(57)【要約】【課題】噴霧通路出口においてデポジットの堆積を防止することが可能な添加弁の保持構造を提供する。【解決手段】内燃機関の排気ガスに添加剤を添加する添加弁２０と、添加弁２０を保持するホルダ１０と、ホルダ１０が取り付けられる排気マニホールド３０と、ホルダ１０と排気マニホールド３０とに挟まれたガスケット４０とを備え、排気マニホールド３０には排気ガスが流れる排気通路３１が設けられており、添加弁２０の先端２１から排気通路３１まで延びる噴霧通路１１がホルダ１０に設けられており添加弁２０の先端２１から噴霧通路３１内に添加剤が噴霧され、ガスケット４０は噴霧通路１１出口を覆い、噴霧通路１１と排気通路３１を連通する小孔４０ｈがガスケット４０に設けられており、ガスケット４０が排気通路３１に露出する部分においてガスケット４０表面にデポジットを防止するコーティング４１が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスに添加剤を添加する添加弁と、
前記添加弁を保持するホルダと、
前記ホルダが取り付けられる排気マニホールドと、
前記ホルダと前記排気マニホールドとに挟まれたガスケットとを備え、
前記排気マニホールドには排気ガスが流れる排気通路が設けられており、
前記添加弁の先端から前記排気通路まで延びる噴霧通路が前記ホルダに設けられており前記添加弁の先端から前記噴霧通路内に添加剤が噴霧され、
前記ガスケットは前記噴霧通路出口を覆い、前記噴霧通路と前記排気通路を連通する小孔が前記ガスケットに設けられており、前記ガスケットが前記排気通路に露出する部分において前記ガスケット表面にデポジットを防止する層が設けられている、添加弁の保持構造。
【請求項２】
前記デポジットを防止する層はコーティングにより形成される、請求項１に記載の添加弁の保持構造。
【請求項３】
前記小孔は複数のメッシュ状の小孔である、請求項１に記載の添加弁の保持構造。
【請求項４】
前記小孔はスリット状に形成されている、請求項１または２に記載の添加弁の保持構造。
【請求項５】
前記小孔における前記排気通路から前記噴霧通路への気体の流れ方向は前記小孔近傍での前記排気通路内の排気ガスの流れ方向に対して９０°以上の角度をなしている、請求項４に記載の添加弁の保持構造。
【請求項６】
前記ガスケットの表面のみに前記デポジットを防止する層が設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の添加弁の保持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，添加弁の保持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭ(particulate matter)を除去するフィルタ(DPF：Diesel Particulate Filter)内の詰まりを解消する目的で、ＤＰＦより上流側に添加弁を設け、そこから噴射する軽油等の添加剤によってＤＰＦ内の温度を上昇させてＰＭを燃焼除去（再生）させる機構がある。
【０００３】
この添加弁はＰＭの含まれた高温の排気ガス中に添加剤を噴射する。その結果、いわゆるデポジット生成の３要素（ＨＣ(Hydrocarbon)、すす、温度）が揃う事によって、添加弁の先端（噴霧孔）またはその周辺部分にデポジットが堆積してしまい、最終的にはそのデポジットによって添加弁先端付近が覆われてしまい、噴射が不可能になってしまう不具合がある。
【０００４】
これを防止する目的の技術として、例えば特開２０１１−１０６４３０号公報（特許文献１）では、添加弁先端と排気通路をつなぐ噴霧通路の形状を広角の扇形状としている。これにより、噴霧添加剤の拡散範囲と噴霧通路との干渉を防止している。噴霧通路壁面へのＨＣの供給を無くすことでデポジットを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１０６４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記構造によって理論的には噴霧と噴霧通路の干渉は防止されるが、実際のエンジン運転環境では排気の速度変化または排気脈動などの複雑な流れによって、噴霧は理論上の幾何学的な狭角の扇形状だけにとどまらずに拡散してしまう。このため噴霧通路にも噴霧の一部が到達し、排気ガスと混じることによって噴霧通路の壁面にデポジットが発生し、堆積するという問題があった。噴霧通路壁面にデポジットが堆積すると噴霧がデポジット表層部に干渉することでデポジットは成長する。運よくデポジットが剥離することもあるが最終的には添加弁先端をデポジットが覆い、噴射する添加剤の量が少なくなるか、あるいは最悪は完全に噴射が不可能になる。
【０００７】
添加弁からの噴射が不足するか、もしくは不可能になると、ＤＰＦの再生が不十分となるおそれがある。
【０００８】
そこで、この発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、噴霧通路においてデポジットの堆積を防止することが可能な添加弁の保持構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った添加弁の保持構造は、内燃機関の排気ガスに添加剤を添加する添加弁と、添加弁を保持するホルダと、ホルダが取り付けられる排気マニホールドと、ホルダと排気マニホールドとに挟まれたガスケットとを備え、排気マニホールドには排気ガスが流れる排気通路が設けられており、添加弁の先端から排気通路まで延びる噴霧通路がホルダに設けられており添加弁の先端から噴霧通路内に添加剤が噴霧され、ガスケットは噴霧通路出口を覆い、噴霧通路と排気通路を連通する小孔がガスケットに設けられており、ガスケットが排気通路に露出する部分においてガスケット表面にデポジットを防止する層が設けられている。
【００１０】
このように構成された添加弁の保持構造においては、ガスケットは噴霧通路出口を覆うため、排気通路から噴霧通路へ排気ガスが流れにくくなり、噴霧通路内にＰＭが入りにくくなる。その結果、噴霧通路内でのデポジットの堆積を防止できる。さらに噴霧通路と排気通路を連通する小孔がガスケットに設けられているため、噴霧通路から排気通路へ添加剤噴霧が流れることを妨げない。また、ガスケットが排気通路に露出する部分においてガスケット表面にデポジットを防止する層が設けられているため、排気通路に露出するガスケットの表面でデポジットの堆積を防止できる。
【００１１】
好ましくは、デポジットを防止する層はコーティングにより形成される。この場合、ガスケットの表面をコーティングするだけでデポジットを防止する層を形成することができ、簡単な方法でデポジットを防止する層を製造することができる。
【００１２】
好ましくは、小孔は複数のメッシュ状の小孔である。このように構成された添加弁の保持構造においては、メッシュ状の小孔は製造が容易であるため、低コストでメッシュ状の小孔を設けることができる。
【００１３】
好ましくは、小孔はスリット状に形成されている。スリット状とすることで、プレスで容易に製造することができる。
【００１４】
好ましくは、小孔における排気通路から噴霧通路への気体の流れ方向は小孔近傍での排気通路内の排気ガスの流れ方向に対して９０°以上の角度をなしている。この場合、排気通路内の排気ガスの流れが小孔内において排気通路が噴霧通路へ進むためには９０°以上進路を変更する必要があり、排気が小孔内へ流れ込みにくい。その結果、噴霧通路内でデポジットが堆積することを防止できる。
【００１５】
好ましくは、ガスケットの表面のみにデポジットを防止する層が設けられている。この場合、ガスケットの小孔側面にデポジットを防止する層を設けないため、簡単な方法でデポジットを防止する層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
噴霧通路においてデポジットの堆積を防止することが可能な添加弁の保持構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に従った添加弁の保持構造１を示す図である。
【図２】実施の形態１に従った添加弁の保持構造１を示す図であり、ホルダ１０と排気マニホールド３０との接続部分周辺を示す図である。
【図３】図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たコーティング４１の平面図である。
【図４】実施の形態１の変形例に従った添加弁の保持構造１を示す図であり、ホルダ１０と排気マニホールド３０との接続部分周辺を示す図である。
【図５】実施の形態２に従った添加弁の保持構造１を示す図であり、ホルダ１０と排気マニホールド３０との接続部分周辺を示す図である。
【図６】図５中の矢印ＶＩで示す方向から見たコーティング４１の平面図である。
【図７】実施の形態２の変形例に従ったガスケット４０およびコーティング４１の断面図である。
【図８】図７中の矢印ＶＩＩＩで示す方向から見たコーティング４１の平面図である。
【図９】実施の形態３に従った添加弁の保持構造１を示す図である。
【図１０】実施の形態３に従った添加弁の保持構造１を示す図であり、ホルダ１０と排気マニホールド３０との接続部分周辺を示す図である。
【図１１】図１０中の矢印ＸＩで示す方向から見たコーティング４１の平面図である。
【図１２】下方面にのみコーティング４１が設けられているガスケット４０の小孔４０ｈに堆積するデポジット４５を示す図である。
【図１３】上下面にコーティング４１，４９が設けられているガスケット４０の小孔４０ｈに堆積するデポジット４５を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について説明する。以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照番号を付し、その説明については繰り返さない。また、各実施の形態を組み合わせることも可能である。
【００１９】
（実施の形態１）
（構成の説明）
図１は、実施の形態１に従った添加弁の保持構造１を示す図である。図２は、実施の形態１に従った添加弁の保持構造１を示す図であり、ホルダ１０と排気マニホールド３０との接続部分周辺を示す図である。図３は、図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たコーティング４１の平面図である。
【００２０】
図１および図２で示すように、実施の形態１に従った添加弁の保持構造１は、添加弁２０を保持するためのホルダ１０と、ホルダ１０が載置される排気マニホールド３０とを有する。ホルダ１０は排気マニホールド３０とは別体で設けられている。
【００２１】
ホルダ１０には添加弁２０が嵌合している。添加弁２０の先端２１から添加剤が噴射される。ホルダ１０には、先端２１から噴射された添加剤を案内するための噴霧通路１１，１８が設けられている。この実施の形態では、小径の噴霧通路１８に大径の噴霧通路１１が連通している形状であるが、必ずしも小径の噴霧通路１８および大径の噴霧通路１１を設ける必要はなく、一方のみを設けてもよい。
【００２２】
添加弁２０より噴射される添加剤としてはＤＰＦ用の添加剤であれば軽油等である。また、排気中の窒素酸化物を浄化するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）であれば、尿素等である。
【００２３】
添加弁２０および噴霧通路１１，１８を冷却するための水ジャケット１２がホルダ１０に設けられている。水ジャケット１２にはエンジンを冷却するための冷却水が流される。
【００２４】
排気マニホールド３０には、内燃機関の燃焼室から排出される排気が流れる排気通路３１が設けられる。排気通路３１内を矢印３５で示す方向に排気が流れる。排気は高温であり、かつ、排気内には添加剤の不完全燃焼により発生したＰＭが含まれている。
【００２５】
図２で示すように、ホルダ１０と排気マニホールド３０との間にはガスケット４０が設けられている。ガスケット４０は、たとえばステンレス鋼または銅により構成されており、排気マニホールド３０とホルダ１０との間から排気ガスが漏れないようにする働きを有する。
【００２６】
ガスケット４０の表面にはデポジットを防止する薄い層としてのコーティング４１が設けられている。コーティング４１は表面処理の一種である。コーティング４１を構成する材質として、二硫化モリブデンにグラファイトを付加したコーティング、フッ素系樹脂コーティング、シリカなどを主成分としたガラス系コーティング、ＣＶＤ法による炭化ケイ素（ＳｉＣ）コーティング、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コーティングがある。
【００２７】
コーティング４１の材質はこれらの限定されるものでなく、デポジットの堆積を防止できるものであればよい。コーティング４１は、たとえばメッキにより構成されていてもよい。
【００２８】
ガスシール部３２ではガスケット４０は排気マニホールド３０とホルダ１０とに挟まれて排気ガスの漏れを防止する。排気マニホールド３０の出口部分３３には、排気ガスの漏れが発生しないため本来であればガスケット４０は必要ない。しかしながら、コーティング４１を保持するために出口部分３３にもガスケット４０が設けられている。
【００２９】
ガスケット４０には複数のメッシュ状の小孔４０ｈが設けられている。小孔４０ｈに対応するように、コーティング４１にも小孔４１ｈが設けられている。小孔４０ｈ，４１ｈは、軸方向（噴霧通路１１の延びる方向）から見ると円形状である。図２で示す断面に小孔４０ｈ，４１ｈは噴霧通路１１，１８に連通している。そのため、添加弁２０の先端２１から添加剤が噴射されると、その噴霧２５は噴霧通路１８，１１、小孔４０ｈ，４１ｈを経由して排気通路３１内に到達する。噴霧２５の軌跡とガスケット４０とが交わる範囲に噴霧２５が通過するための小孔４０ｈが設けられる。小孔４０ｈ，４１ｈは噴霧通路１１の出口部分３３のガスケット４０およびコーティング４１に複数設けられる。
【００３０】
図３で示すように、コーティング４１には複数の小孔４０ｈが設けられている。小孔４０ｈの直径および個数は、噴霧２５が小孔４０ｈを通過しやすく、かつ、小孔４０ｈを排気が通過しにくいように選択される。
【００３１】
すなわち、実施の形態１における添加弁２０の保持構造１では、内燃機関の排気ガスに添加剤を添加する添加弁２０と、添加弁２０を保持するホルダ１０と、ホルダ１０が取り付けられる排気マニホールド３０と、ホルダ１０と排気マニホールド３０とに挟まれたガスケット４０とを備え、排気マニホールド３０には排気ガスが流れる排気通路３１が設けられており、添加弁２０の先端２１から排気通路３１まで延びる噴霧通路１８，１１がホルダ１０に設けられており添加弁２０の先端２１から噴霧通路１８，１１内に添加剤が噴霧される。ガスケット４０は噴霧通路１１の出口部分３３を覆い、噴霧通路１１と排気通路３１を連通する小孔４０ｈがガスケット４０に設けられており、ガスケット４０が排気通路３１に露出する部分においてガスケット４０表面にデポジットを防止する層としてのコーティング４１が設けられている。
【００３２】
（効果の説明）
エンジン内環境として、デポジット生成３要素（ＨＣ、すす（ＰＭ）、温度）がそろってしまうとデポジットが生成されてしまうため、デポジットの生成・堆積が起きる噴霧通路１１部分を、ガスケット４０によって排気通路３１から遮蔽することで、噴霧通路１１部分にすす（ＰＭ）が侵入することを低減できる。また、ガスケット４０による遮蔽の効果で、排気ガスの流れの影響が受け難くなる為、添加剤の噴霧が排気ガスによって飛散し噴霧通路１１壁面に付着することを低減できるので、３要素のＨＣも低減できる。更に、ガスケット４０による遮蔽の効果で、高温の排気ガスの噴霧通路１１への影響を低減できる為、３要素の１つである噴霧通路１１の温度も低下させることができる。このように噴霧通路１１側はデポジット３要素の全てを低減出来る為、デポジットの生成・付着を防止できる。
【００３３】
排気通路３１側については、デポジット付着防止機能を持つコーティング４１の効果でデポジットの堆積を防止できる。添加剤である軽油の噴霧はメッシュ状に設置した小孔４０ｈから排気通路３１に供給される。
【００３４】
コーティング４１を形状が複雑な添加弁のホルダ１０(多くは鋳鉄やアルミニウム合金製の鋳物部品)ではなく、形状や構造が単純なガスケット４０に設けることが出来る為、製造が容易でコスト低減が可能となる。コーティング４１を保持するガスケット４０は、従来から存在するものであり、形状を変更するだけで、新たに設けられるものではない。その結果、新たな部材を追加することなく、コーティング４１を保持することができる。ガスケット４０は金属製でプレス成形によって製造できるので、ガスケット４０に設ける添加剤の通路（小孔４０ｈ）もプレス成形で容易に形成することが出来る。また、ガスケット４０はホルダ１０より安価で、分解時には交換が容易い部品の為、万一コーティング４１が剥がれたり、劣化したとしても、安価かつ容易に交換する事が可能になる。
【００３５】
噴霧通路１８，１１および添加弁２０の先端２１は水ジャケット１２によって冷却されるため温度の上昇を抑制できる。さらに、メッシュ状の小孔４０ｈが存在するため排気通路３１から噴霧通路１１へのＰＭの流入を減らすことができる。そのため、噴霧通路１１におけるＰＭの濃度が低いため、デポジットの堆積を防止できる。
【００３６】
副次的効果として、コーティング４１の機能にデポジット付着防止に加えてガスシール性向上効果も織り込むことで、ガスケット４０本来の機能であるホルダ１０と排気マニホールド３０間のガスシール性能をさらに向上できる。
【００３７】
図４は、実施の形態１の変形例に従った添加弁の保持構造１を示す図であり、ホルダ１０と排気マニホールド３０との接続部分周辺を示す図である。図４で示すように、ガスケット４０の上面にコーティング４９を設けてもよい。コーティング４９には、小孔４０ｈに対応する箇所に孔４９ｈが設けられている。
【００３８】
このようにコーティング４９をガスケット４０の上面に設けると、噴霧通路１１内でのガスケット４０上面にデポジットが堆積することを防止できる。
【００３９】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に従った添加弁の保持構造１を示す図であり、ホルダ１０と排気マニホールド３０との接続部分周辺を示す図である。図６は、図５中の矢印ＶＩで示す方向から見たコーティング４１の平面図である。
【００４０】
図５および図６で示すように、実施の形態２に従った添加弁の保持構造１では、小孔４０ｈはスリット形状とされている点において、実施の形態１と異なる。複数のスリット状の小孔４０ｈが、互いに平行に延びるように配置されている。複数の小孔４０ｈはルーバー形状とされている。複数の小孔４０ｈはガスケット４０を折り曲げることで形成される。ガスケット４０の一部分が折り曲げられて折り曲げ部４０ｓである。
【００４１】
小孔４０ｈの傾斜方向は、矢印３６で示す方向である。小孔４０ｈ内を排気通路３１から噴霧通路１１へ向かってガスが流れる方向が矢印３６で示す方向である。矢印３６で示す方向と矢印３５で示す排気ガスの流れる方向とは９０°以上の角度θをなす。そのため、矢印３５で示す排気ガスの流れが小孔４０ｈを通過して噴霧通路１１に到達する方向に流れにくくなり、排気ガスが噴霧通路１１へ入ることを防止できる。
【００４２】
添加剤（噴霧）が通過する小孔４０ｈをルーバー状の形状として、排気通路３１と噴霧通路１１の間にラビリンス状の障壁を設けることで、排気通路３１側から噴霧通路１１側に侵入する排気ガスの量をさらに低減出来る為、すす・温度・ＨＣのさらなる低減が出来、デポジットが生成・堆積する可能性をより低くすることができる。また、ガスケット４０は金属製でプレス成形によって製造できるので、ルーバー形状の小孔４０ｈもプレス成形で容易に形成することが出来る。
【００４３】
図７は、実施の形態２の変形例に従ったガスケット４０およびコーティング４１の断面図である。図８は、図７中の矢印ＶＩＩＩで示す方向から見たコーティング４１の平面図である。
【００４４】
変形例では、蓋形状の小孔４０ｈが設けられている点において、図５および図６で示す構造と異なる。小孔４０ｈは、ガスケット４０を折り返すことで形成される。折り曲げ部４０ｓが小孔４０ｈを構成している。図５および図６で示すルーバー形状の小孔４０ｈと比較して、蓋形状の小孔４０ｈは大きな孔となるので個数を減らすことができる。その結果、製造が容易となる。
【００４５】
添加剤（噴霧）が通過する小孔４０ｈ（通路）を蓋形状として、排気通路３１と噴霧通路１１の間にラビリンス状の障壁を設けることで、排気通路３１側から噴霧通路１１側に侵入する排気ガスの量をさらに低減出来る為、すす・温度・ＨＣのさらなる低減が出来、デポジットが生成・堆積する可能性をより低くすることができる。
【００４６】
また、ガスケット４０は金属製でプレス成形によって製造できるので、蓋形状の小孔４０ｈもプレス成形で容易に形成することが出来る。
【００４７】
なお、実施の形態２では折り曲げ部４０ｓが設けられる構成を採用したが、必ずしも折り曲げ部４０ｓが設けられなくてもよい。この場合には、ガスケット４０を打ち抜くことで小孔４０ｈを形成することができる。
【００４８】
（実施の形態３）
図９は、実施の形態３に従った添加弁の保持構造１を示す図である。図１０は、実施の形態３に従った添加弁の保持構造１を示す図であり、ホルダ１０と排気マニホールド３０との接続部分周辺を示す図である。図１１は、図１０中の矢印ＸＩで示す方向から見たコーティング４１の平面図である。
【００４９】
図９から図１１で示すように、ホルダ１０には、先端２１から噴射された添加剤を案内するための細径の噴霧通路１１が設けられている。噴霧通路１１とガスケット４０とがおおよそ交わる位置に噴霧が通過するための小孔４０ｈが設けられる。噴霧通路１１の径はほぼ一定である。
【００５０】
このような構造を採用することで、噴霧通路１１の径が小さいので、噴霧通路１１を水ジャケット１２で冷却しやすくなり、噴霧通路１１内にデポジットが堆積するのを防止できる。さらに噴霧通路１１が細いため排気通路３１から噴霧通路１１への排気の流れが少なくなるため、噴霧通路１１内にデポジットが堆積するのを防止できる。さらに、実施の形態１の効果を奏することができる。
【００５１】
図１２は、下方面にのみコーティング４１が設けられているガスケット４０の小孔４０ｈに堆積するデポジット４５を示す図である。小孔４０ｈ部分も少なくとも排気通路側にはコーティングが施されている為、デポジット４５は付着しない。仮に小孔４０ｈ部分にデポジット４５が堆積したとしても、コーティングが無い部分のみなので堆積厚さは最大でもガスケット４０の厚さ（０．５ｍｍ程度）にしかならない為、この程度の厚みのデポジット４５であれば添加剤の噴霧圧力で容易に吹き飛ばすことが出来る。
【００５２】
図１３は、上下面にコーティング４１が設けられているガスケット４０の小孔４０ｈに堆積するデポジット４５を示す図である。上記実施の形態に対して、デポジット付着防止のコーティング４１をガスケット４０上面側にも設けたことによって、デポジット４５がガスケット４０の上面側に付着する可能性も排除できる。図１２および図１３では、ガスケット４０の孔側面を除く表面のみにデポジットを防止する層としてのコーティング４１，４９が設けられている。
【００５３】
なお、コーティング４１を小孔４０ｈの内部にも設けることによって、小孔４０ｈ部分へのデポジット付着の可能性を完全に排除することも出来る。
【００５４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１  添加弁の保持構造、１０  ホルダ、１１  噴霧通路、１２  水ジャケット、２０  添加弁、２１  先端、３０  排気マニホールド、３１  排気通路、３２  ガスシール部、３３  出口部分、３５，３６  矢印、４０  ガスケット、４０ｈ，４１ｈ  小孔、４０ｓ  折り曲げ部、４１，４８，４９  コーティング。
【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】
2020204312.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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