JP5971535B2 - ガスケット - Google Patents

Description

本発明はガスケットに関し、詳しくはエンジンと触媒との間に配設されたエキゾーストマニホールドの排気通路に燃料を噴射するインジェクターを備えた内燃機関の排気システムに用いるガスケットに関する。

今日、エンジンより排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）等を浄化するため、エキゾーストマニホールドに触媒を設けた内燃機関の排気システムが知られている。
またこのような内燃機関の排気システムとして、上記エキゾーストマニホールドに上記排気通路と連通する添加孔が開口したフランジ部を設け、当該フランジ部に上記添加孔に連通する噴射空間の形成されたホルダーと、当該ホルダーに保持されるとともに上記噴射空間に燃料を噴射するインジェクターとを設けたものが知られている（特許文献１、２）。
上記構成を有する排気システムでは、上記エキゾーストマニホールドを流通する排気ガスに燃料を添加することで、上記触媒を活性化させることが可能となっている。

特開２００９−１５６０６８号公報 特開２００９−１６７９６５号公報

上記構成を有する排気システムにおいて、上記インジェクターによる燃料の噴射位置を極力エンジンに接近させた位置に設定すれば、相対的に温度の高い排気ガスに燃料を噴射することが可能となり、例えばエンジンの始動直後等、排気ガスが低温である場合であっても効率的に触媒の活性化を行うことができる。
しかしながらその場合、エンジンが十分に暖機された後は、上記インジェクター並びに当該インジェクターを保持するホルダーがエンジンやエキゾーストマニホールドからの熱にさらされることとなる。
そこで、上記インジェクターやホルダーを上記熱から防護するためにインシュレータを設けることが想定されるものの、このような構成とした場合には、上記インジェクターとホルダーとの間から漏れた燃料がインシュレータとホルダーとの隙間からエキゾーストマニホールドに落下して、白煙を生じさせてしまうおそれがある。
このような問題に鑑み、本発明は好適な位置に配置されたインジェクターおよびホルダーを有する内燃機関の排気システムに好適なガスケットを提供するものである。

すなわち本発明にかかるガスケットは、エンジンと触媒との間に配設されるとともに内部に排気通路が形成されたエキゾーストマニホールドと、当該エキゾーストマニホールドに設けられるとともに上記排気通路と連通する添加孔が開口したフランジ部と、当該フランジ部に設けられるとともに内部に上記添加孔に連通する噴射空間の形成されたホルダーと、当該ホルダーに保持されるとともに上記噴射空間に燃料を噴射するインジェクターと、上記ホルダーのエキゾーストマニホールド側に設けられ、有底皿状を有するとともに底部に上記フランジ部と干渉しないように開口した開口部を有するインシュレータとを備えた内燃機関の排気システムに用いるガスケットであって、
当該ガスケットは、上記フランジ部とホルダーとによって積層された状態で挟持される第１ガスケット基板および第２ガスケット基板によって構成され、
第１ガスケット基板および第２ガスケット基板は、上記フランジ部の添加孔およびホルダーの噴射空間の開口部を囲繞する第１ビード部を備え、
さらに上記第２ガスケット基板は第１ガスケット基板に対して外方に突出して上記ホルダーとインシュレータとによって挟持され、かつ当該ホルダーとインシュレータとの間をシールする第２ビード部を備えることを特徴としている。

上記発明によれば、上記第１、第２ガスケット基板に設けた第１ビード部によってエキゾーストマニホールドの添加孔とホルダーの噴射空間とをシールしつつ、上記第２ガスケット基板に設けた第２ビード部によって上記インジェクターとホルダーとの間もシールすることができ、燃料がエキゾーストマニホールドに付着することを防止することができる。

本実施例にかかる排気システムを示す構造図。 インシュレータおよびガスケットの平面図。 エキゾーストマニホールドおよびホルダーの断面図。 第２実施例にかかるガスケットの断面図。 第３実施例にかかるガスケットの断面図。

以下図示実施例について説明すると、図１は内燃機関の排気システム１の概念図を示しており、特にディーゼルエンジンを備えた自動車に好適な排気システム１を示している。
上記排気システム１は、エンジン２に接続されて内部に排気通路３ａが形成されｇたエキゾーストマニホールド３と、エキゾーストマニホールド３に設けられたターボユニット４と、当該ターボユニット４の下流側に設けられた触媒５とを有している。
上記エンジン２より排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールド３の排気通路３ａを流通した後、上記ターボユニット４を作動させてから上記触媒５を通過して図示しないマフラーより排気され、その際上記触媒５では排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）が除去されるようになっている。

そして、上記触媒５は排気ガスより除去した際に吸着したＮＯｘやＰＭを還元するため、定期的に活性化させる必要があり、このため本実施例の排気システム１は、排気ガスに燃料を添加して上記触媒５を活性化させる以下の構成を有している。
すなわち上記排気システム１は、上記エキゾーストマニホールド３に設けられるとともに上記排気通路３ａと連通する添加孔１１ａが開口したフランジ部１１と、当該フランジ部１１に連結されたホルダー１２と、当該ホルダー１２に保持されるとともに燃料を噴射するインジェクター１３と、上記ホルダー１２のエキゾーストマニホールド３側に設けられたインシュレータ１４と、上記フランジ部１１とホルダー１２とによって挟持されるガスケット１５（図１には図示せず）とを備えている。
そして図２は上記インシュレータ１４とガスケット１５とについての平面図を、図３は図２におけるＩＩＩ―ＩＩＩ部の断面図を示している。
上記添加孔１１ａの形成されたフランジ部１１は、エキゾーストマニホールド３におけるエンジン２とターボユニット４との間に設けられており、後述する理由により、上記添加孔１１ａはエンジン２に接近させた位置に設定されている。
そして本実施例では、図１に示すように、上記フランジ部１１の添加孔１１ａはエキゾーストマニホールド３の排気通路３ａにおける屈曲部と連通する位置に設けられ、また上記フランジ部１１は水平に対して傾斜して設けられている。

上記ホルダー１２は、その底面が上記フランジ部１１と重合するように平坦に形成され、図３に示すように上記ガスケット１５を挟持した状態でボルトにより連結固定されるようになっている。
上記ホルダー１２には上記フランジ部１１側に略半球状の噴射空間１２ａが形成されており、当該噴射空間１２ａの開口部は上記フランジ部１１の添加孔１１ａと同径に形成されている。
また上記ホルダー１２には上記噴射空間１２ａを囲繞するように冷却水通路１２ｂが形成され、図示しない配管より供給された冷却水が冷却水通路１２ｂを循環し、上記ホルダー１２およびインジェクター１３の冷却を行うようになっている。

上記インジェクター１３は上記ホルダー１２の外部から噴射空間１２ａに貫通して形成された装着孔に挿入され、上記ホルダー１２の噴射空間１２ａに露出した先端部より燃料を噴射することで、排気通路３ａを流通する排気ガスに燃料を添加するようになっている。
上記インジェクター１３による燃料の噴射は、エキゾーストマニホールド３に設けられた図示しない排気温計等による計測結果に基づいて、図示しない制御手段により制御される。
そしてインジェクター１３の後端部はエンジン２側に突出しており、当該後端部には図示しない樹脂製の配管が接続されている。
このようにしてホルダー１２にインジェクター１３が装着されているため、ホルダー１２の外面には、インジェクター１３の装着部分から漏れた燃料や、インジェクター１３の後端部に接続された配管から漏れた燃料が付着することを想定する必要がある。

一方、本実施例では上記フランジ部１１を上記ターボユニット４より上流側のエンジン２に近い位置に設けたことにより、上記インジェクター１３が噴射した燃料をエンジン２より排出されたばかりの相対的に高温の排気ガスに添加することができる。そのため、エンジン２より離隔した位置で燃料を添加する場合に比べて効率的に触媒５の活性化が可能となっている。
しかしながら、上記エンジン２が十分に暖機されてしまうと、上記添加孔１１ａが上記エンジン２の近くに位置しているため、エンジン２やエキゾーストマニホールド３からの熱によってインジェクター１３やホルダー１２に接続した配管等が損傷する恐れがある。
そこで本実施例では、上記ホルダー１２に上記インシュレータ１４を設けることで、上記熱によるインジェクター１３や配管等の損傷を防止するようにしている。

上記インシュレータ１４は、上記ホルダー１２に連結された底部１４ａと、当該底部１４ａを囲繞する側壁１４ｂとによって構成され、インシュレータ１４の底部１４ａが上記ホルダー１２の底面にボルトにより連結固定されるようになっている。
図２に示すように、上記底部１４ａには開口部１４ｃ（図示２点鎖線）が形成されており、当該開口部１４ｃは上記エキゾーストマニホールド３のフランジ部１１と干渉しないように形成されている。
また底部１４ａの上記ガスケット１５の外縁に沿った位置には、エンジンルーム内に進入した水や、上記ホルダー１２の外面を伝って落下した燃料等を受けるためのドレン溝１４ｄが形成されている。
上述した通り、本実施例のフランジ部１１は傾斜していることから、上記インシュレータ１４の底部１４ａも傾斜しており、上記ドレン溝１４ｄに流入した水や燃料は当該ドレン溝１４ｄに沿って底部１４ａの傾斜した下側部分へと流れることとなる。
そして上記水や燃料はドレン溝１４ｄにおける傾斜した下側部分の端部近傍に設けた上記ドレン穴１４ｅより排出され、当該ドレン穴１４ｅは排出された水や燃料がエキゾーストマニホールド３やその他高温となる部材に落下しないような位置に設定されている。
また上記側壁１４ｂは、図１に示すようにインジェクター１３がホルダー１２に対してエンジン２側に向けて突出するように設けられていることから、当該インジェクター１３を熱から保護するためにエンジン２側に位置する部分については高く形成されている。一方、図２に示すように、エンジン２やエキゾーストマニホールド３による熱の影響を受けない部分については側壁１４ｂが省略されている。

次に上記ガスケット１５について説明すると、図３に示すようにガスケット１５は積層された第１ガスケット基板１６および第２ガスケット基板１７によって構成され、上記第１、第２ガスケット基板１６、１７が積層した部分は上記ホルダー１２及びフランジ部１１によって挟持されるとともに、これら第１、第２ガスケット基板１６、１７は図２に示すランスロック１８により連結固定されている。
上記第１ガスケット基板１６は上記フランジ部１１側に、上記第２ガスケット基板１７は上記ホルダー１２側に設けられている。なお第１ガスケット基板１６がホルダー１２側に、第２ガスケット基板１７がフランジ部１１側に位置していてもよい。
また第１、第２ガスケット基板１６、１７には、上記フランジ部１１の添加孔１１ａおよびホルダー１２の噴射空間１２ａの開口部の位置に貫通孔１９が穿設されており、これと同様、上記ホルダー１２とフランジ部１１とを連結するためのボルトが貫通するボルト孔２０が設けられている。
そして上記貫通孔１９を囲繞する位置には、ハーフビードからなる第１ビード部１６ａ、１７ａ（図２において実線で示す）が形成され、第１ガスケット基板１６の第１ビード部１６ａはフランジ部１１側に、第２ガスケット基板１７の第１ビード部１７ａはホルダー１２側に突出している。
この第１ビード部１６ａ、１７ａは、エキゾーストマニホールド３の添加孔１１ａおよび上記ホルダー１２の噴射空間１２ａを流通する燃料や排気ガスをシールするようになっている。なお本実施例の第１ビード部１６ａ、１７ａをハーフビードに代えてフルビードとすることも可能である。

そして、上記第２ガスケット基板１７は第１ガスケット基板１６に対して外方に突出して設けられており、当該突出した部分が上記ホルダー１２とインシュレータ１４とによって挟持されるようになっており、第２ガスケット基板１７にはホルダー１２とインシュレータ１４とを連結するためのボルトが貫通するボルト孔２１が設けられている。
そして、上記構成を有する排気システム１を組み立てる際、上記第１、第２ガスケット基板１６、１７を予め連結固定した状態で、上記ホルダー１２に上記ガスケット１５の第２ガスケット基板１７を介在させて上記インシュレータ１４を取り付け、その後このインシュレータ１４ごとホルダー１２を上記エキゾーストマニホールド３のフランジ部１１に装着すればよく、組み立て工程を簡易なものとすることができる。

また上記第２ガスケット基板１７における上記ホルダー１２とインシュレータ１４とによって挟持された部分には、図２の実線で示した位置に上記ホルダー１２に向けて突出するハーフビードからなる第２ビード部１７ｂが形成されている。
この第２ビード部１７ｂは、上記ホルダー１２におけるインジェクター１３の装着部や、インジェクター１３の配管接続部より漏れた燃料をシールするようになっており、具体的にはホルダー１２の外面を伝ってホルダー１２の底面に回り込んだ燃料をシールするようになっている。
上記燃料をシールすることで、当該燃料がホルダー１２とインシュレータ１４との間からエキゾーストマニホールド３に落下し、蒸発して白煙を上げるのを防止するようになっている。
また、上述したように本実施例のフランジ部１１は傾斜しているため、上記ホルダー１２の底面も傾斜しており、仮にインジェクター１３から漏れた燃料がホルダー１２の外面を伝ったとしても、傾斜した下側部分では当該燃料はホルダー１２とインシュレータ１４との間に回り込むことはなく、これらの間からエキゾーストマニホールド３に落下する恐れはない。
そこで本実施例では、上記第２ビード部１７ｂについては、インシュレータ１４の底部１４ａにおける傾斜した上側部分にのみ設け、下側部分については省略したものとなっている。

図４、図５は第２、第３実施例にかかるガスケット１５の断面図を示しており、特に上記第１ビード部１６ａ、１７ａ近傍の拡大断面図を示している。
これら第２、第３実施例のガスケット１５は、上記第１実施例に対して複数枚の第１ガスケット基板１６を設けた構成となっており、第２実施例では２枚の第１ガスケット基板１６を第３実施例では３枚の第１ガスケット基板１６をそれぞれ積層させた構成を有している。
第１実施例と同様、各第１ガスケット基板１６および第２ガスケット基板１７の重複した位置には、それぞれ上記連通孔１９および当該連通孔１９を囲繞する第１ビード部１６ａ、１７ａが形成されており、隣接する第１、第２ガスケット基板１６、１７における第１ビード部１６ａ、１７ａは相互に反対側に突出するように形成されている。
また上記第１、第２ガスケット基板１６、１７における、上記フランジ部１１およびホルダー１２に密着する側の面には、窒化ボロンを主成分とするコーティング２１が形成されており、フランジ部１１とホルダー１２との間のシール性能を向上させるようになっている。なおこのコーティング２１については上記第１実施例においても形成することができる。
これら第２、第３実施例の構成によれば、上記排気ガスの流通する連通孔１９において、上記添加孔１１ａおよび噴射空間１２ａにおける排気ガスをシールするためのシール圧を確保することができ、排気ガスの排気圧が高い場合であってもこれをシールすることが可能となる。

１ 排気システム ２ エンジン
３ エキゾーストマニホールド ３ａ 排気通路
５ 触媒 １１ フランジ部
１１ａ 添加孔 １２ ホルダー
１２ａ 噴射空間 １３ インジェクター
１４ インシュレータ １５ ガスケット
１６ 第１ガスケット基板 １７ 第２ガスケット基板
１６ａ、１７ａ 第１ビード部 １７ｂ 第２ビード部

Claims (3)

1. エンジンと触媒との間に配設されるとともに内部に排気通路が形成されたエキゾーストマニホールドと、当該エキゾーストマニホールドに設けられるとともに上記排気通路と連通する添加孔が開口したフランジ部と、当該フランジ部に設けられるとともに内部に上記添加孔に連通する噴射空間の形成されたホルダーと、当該ホルダーに保持されるとともに上記噴射空間に燃料を噴射するインジェクターと、上記ホルダーのエキゾーストマニホールド側に設けられ、有底皿状を有するとともに底部に上記フランジ部と干渉しないように開口した開口部を有するインシュレータとを備えた内燃機関の排気システムに用いるガスケットであって、
   当該ガスケットは、上記フランジ部とホルダーとによって積層された状態で挟持される第１ガスケット基板および第２ガスケット基板によって構成され、
   第１ガスケット基板および第２ガスケット基板は、上記フランジ部の添加孔およびホルダーの噴射空間の開口部を囲繞する第１ビード部を備え、
   さらに上記第２ガスケット基板は第１ガスケット基板に対して外方に突出して上記ホルダーとインシュレータとによって挟持され、かつ当該ホルダーとインシュレータとの間をシールする第２ビード部を備えることを特徴とするガスケット。
2. 上記インシュレータの底部は傾斜しており、
   上記第２ガスケット基板の第２ビード部を、インシュレータの底部における傾斜した上側部分と接触する部分に設け、下側部分と接触する部分ついては省略したことを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 上記第１ガスケット基板を複数設けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のガスケット。

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