コレクタ板６２の穴６４を取り囲む。ダイバータ板５８は、コレクタ板６２に固定された端部に対向する環状リング６０の端部に溶接等により固定される。ダイバータ板５８は中実である（すなわち中に形成された穴又は開口がない）。こうして、直線的に混合バッフル５６を通る排気ガス流をブロックする役割をする。ダイバータ板５８はその代わり、排気ガス流を径方向外側にそらせる。
【００１８】
混合バッフル５６は、フィルタ再生中に燃焼室を通された熱い排気ガス流と、燃焼室をバイパスした冷たい排気ガス流とを混合する役割をする。これにより、混合排気ガス流が粒子フィルタ１４内に導入される。上述のように、具体的には、排出低減アセンブリ１０に入る排気ガス流は２つの流れに分割される。すなわち、（ｉ）燃焼室１８をバイパスしてシュラウド２６の開口２４を通って進行する冷たいバイパス流と、（ｉｉ）燃焼室１８内に存在するフレームにより著しく加熱された、燃焼室１８内に進行する熱い燃焼流との２つである。混合バッフル５６は、双方の流れを強制的に一緒に狭いエリアに通す。これにより、当該濃縮流が径方向外側に流れる。こうして、２つの流れが一緒に混合される。これを行うべく、冷たい排気ガス流は、シュラウド２６の開口２４を通って進行し、その後、コレクタ板６２の上流側面６６と接触する。コレクタ板６２の形状により、冷たい流れがコレクタ板６２の穴６４に向かう。
【００１９】
同様に、熱い排気ガス流も、コレクタ板６２の穴に向かう。具体的には、熱い排気ガス流が燃焼室１８を軸方向に出ることは、ドーム状フレームキャッチ６８により防止される。フレームキャッチ６８は、熱い排気ガス流を強制的に径方向外側に向けて複数の開口７０を通過させる。複数の開口７０は、混合バッフル５６の多孔環状リング６２と同様の多孔環状リング７２に画定される。熱い排気ガス流はその後、シュラウド２６の下流側面７４とバーナハウジング１６の内表面とを含む表面の組み合わせにより、コレクタ板６２の上流側面６６に向けられる。熱い排気ガス流はその後、コレクタ板の上流側面６６と接触する。ここで、板６２の形状により、熱い排気ガス流は穴６４に向けられる。これにより、熱い排気ガス流と冷たい排気ガス流との混合が開始される。
【００２０】
排気ガスの冷たい流れと熱い流れとがコレクタ板６２の穴６４に入るのと並行して混合が継続する。部分的に混合したガス流は、ダイバータ板５８と接触する。ダイバータ板５８は、ガスの直線的な流れをブロックする。ガスは、ダイバータ板５８から径方向外側に離れるように向けられる。排気ガス流はその後、混合バッフル５６の多孔環状リング６２に形成された複数の開口７６を通過する。当該径方向外側の流れは、バーナハウジング１６の内表面に衝突し、バーナハウジング１６の出口４０を通ってフィルタハウジング４４の入口に入る。ここで、混合排気ガス流が、フィルタ基板４２を再生するべく使用される。
【００２１】
したがって、上述のように、混合バッフル５６は、当該不均質排気ガス流を狭いエリアに強制的に通して当該混合流を外側に広げる。これにより、熱いガスの中心流又は中心ジェットが形成されてフィルタ基板４２に衝突することが防止される。すなわち、熱い流れと冷たい流れとの、より均質な混合物が生成された後に、組み合わせられた流れがフィルタ基板面上に導入される。これにより、フィルタ再生効率が向上し、ホットスポットに起因してフィルタが損傷を受ける可能性が低減される。
【００２２】
本開示には様々な変形形態及び代替形態の余地があるが、それらの具体的な実施例は図面中の例示により示されて本明細書において詳細に説明されている。しかしながら、本開示を、開示された特定の形態に限定する意図はない。その反対に、本開示の要旨及び範囲内に収まるすべての変形例、均等例、及び代替例をカバーすることが意図されている。
【００２３】
本明細書に説明された装置、システム、及び方法の様々な特徴から、本開示に係る複数の利点が生じる。なお、本開示に係る装置、システム、及び方法の代替実施例が、開示の特徴すべてを含むわけではなくとも、かかる特徴の利点の少なくとも一部からなおも利益が得られる。当業者であれば、本開示の特徴の一つ以上を組み込んで本開示の要旨及び範囲内に収まる装置、システム、及び方法を自分自身で実施することが容易に想到できる。
【００２４】
例えば、混合バッフル５６は、燃料燃焼バーナにより再生される粒子フィルタの外側に適用してよい。例えば、混合バッフル５６は、尿素ＳＣＲ触媒に導入に先立ち尿素と排気ガスとを混合するべく使用してよい。
【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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【国際調査報告】
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