(57)【要約】【課題】混合気における燃料の濃度分布の均一化を図ることができるバーナーを提供する。【解決手段】バーナーは、混合室７１，７２を形成する筒状部と、混合室７１に気化燃料を供給する第１燃料供給部８１と、混合室７１に燃焼用空気を導入する導入口３４とを有する。また、バーナーは、混合室７１に燃焼用空気の旋回流が形成されるように燃焼用空気を案内する切り起こし片３５を有する。第１燃料供給部８１は、第２燃料供給部９１の第２通路９３である軸心部と、基板２１に連結された基端部８５と噴射口８９を形成する先端部８７とを有して第２通路９３の一部を取り囲む噴射ノズル８４と、噴射ノズル８４の内部に気化燃料を供給する第１通路８３とを有する。噴射ノズル８４は、基端部８５における流路断面積よりも先端部８７における流路断面積が小さく形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状部と、前記筒状部内に気化燃料を供給する燃料供給部と、前記筒状部内に空気を導入する空気導入部とを備え、
前記筒状部は、一方の端部が基板によって閉塞され、他方の端部が前記空気と前記気化燃料との混合気が流出する流出口を形成し、
前記燃料供給部は、
前記筒状部内を前記基板の中央部から前記流出口に向かって延びる軸心部と、前記軸心部の一部を取り囲む噴射ノズルであって、前記基板に連結される基端部と前記軸心部の周りに噴射口を有する先端部とを備える前記噴射ノズルと、前記噴射ノズルにおける前記基端部寄りの内部空間に気化燃料を導入する通路とを有し、
前記噴射ノズルは、前記基端部における流路断面積よりも前記先端部における流路断面積が小さく形成されている
バーナー。
【請求項２】
前記噴射ノズルは、前記先端部における流路断面積を前記基端部における流路断面積よりも小さくする段差部を有する
請求項１に記載のバーナー。
【請求項３】
前記噴射ノズルは、前記軸心部が挿通される挿通孔と前記挿通孔を取り囲むように形成された複数の前記噴射口とを有する噴射板を前記先端部に備える
請求項１または２に記載のバーナー。
【請求項４】
前記噴射ノズルは、前記噴射板の内周縁に連結されて前記軸心部に沿って前記基板まで延びる内管部を有する
請求項３に記載のバーナー。
【請求項５】
前記燃料供給部は、前記基板と前記内管部との間の隙間をシールするシール部を有する
請求項４に記載のバーナー。
【請求項６】
前記噴射口における流路断面積が前記通路における流路断面積よりも小さい
請求項１〜５のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項７】
前記空気導入部は、前記軸心部の周りを旋回する空気の旋回流を生成する旋回流生成部を有する
請求項１〜６のいずれか一項に記載のバーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気を昇温させるバーナーであって、特に燃料と空気との混合気が燃焼室に供給される予混合方式のバーナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディーゼルエンジンの排気通路には、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）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）が配設されている。こうしたＤＰＦにおいては、粒子状物質の捕捉機能を保持するために、ＤＰＦに捕捉された粒子状物質が焼却される再生処理が行なわれる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の排気浄化装置では、ＤＰＦの前段にバーナーが配設され、バーナーの燃焼室にて燃料と空気との混合気を燃焼させた燃焼ガスが生成される。そして、排気通路内の排気に燃焼ガスを供給してＤＰＦに流入する排気を昇温させることにより再生処理が行われている。こうしたバーナーには、燃焼ガスに含まれる未燃燃料を低減するために、気化燃料と空気とで生成した混合気を燃焼させる技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８５４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、気化燃料と空気とによって混合気が生成される場合であっても、混合気における燃料の濃度分布に偏りが生じている場合には燃焼ガスに含まれる未燃燃料が多くなる傾向がある。そのため、混合気における燃料の濃度分布を均一にすることが求められている。
【０００６】
本発明は、混合気における燃料の濃度分布の均一化を図ることができるバーナー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】
【０００７】
上記課題を解決するバーナーは、筒状部と、前記筒状部内に気化燃料を供給する燃料供給部と、前記筒状部内に空気を導入する空気導入部とを備え、前記筒状部は、一方の端部が基板によって閉塞され、他方の端部が前記空気と前記気化燃料との混合気が流出する流出口を形成し、前記燃料供給部は、前記筒状部内を前記基板の中央部から前記流出口に向かって延びる軸心部と、前記軸心部の一部を取り囲む噴射ノズルであって、前記基板に連結される基端部と前記軸心部の周りに噴射口を有する先端部とを備える前記噴射ノズルと、前記噴射ノズルにおける前記基端部寄りの内部空間に気化燃料を導入する通路とを有し、前記噴射ノズルは、前記基端部における流路断面積よりも前記先端部における流路断面積が小さく形成されている。
【０００８】
上記構成によれば、噴射ノズルでは、基端部よりも流路断面積の小さい先端部において気化燃料が圧縮されて圧力が高くなることから、該先端部において燃料の濃度分布の均一化を図ることができる。そして、燃料の濃度分布の均一化が図られた気化燃料が先端部において軸心部の周りに位置している噴射口から噴射されることで、軸心部の周りを流れている空気に対して偏りなく気化燃料を噴射することができる。その結果、混合気における燃料の濃度分布の均一化を図ることができる。
【０００９】
上記構成において、前記噴射ノズルは、前記先端部における流路断面積を前記基端部における流路断面積よりも小さくする段差部を有することが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、通路から導入された気化燃料は、段差部における流路断面積の急激な縮小によって気化燃料が急激に圧縮されて圧力も急上昇する。これにより、噴射ノズル内における燃料の濃度分布の均一化をさらに図ることができる。
【００１１】
上記構成において、前記噴射ノズルは、前記軸心部が挿通される挿通孔と前記挿通孔を取り囲むように形成された複数の前記噴射口とを有する噴射板を前記先端部に備えることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、挿通孔の周りに噴射口が位置していることから、軸心部から離れた位置で気化燃料を噴射することができる。これにより、噴射口から噴射された気化燃料のうちで軸心部に沿って流れる気化燃料が少なくなることから、混合気における燃料の濃度分布のさらなる均一化を図ることができる。
【００１３】
上記構成において、前記噴射ノズルは、前記噴射板の内周縁に連結されて前記軸心部に沿って前記基板まで延びる内管部を有することが好ましい。
上記構成によれば、噴射ノズル内の気化燃料が噴射板と軸心部との間の隙間を通じて漏出することが抑えられる。これにより、噴射ノズル内における気化燃料の圧力低下を抑えることができる。
【００１４】
上記構成において、前記燃料供給部は、前記基板と前記内管部との間の隙間をシールするシール部を有することが好ましい。
上記構成によれば、内管部と基板との間の隙間を通じて気化燃料が噴射ノズルから漏出することが抑えられる。これにより、噴射ノズル内における気化燃料の圧力低下をさらに抑えることができる。
【００１５】
上記構成において、前記噴射口における流路断面積が前記通路における流路断面積よりも小さいことが好ましい。
上記構成によれば、通路における気化燃料の圧力よりも噴射口における気化燃料の圧力が確実に高まることから、上述した圧力の上昇にともなう燃料の濃度分布の均一化をより確実に得ることが図ることができる。
【００１６】
上記構成において、前記空気導入部は、前記軸心部の周りを旋回する空気の旋回流を生成する旋回流生成部を有することが好ましい。
上記構成によれば、筒状部内を流れる空気が旋回していることから、空気と気化燃料とを効果的に混合させることができる。これにより、混合気における燃料の濃度分布の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態におけるバーナーの概略構成を示す図。
【図２】図１の２−２線における端面構造を空気の流れとともに示す端面図。
【図３】第１実施形態における噴射ノズル付近の断面構造を示す断面図。
【図４】図１の４−４線における断面構造を空気の流れとともに示す断面図。
【図５】第１実施形態の変形例について噴射ノズル付近の断面構造を示す断面図。
【図６】第２実施形態における噴射ノズル付近の断面構造を示す断面図。
【図７】第２実施形態における噴射ノズルの斜視構造を示す斜視図。
【図８】第２実施形態において、燃料分布の一様度について行ったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図９】第３実施形態における噴射ノズル付近の断面構造を示す断面図。
【図１０】第３実施形態において、基端部からの距離と流路断面積との関係の一例を示すグラフ。
【図１１】第３実施形態において、燃料分布の一様度について行ったシミュレーションの結果の一例を示すグラフ。
【図１２】第４実施形態における噴射ノズル付近の断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１〜図５を参照して、バーナーの第１実施形態について説明する。
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という。）の排気通路１１には、排気中に含まれる微粒子を吸着するディーゼルパティキュレートフィルター１２（以下、ＤＰＦ１２という。）が搭載されている。ＤＰＦ１２は、例えば耐熱性に優れたステンレスやセラミックからなるウォールフロー型のフィルターであって排気浄化装置の構成要素の１つである。ＤＰＦ１２の前段には、該ＤＰＦ１２に流入する排気を昇温させることでＤＰＦ１２の再生処理を実行するバーナー２０が搭載されている。
【００１９】
バーナー２０の基板２１には、該基板２１によって基端側の開口が閉塞される円筒状の第１の筒部３０（以下、単に筒部３０という。）が固定されている。筒部３０の先端部には、該先端部に固定された環状の噴出し板３１によって噴出し口３２が形成されている。筒部３０の内側面３０ａには、第１の壁部である環状の連結壁部４１を介して円筒状の第２の筒部４０（以下、単に筒部４０という。）が連結されている。連結壁部４１は、その外周縁が筒部３０の基板２１寄りの位置に固定されており、筒部３０の内側面３０ａと筒部４０との隙間を閉塞する。連結壁部４１は、筒部３０の内側面３０ａに連結される鍔部４２と、筒部４０と鍔部４２とを繋ぐとともに筒部４０に近い部位ほど噴出し口３２側に配設される縮径部４４とを備えている。筒部４０は、連結壁部４１に対する連結部分から噴出し口３２側へ延びており、噴出し口３２側の開口が流出口４０ｃを構成している。
【００２０】
また、筒部３０は、該筒部３０と連結壁部４１との連結部分よりも基板２１側に延出する延出部３３を有している。延出部３３は、該延出部３３で囲まれる空間である第１の混合室７１（以下、単に混合室７１という。）を形成する。延出部３３には、混合室７１内に燃焼用空気を導入するための第１の導入口３４（以下、単に導入口３４という。）が周方向に所定間隔で形成されている。また、延出部３３には、導入口３４の開口縁から該延出部３３の周壁の一部を内側へと切り起こした切り起こし片３５が形成されている。混合室７１を通過した燃焼用空気は、筒部４０及び連結壁部４１によって囲まれる空間である第２の混合室７２（以下、単に混合室７２という。）に噴出し口３２とは反対側から流入する。
【００２１】
図２に示すように、旋回流生成部である切り起こし片３５は、導入口３４を覆うように配設されている。切り起こし片３５は、図２において矢印で示されるように、導入口３４を通じて混合室７１に流入する燃焼用空気を案内することで混合室７１に燃焼用空気の旋回流を生成する。本実施形態では、後述する空気流通室６７と混合室７１とにおいて生成される燃焼用空気の旋回流が同じ方向となるように案内部６８及び切り起こし片３５が形成されている。
【００２２】
なお、第２の筒部４０、連結壁部４１、および、延出部３３によって筒状部が構成され、延出部３３、導入口３４、および、切り起こし片３５によって空気導入部が構成されている。すなわち、筒状部の内部空間は、混合室７１と混合室７２とによって構成され、これら混合室７１，７２には後述する第１燃料供給部８１から気化燃料が供給される。
【００２３】
筒部４０の一部は、円筒状の第３の筒部５０（以下、単に筒部５０という。）に内挿される。筒部５０は、筒部４０よりも噴出し口３２側に突出しており、その突出した部分の開口が閉塞板５１によって閉塞されている。筒部５０は、噴出し口３２とは反対側の筒端が連結壁部４１よりも噴出し口３２側に配置されており、該筒端が環状の仕切壁５５を介して筒部３０に固定されている。
【００２４】
第２の壁部である仕切壁５５は、その内周縁が筒部５０の外側面５０ｂの全周にわたって連結され、また、その外周縁が筒部３０の内側面３０ａの全周にわたって連結されている。仕切壁５５には、該仕切壁５５に対する噴出し口３２側と噴出し口３２の反対側とを連通する連通路５６が複数形成されている。
【００２５】
筒部４０よりも噴出し口３２側には、筒部５０及び閉塞板５１に囲まれる空間であって混合室７２に連通する第３の混合室７３（以下、単に混合室７３という。）が形成される。また、筒部４０と筒部５０との隙間によって混合室７３に連通する第４の混合室７４（以下、単に混合室７４という。）が形成される。また、混合室７４に対する噴出し口３２の反対側には、筒部３０、仕切壁５５、連結壁部４１に囲まれる空間であって混合室７４に連通する第５の混合室７５（以下、単に混合室７５という。）が形成される。
【００２６】
また、仕切壁５５に対する噴出し口３２側には、点火プラグ６１の着火部６２が配設されている。点火プラグ６１は、筒部５０の内挿される円筒状の第４の筒部６０（以下、単に筒部６０という。）に固定されている。着火部６２は、筒部５０及び筒部６０に形成された貫通孔を通じて、仕切壁５５に対する噴出し口３２側に配設されている。
【００２７】
バーナー２０では、上述した混合室７１，７２，７３，７４，７５によって予混合室７０が形成されている。また、筒部３０と筒部５０との隙間、及び筒部３０によって閉塞板５１よりも噴出し口３２側で囲まれる空間によって燃焼室７７が形成されている。そして、これら予混合室７０と燃焼室７７とが仕切壁５５によって仕切られている。また、筒部３０には、燃焼室７７に燃焼用空気を導入するための第２の導入口３６（以下、単に導入口３６という。）が着火部６２よりも噴出し口３２側に複数形成されている。
【００２８】
予混合室７０に燃料を供給する燃料供給部８０は、混合室７１に気化燃料を供給する第１燃料供給部８１と、混合室７３に気化燃料を供給する第２燃料供給部９１とで構成されている。第１燃料供給部８１は、第１圧送部８２、第１通路８３、噴射ノズル８４を備えている。第２燃料供給部９１は、第２圧送部９２、第２通路９３、ヒートバック式気化器９４を備えている。第２燃料供給部９１の第２通路９３は、第１燃料供給部８１の軸心部として機能する。
【００２９】
第１燃料供給部８１において、第１圧送部８２は、例えば燃料タンクに貯留されている液体燃料の一部を電気ヒーター等の加熱手段で加熱することで気化燃料を生成し、その生成した気化燃料を所定圧力で第１通路８３に圧送する。第１通路８３は、基板２１の中央部よりもやや上方の部分を貫通しており、後述する噴射口８９とは対向しない位置に開口を有して噴射ノズル８４の内部に気化燃料を導入する。
【００３０】
図３に示すように、噴射ノズル８４は、例えば溶接等によって基板２１に周端部が接合された基端部８５と、先端開口部８６が形成された先端部８７とを有している。噴射ノズル８４は、基端部８５よりも先端部８７寄りの部位ほど縮径する円筒形状を有しており、軸心部である第２通路９３の一部を取り囲んでいる。すなわち、軸心部である第２通路９３は、先端開口部８６を通じて噴射ノズル８４から突出している。第１通路８３から流出した気化燃料は、流路断面積の大きい基端部８５から流路断面積の小さい先端部８７へ向かって流れるとともに、一部が噴射ノズル８４の周壁に衝突して攪拌される。そして、先端開口部８６と第２通路９３とによって形成される環状の噴射口８９を通じて混合室７１に噴射される。なお、気化燃料の流路断面積は、噴射ノズル８４の内径に基づく面積から第２通路９３の外径に基づく円の面積を減算した値である。また、噴射ノズル８４の先端開口部８６と第２通路９３との間隔ｄは、噴射口８９の流路断面積が第１通路８３の流路断面積よりも小さくなる値であることが好ましい。
【００３１】
第２燃料供給部９１において、第２圧送部９２は、例えば燃料タンクに貯留されている液体燃料の一部を所定圧力で第２通路９３に圧送する。第２通路９３は、基板２１の中央部を貫通して、噴射ノズル８４の内部空間、混合室７１，７２を通って混合室７３まで延びており、該混合室７３に位置するヒートバック式気化器９４にねじ込みにより接続されている。ヒートバック式気化器９４は、筒部５０の内側面に連結されて閉塞板５１に隣接するように位置している。ヒートバック式気化器９４は、第２通路９３に連通する図示されない内部通路を有しており、燃焼室７７の燃焼ガスの燃焼熱を受けて昇温し、内部通路を流れる燃料を気化して混合室７３に供給する。
【００３２】
上述したバーナー２０においては、ヒートバック式気化器９４による燃料の気化ができないときは第１燃料供給部８１による燃料の供給が行われ、ヒートバック式気化器９４による燃料の気化が可能なときは第２燃料供給部９１による燃料の供給が行われる。また、バーナー２０の組み立て時には、噴射ノズル８４が接合された基板２１に対して、筒部４０、連結壁部４１、筒部５０、仕切壁５５、および、ヒートバック式気化器９４等が取り付けられた筒部３０が溶接により接合される。そして、第２通路９３が基板２１の中央部分に形成された貫通孔、および、噴射ノズル８４の先端開口部８６を通じてヒートバック式気化器９４にねじ込まれる。
【００３３】
また、基板２１には、筒部３０が内挿される筒部６０が固定されている。筒部６０は、噴出し口３２とは反対側の開口が基板２１によって閉塞され、また、噴出し口３２側の筒端では、該筒部６０と筒部５０との隙間が環状の閉塞板６３によって閉塞されている。筒部６０には、噴出し口３２側の端部に空気供給通路６４の下流端が接続されている。空気供給通路６４は、エンジン１０の吸気通路１３であって排気通路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の下流に上流端が接続されている。空気供給通路６４には、該空気供給通路６４における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は、図示されない制御部によって開閉制御される。すなわち、空気弁６５が開状態にあるとき、筒部３０と筒部６０との隙間である空気流通室６７には、空気供給通路６４を通じて吸気通路１３を流れる吸気の一部が燃焼用空気として流入する。
【００３４】
図４に示すように、空気供給通路６４の出口付近には、空気流通室６７を流れる燃焼用空気が筒部５０の周りを旋回する旋回流となるように燃焼用空気を案内する案内部６８が配設されている。案内部６８は、筒部６０の内側面６０ａに固定され空気供給通路６４の出口を覆うように配設された板状をなしている。案内部６８は、筒部６０に対する固定部分から屈曲されて先端側の部位ほど筒部３０に近づくように傾斜している。空気供給通路６４から流出する燃焼用空気は、案内部６８に衝突することで該案内部６８に案内される。これにより、空気流通室６７には、図４に矢印で示すように、筒部５０の周りを旋回する燃焼用空気の旋回流が形成される。そして、この燃焼用空気は、空気流通室６７と燃焼室７７とを連通する複数の導入口３６を通じて燃焼室７７に供給され、また、空気流通室６７と混合室７１とを連通する複数の導入口３４を通じて混合室７１に導入される。
【００３５】
ちなみに、上記燃料供給量は、ＤＰＦ１２の温度や目標温度、排気通路１１における排気温度や排気流量に基づいて決定される燃料の量であり、ＤＰＦ１２に流入する排気を昇温させることでＤＰＦ１２を目標温度まで昇温させるために必要な量である。また、上記燃焼用空気量は、上記燃料供給量に基づいて決定される空気の量であって、上記燃料供給量の分だけの燃料を燃焼させるのに必要な空気の量である。
【００３６】
導入口３４から混合室７１に導入された燃焼用空気は、噴射ノズル８４の周りを旋回しながら混合室７２に流入する。そして、燃焼用空気は、混合室７２を噴出し口３２に向かって流れたのち、混合室７３にて転回されて混合室７４を混合室７２とは反対方向に向かって流れる。その後、燃焼用空気は、混合室７５にて再び転回されたのち、仕切壁５５の連通路５６を通じて燃焼室７７に流入する。この一連の流れにおいて、第１燃料供給部８１による燃料の供給が行われる場合には混合室７１において気化燃料が供給されることで混合気が生成される。また、第２燃料供給部９１による燃料の供給が行われる場合には混合室７３において気化燃料が供給されることで混合気が生成される。そして、燃焼室７７に流入した混合気が着火部６２に着火されることで、燃焼室７７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。なお、連通路５６の総開口面積は、例えば燃料供給量や燃焼用空気の導入量、導入口３６の開口面積や配列などの各種情報をパラメーターとしたシミュレーションの結果に基づき、火炎Ｆの伝播速度よりも燃焼室７７に流入する混合気の流速が速くなるように設定されている。
【００３７】
第１実施形態のバーナーによれば、以下に列挙する作用効果が得られる。
（１）上述した第１燃料供給部８１において、噴射ノズル８４は、基端部８５から先端部８７に向けて気化燃料の流路断面積が徐々に小さくなる形状を有している。そのため、噴射ノズル８４に導入された気化燃料は、噴射口８９に近づくにつれて圧縮されて圧力が上昇する。こうした気化燃料の圧縮にともなう圧力の上昇によって、噴射口８９から噴射される気化燃料の濃度分布が均一化される。噴射ノズル８４から噴射された気化燃料は、急激な流路断面積の拡大によって攪拌され、噴射ノズル８４の周囲を旋回する燃焼用空気に供給されることで旋回流を生成する。これにより、燃焼用空気と気化燃料との同軸流れが混合室７２に形成されることで混合気の混合性が高まる。その結果、混合室７２から流出する混合気における燃料の濃度分布の均一化、ひいては混合室７５から連通路５６に流入する混合気における燃料の濃度分布の均一化を図ることができる。
【００３８】
（２）第１燃料供給部８１から供給された気化燃料を含む混合気は、混合室７２を通過したのちに混合室７３で転回され、混合室７４を通過したのちに混合室７５で再び転回される。このように混合気の進行方向が転回されることにより燃焼用空気と気化燃料との混合性を高めることができる。
【００３９】
（３）第２供給部９１の第２通路９３が第１燃料供給部８１の軸心部として機能することで、第１および第２燃料供給部８１，９１を配設するうえでバーナー２０の構造の簡略化を図りつつ、燃料供給部８０の占有する容積を小さくすることができる。
【００４０】
なお、上記第１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。
・図５に示すように、第１実施形態の噴射口８９において、先端開口部８６と第２通路９３との間隔ｄは一定値であることが好ましい。そのため、噴射ノズル８４は、第２通路９３を支持する支持孔９５と複数の流通孔９６が形成された支持部材９７を有していてもよい。こうした構成によれば、流通孔９６を通過する際に気化燃料が圧縮されることで圧力を上昇させることができる。なお、複数の流通孔９６における流路断面積である総開口面積は、第１通路８３における流路断面積よりも小さいことが好ましく、噴射口８９における流路断面積に対して大きくてもよいし、小さくてもよいし、同じであってもよい。
【００４１】
（第２実施形態）
図６〜図８を参照して、バーナーの第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態のバーナーは、上記実施形態におけるバーナーと主要な構成が同じであり、噴射ノズルの形状が異なるものである。そのため、第２実施形態においては、上記実施形態と異なる部分である噴射ノズルの形状等について詳細に説明し、上記実施形態と同様の部分については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。
【００４２】
図６および図７に示すように、噴射ノズル１００は、大径の環状形状をなす基端部１０１と、先端部１０２を有して基端部１０１よりも小さい径の円筒形状を有する小径部１０３と、基端部１０１と小径部１０３との径差に基づく縮径部１０４と、先端部１０２において第２通路９３が挿通される挿通孔１０５を有する環状の噴射板１０６とを有している。第１通路８３は、軸心部である第２通路９３が延びる方向である噴射ノズル１００の軸方向において縮径部１０４に対向する位置に開口している。噴射板１０６は、軸方向周りの周方向で所定間隔ごとに形成された複数の噴射口１０７を有している。これら複数の噴射口１０７は、第２通路９３が挿通される挿通孔１０５に連なることなく該挿通孔１０５から離れた位置に位置している。
【００４３】
噴射ノズル１００では、第１通路８３に対して噴射ノズル１００の基端部１０１において流路断面積が急激に拡大したのち、縮径部１０４によって小径部１０３に近づくにつれて徐々に流路断面積が縮小する。そして、小径部１０３において流路断面積が一定値に保持されたのち噴射口１０７にて流路断面積がさらに小さくなる。なお、縮径部１０４における流路断面積は、縮径部１０４の内径に基づく円の面積から第２通路９３の外径に基づく円の面積を減算した値である。また、小径部１０３における流路断面積は、小径部１０３の内径に基づく円の面積から第２通路９３の外径に基づく円の面積を減算した値である。また、噴射口１０７における流路断面積は、複数の噴射口１０７の総開口面積である。
【００４４】
こうした構成の噴射ノズル１００では、第１通路８３を通過した気化燃料は、基端部１０１での急激な圧力低下と縮径部１０４への衝突とによって攪拌されたのち、縮径部１０４に基づく流路断面積の縮小によって圧縮されて圧力が上昇することで濃度分布が均一化される。そして、圧力の上昇した状態のままで小径部１０３を流れたのち、噴射口１０７から噴射される際にさらに圧縮されて圧力が上昇することでさらなる濃度分布の均一化が図られる。このように噴射ノズル１００の噴射口１０７から噴射される気化燃料の濃度分布が均一化されることで、混合室７２から流出する混合気、および、混合室７５から連通路５６に流入する混合気における燃料の濃度分布の均一化を図ることができる。
【００４５】
また、第１実施形態の噴射口８９のように第２通路９３の外周面を用いて噴射口が形成される場合、噴射口８９から噴射された気化燃料のなかには第２通路９３に沿うように流れる燃料が存在する。この点、第２実施形態の噴射ノズル１００では、噴射口１０７が第２通路９３の外周面を利用することなく形成されることで第２通路９３から離れた位置に位置している。そのため、噴射口１０７から噴射された後、第２通路９３に沿って流れる気化燃料が少なくなることから、混合室７２から流出する混合気、および、混合室７５から連通路５６に流入する混合気における燃料の濃度分布の均一化を図ることができる。
【００４６】
図８は、上述した噴射ノズルに対して行ったシミュレーションの結果の一例を示している。図８において、試験例１の噴射ノズルは、第１実施形態に記載した噴射ノズル８４と同様の形状を有する噴射ノズルである。試験例２の噴射ノズルは、等間隔に形成された６つの噴射口１０７を有し、かつ、小径部１０３および噴射口１０７における流路断面積が第１通路８３よりも大きい噴射ノズル１００である。試験例３の噴射ノズルは、図７に示したように、等間隔に形成された５つの噴射口１０７を有し、かつ、小径部１０３および噴射口１０７における流路断面積が第１通路８３よりも小さい噴射ノズル１００である。表１は、本シミュレーションにおける第１通路８３における流路断面積と、試験例１，２，３の噴射ノズルにおける噴射口の流路断面積との関係を示したものである。
【００４７】
【表１】
2017223415.tif 000003
【００４８】
そして、本シミュレーションでは、混合室７５から連通路５６に流入する直前の混合気について一様度の比較を行った。一様度は、複数の測定点で燃料濃度を測定し、以下の式に従って、各測定点で測定された濃度のばらつきの大きさを算出する。ｒは一様度、ｎは燃料濃度の測定点の数、φｉは各測定点で測定された燃料濃度、φａｖｅは平均濃度を示す。この一様度ｒは、最大値を１として値が高いほど一様度が高いことを示す。
【００４９】
【数１】
2017223415.tif 000004
【００５０】
図８に示すように、試験例２，３は、試験例１よりも燃料分布の一様度が高いことが認められた。すなわち、軸心部である第２通路９３が挿通される挿通孔１０５から離れた位置に噴射口１０７を形成することによって燃料の濃度分布が均一化されることが認められた。また、試験例２よりも試験例３のほうが燃料分布の一様度が高いことが認められた。すなわち、第１通路８３よりも噴射口１０７における流路断面積が小さく設定されることで燃料の濃度分布がさらに均一化されることが認められた。
【００５１】
第２実施形態のバーナーによれば、上述した実施形態に記載した（１）〜（３）の効果に加えて、以下に記載する効果が得られる。
（４）第１燃料供給部８１において、噴射ノズル１００は、第２通路９３が挿通される挿通孔１０５を有する噴射板１０６を先端部１０２に有しており、噴射口１０７が噴射板１０６における挿通孔１０５の周囲に形成されている。そのため、噴射口１０７から噴射された気化燃料のうちで第２通路９３に沿って流れる気化燃料が少なくなることから、混合室７２から流出する混合気、および、混合室７５から連通路５６に流入する混合気における燃料の濃度分布の均一化を図ることができる。
【００５２】
（５）噴射口１０７における流路断面積が第１通路８３における流路断面積よりも小さいことで、噴射口１０７から噴射される気化燃料における濃度分布のより一層の均一化を図ることができる。
【００５３】
（６）小径部１０３における流路断面積が第１通路８３における流路断面積よりも小さい。そのため、小径部１０３においては、第１通路８３よりも圧力が高い状態で気化燃料が流れる。これにより、小径部１０３においても気化燃料における濃度分布の均一化を図ることができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図９〜図１１を参照して、バーナーの第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態のバーナーは、上記実施形態におけるバーナーと主要な構成が同じであり、噴射ノズルの形状が異なるものである。そのため、第３実施形態においては、上記実施形態と異なる部分である噴射ノズルの形状等について詳細に説明し、上記実施形態と同様の部分については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。
【００５５】
図９に示すように、第３実施形態において、噴射ノズル１１０は、基端部１１１よりも先端部１１２の径が小さい多段円筒形状を有している。噴射ノズル１１０は、基端部１１１を有する大径部１１３と、先端部１１２を有する小径部１１４と、大径部１１３と小径部１１４との径差に基づく段差部１１５と、先端部１１２において第２通路９３が挿通される挿通孔１１６を有する噴射板１１７とを有している。第１通路８３は、段差部１１５に向かって延出形成されており、段差部１１５に対向する位置に開口している。噴射板１１７は、周方向における所定間隔ごとに形成された複数の噴射口１１８を有している。これら複数の噴射口１１８は、第２通路９３が挿通される挿通孔１１６に連なることなく該挿通孔１１６から離れた位置に位置している。
【００５６】
図１０は、基端部からの距離と流路断面積との関係の一例を示すグラフであり、図１０に示す噴射ノズル１１０は、上記試験例３の噴射ノズル１００における縮径部１０４を大径部１１３および段差部１１５に変更したものである。図１０において、二点鎖線は、縮径部１０４における流路断面積を示している。
【００５７】
図１０に示すように、噴射ノズル１１０においては、第１通路８３に対して大径部１１３において流路断面積が急激に拡大したのち、段差部１１５において小径部１１４における流路断面積であって第１通路８３よりも小さい流路断面積へと急激に縮小する。そして、噴射口１１８において流路断面積がさらに小さくなる。なお、大径部１１３における流路断面積は、大径部１１３の内径に基づく円の面積から第２通路９３の外径に基づく円の面積を減算した値である。また、小径部１１４における流路断面積は、小径部１１４の内径に基づく円の面積から第２通路９３の外径に基づく円の面積を減算した値である。また、噴射口１１８における流路断面積は、複数の噴射口１１８の総開口面積である。
【００５８】
こうした構成の噴射ノズル１１０では、第１通路８３を通過した気化燃料は、大径部１１３の流入直後に圧力の急激な低下と段差部１１５に対する一部の気化燃料の衝突とによって大径部１１３内に攪拌される。そして、気化燃料は、段差部１１５に基づく流路断面積の縮小によって急激に圧縮されることで圧力が上昇し、小径部１１４を通過して噴射口１１８から噴射される際にもう一度圧縮されて圧力が上昇する。こうした圧力の急激な変化が繰り返されることにより噴射ノズル１１０内において気化燃料が攪拌される。これにより、噴射ノズル１１０の噴射口１１８から噴射される気化燃料の濃度分布が均一化されることで、混合室７２から流出する混合気、および、混合室７５から連通路５６に流入する混合気についても燃料の濃度分布の均一化を図ることができる。
【００５９】
図１１は、上述した噴射ノズル１１０に対して行ったシミュレーションの結果の一例を示している。図１１において、試験例３は第２実施形態の試験例３であり、試験例４は上述した噴射ノズル１１０である。本シミュレーションでは、混合室７５から連通路５６に流入する直前の混合気における一様度を比較した。
【００６０】
図１１に示すように、試験例３よりも試験例４のほうが燃料分布の一様度が高いことが認められた。すなわち、噴射ノズル１１０のように段差部１１５を形成することによって燃料の濃度分布のさらなる均一化が図られることが認められた。
【００６１】
第３実施形態のバーナーによれば、上述した実施形態に記載した（１）〜（６）の効果に加えて、以下に記載する効果が得られる。
（７）噴射ノズル８４における流路断面積を急激に小さくする段差部１１５を形成することによって、噴射口１１８から噴射される気化燃料における濃度分布のさらなる均一化を図ることができる。
【００６２】
（第４実施形態）
図１２を参照して、バーナーの第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態のバーナーは、第３実施形態におけるバーナーと主要な構成が同じであり、噴射ノズルの形状が異なるものである。そのため、第４実施形態においては、第３実施形態と異なる部分である噴射ノズルの形状等について詳細に説明し、第３実施形態と同様の部分については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。
【００６３】
図１２に示すように、第４実施形態において、噴射ノズル１２０は、上述した噴射ノズル１１０に対して、噴射板１１７の内周縁部から第２通路９３に沿うように基板２１に向かって延びる内管部１２１が設けられたものである。この内管部１２１は、例えば噴射板１１７に対して溶接等によって周方向の全体にわたって接合されている。また、基板２１側の内管部１２１の筒端には、外方に向かって延びる鍔部１２２が形成されており、基板２１と内管部１２１の鍔部１２２との間にはシール部１２３が設けられている。シール部１２３は、基板２１と内管部１２１の鍔部１２２とによって挟持される環状のガスケットであって、例えば耐熱性に優れた材料であるステンレスや銅などの金属材料が好ましい。
【００６４】
第４実施形態のバーナーによれば、上述した実施形態に記載した（１）〜（７）の作用効果に加えて、以下に記載する作用効果が得られる。
（８）ここで、上述した第３実施形態の噴射ノズル１１０においては、第２通路９３と挿通孔１１６との間の隙間を通じて噴射ノズル１１０内の気化燃料が混合室７１へと漏出するおそれがある。また、内管部１２１と基板２１との間の隙間を通じて噴射ノズル１１０内の気化燃料が漏出してしまうおそれがある。こうした気化燃料の漏出は、噴射ノズル１１０の内部圧力の低下を招く。
【００６５】
この点、上述した噴射ノズル１２０は、噴射板１１７の内周縁に全周にわたって接合されて第２通路９３に沿って基板２１まで延びる内管部１２１を有している。これにより、噴射板１１７と第２通路９３との間の隙間から混合室７１へと気化燃料が漏出することが抑えられる。その結果、噴射ノズル１２０内の気化燃料の圧力低下が抑えられることから、噴射ノズル１２０内の圧力上昇による燃料濃度の均一化を効果的に得ることができる。
【００６６】
（９）また、基板２１と内管部１２１との間の隙間がガスケットであるシール部１２３でシールされていることにより、基板２１と内管部１２１との間の隙間を通じて噴射ノズル１２０内の気化燃料が漏出することが抑えられる。その結果、噴射ノズル１２０の内部圧力の低下が抑えられることから、噴射ノズル１２０内の圧力上昇による燃料濃度の均一化をより一層効果的に得ることができる。
【００６７】
（１０）内管部１２１が鍔部１２２を有することによりシール部１２３を構成するガスケットとの接触可能面積を大きくすることができる。これにより、基板２１と内管部１２１との間の隙間をより確実にシールすることができる。
【００６８】
（１１）内管部１２１は、ヒートバック式気化器９４に対して第２通路９３を接続する際、第２通路９３のガイドとして機能することができる。これにより、ヒートバック式気化器９４と第２通路９３との接続作業をより簡易的なものとすることができる。
【００６９】
なお、上記第１〜第４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。
・旋回流生成部は、混合室７１に燃焼用空気の旋回流を生成可能な構成であればよい。そのため、空気流通室６７で生成された旋回流が混合室７１，７２において維持される場合には、旋回流生成部に案内部６８が設定され、切り起こし片３５が割愛されてもよい。
【００７０】
・また、空気流通室６７に燃焼用空気の旋回流を生成する構成は、案内部６８に限らず、例えば、空気供給通路６４を筒部６０の中心軸に対してオフセットさせた位置に取り付けた構成であってもよい。
【００７１】
・空気導入部は、混合室７１に燃焼用空気を導入する構成であればよいため、混合室７１に旋回流を生成する旋回流生成部を有していなくともよい。
・噴射ノズルは、基端部における流路断面積よりも先端部における流路断面積が小さく形成されていればよく、噴射口の流路断面積は、第１通路８３の流路断面積以上であってもよい。
【００７２】
・第４実施形態において、シール部１２３は、ガスケットに限らず、例えば、基板２１に形成された嵌込凹部に内管部１２１の端部を嵌め込んだラビリンス部であってもよい。こうした構成であっても、噴射ノズル１２０からの気化燃料の漏出を抑えることができる。また、内管部１２１は、鍔部１２２が割愛された構成であってもよい。
【００７３】
・第２〜４実施形態において、噴射口は噴射板に複数形成されていればよく、その個数は例えば２つであってもよいし、４つであってもよい。また、噴射口の形状も、円形のものに限らず、例えば周方向に延びる形状を有していてもよいし、挿通孔に対して放射状に延びる形状を有していてもよい。また、第２，３実施形態において、噴射口は、挿通孔から離れた位置に形成されるものに限らず、例えば挿通孔に連通して該挿通孔から放射状に延びる形状を有していてもよい。こうした構成においても、複数の噴射口は、周方向における等間隔で形成されることが好ましい。また、噴射口における流路断面積が小さいほど噴射ノズル内の圧力が高まるとともに噴射口から噴射される気化燃料の初速度が高められることで、旋回している燃焼用空気に合流する際に気化燃料が攪拌されやすくなる。
【００７４】
・第２および第３実施形態においては、噴射板に噴射口を形成せず、挿通孔と第２通路９３との間の隙間によって噴射口が形成されていてもよい。
・第２実施形態のように、噴射板１０６を有し、かつ、噴射板１０６に噴射口１０７が形成された噴射ノズル１００に対して第４実施形態の内管部１２１を適用してもよい。
【００７５】
・噴射口は、噴射ノズルの先端部に形成されていればよい。そのため、第２〜第４実施形態にて、噴射口は、噴射板ではなく小径部に形成される構成であってもよい。すなわち、噴射ノズルは、筒部３０の内側面３０ａに向かって放射状に気化燃料を噴射する構成であってもよい。こうした構成でも、噴射ノズルから噴射される気化燃料において濃度分布が均一化されていることから、混合気における濃度分布の均一化を図ることができる。
【００７６】
・第１，２実施形態の噴射ノズル８４に対して段差部が設けられていてもよい。すなわち、噴射ノズルは、基端部における流路断面積よりも先端部における流路断面積が小さい構成を有していればよく、当該構成を縮径部および段差部の双方で実現してもよい。
【００７７】
・第１〜第４実施形態において、バーナー２０は、第１燃料供給部８１のみを備えていてもよい。このとき、第１燃料供給部８１の軸心部は、第２燃料供給部９１の第２通路９３ではなく、基板２１に連結されて先端開口部８６から突出する柱状の形状を有する部材で構成される。
【００７８】
・筒状部は、筒状の形状を有しているものであればよい。そのため、筒状部は、バーナー２０のように第２の筒部４０、連結壁部４１、および、延出部３３によって構成される筒状部のように窄んだ形状を有するものに限らず、例えば、一定の径を有する円筒形状を有しているものであってもよい。
【００７９】
・第１通路８３は、基板２１を貫通するものに限らず、例えば、噴射ノズルの周壁から噴射ノズルの内部に気化燃料を供給する構成であってもよい。
・バーナーは、上記バーナー２０のように混合気を転回する混合室を有する構成に限らず、例えば筒状部の内部空間が予混合室に設定され、筒状部の流出口を介して予混合室に隣接するように燃焼室に設定される構成であってもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１０…ディーゼルエンジン、１１…排気通路、１２…ＤＰＦ、１３…吸気通路、１４…タービン、１５…コンプレッサー、２０…バーナー、２１…基板、３０…第１の筒部、３０ａ…内側面、３１…噴出し板、３２…噴出し口、３３…延出部、３４…第１の導入口、３５…切り起こし片、３６…第２の導入口、４０…第２の筒部、４０ｃ…流出口、４１…連結壁部、４２…鍔部、４４…縮径部、５０…第３の筒部、５０ｂ…外側面、５１…閉塞板、５５…仕切壁、５６…連通路、６０…第４の筒部、６０ａ…内側面、６１…点火プラグ、６２…着火部、６３…閉塞板、６４…空気供給通路、６５…空気弁、６７…空気流通室、６８…案内部、７０…予混合室、７１…第１の混合室、７２…第２の混合室、７３…第３の混合室、７４…第４の混合室、７５…第５の混合室、７７…燃焼室、８０…燃料供給部、８１…第１燃料供給部、８２…第１圧送部、８３…第１通路、８４…噴射ノズル、８５…基端部、８６…先端開口部、８７…先端部、８９…噴射口、９１…第２燃料供給部、９２…第２圧送部、９３…第２通路、９４…ヒートバック式気化器、９５…支持孔、９６…流通孔、９７…支持部材、１００，１１０，１２０…噴射ノズル、１０１，１１１…基端部、１０２，１１２…先端部、１０３，１１４…小径部、１０４…縮径部、１０５，１１６…挿通孔、１０６，１１７…噴射板、１０７，１１８…噴射口、１１３…大径部、１１５…段差部、１２１…内管部、１２２…鍔部、１２３…シール部。
【図１】
2017223415.tif 000005
【図２】
2017223415.tif 000006
【図３】
2017223415.tif 000007
【図４】
2017223415.tif 000008
【図５】
2017223415.tif 000009
【図６】
2017223415.tif 000010
【図７】
2017223415.tif 000011
【図８】
2017223415.tif 000012
【図９】
2017223415.tif 000013
【図１０】
2017223415.tif 000014
【図１１】
2017223415.tif 000015
【図１２】
2017223415.tif 000016