JP7066990B2 - シリンダーヘッド、内燃機関及びガスケット - Google Patents

Description

本発明は、シリンダーヘッド、内燃機関及びガスケットに関する。

従来、シリンダーヘッド内にインジェクターが挿入される内燃機関において、シリンダーヘッドの熱がインジェクターに及ぼす影響を少なくするために、例えば、シリンダーヘッドとインジェクターとの間の熱移動が制限されている。

また、例えば、インジェクターとシリンダーヘッドとの間に、良好な熱伝導性を有するガスケットが設けられる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようにすることで、インジェクターの熱をシリンダーヘッドに伝達させやすくなり、インジェクターの過熱を抑制することができる。

実開昭５９－１１５８６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、内燃機関を稼働してすぐ停止する動作が行われると、インジェクターからシリンダーヘッドに過度に熱が奪われてしまい、インジェクターの表面温度が低下してしまう場合がある。そのため、インジェクターとシリンダーヘッドとの間に入り込んだガス中の水分がインジェクターの表面に付着して、結露が生じるおそれがある。インジェクターに結露が生じると、インジェクターが腐食してしまうおそれがある。

本発明の目的は、インジェクターの故障を抑制することが可能なシリンダーヘッド、内燃機関及びガスケットを提供することである。

本開示のシリンダーヘッドは、
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するインジェクターが挿入される挿入孔が形成される第１部分と、
前記挿入孔内で前記インジェクターおよび前記第１部分と熱的に接触する第２部分とを備え、
前記第２部分は、第１ガスケットと、前記インジェクターから前記第１部分へ熱が伝わる伝熱方向で前記第１ガスケットよりも前記第１部分側に配置され、熱抵抗が前記第１ガスケットの熱抵抗よりも大きい第２ガスケットとを有し、
前記第２ガスケットは、被補強部と、強度が前記被補強部よりも高い補強部とを有し、
前記補強部は、前記伝熱方向で前記被補強部を挟むように、前記伝熱方向で前記被補強部よりも前記インジェクター側に配置されるとともに、前記被補強部よりも前記第１部分側に配置され、
前記被補強部よりも前記第１部分側に配置される前記補強部は、折曲部を有し、前記折曲部の先端部は、前記インジェクター側から前記被補強部を覆うように前記伝熱方向に対して直交する方向であって、前記インジェクターの軸から離れる方向に折り曲げられている。

本開示の内燃機関は、
上記のシリンダーヘッドと、
前記挿入孔に挿入されるインジェクターと、
を備える。

本開示のガスケットは、
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するインジェクターが挿入される挿入孔がシリンダーヘッドに形成され、当該挿入孔内で前記インジェクターおよび前記シリンダーヘッドと熱的に接触するガスケットであって、
第１ガスケットと、
前記インジェクターから前記シリンダーヘッドへ熱が伝わる伝熱方向で前記第１ガスケットよりも前記シリンダーヘッド側に配置され、熱抵抗が前記第１ガスケットの熱抵抗よりも大きい第２ガスケットと、
を備え、
前記第２ガスケットは、被補強部と、強度が前記被補強部よりも高い補強部とを有し、
前記補強部は、前記伝熱方向で前記被補強部を挟むように、前記伝熱方向で前記被補強部よりも前記インジェクター側に配置されるとともに、前記被補強部よりも前記シリンダーヘッドにおける前記挿入孔が形成される第１部分側に配置され、
前記被補強部よりも前記第１部分側に配置される前記補強部は、折曲部を有し、前記折曲部の先端部は、前記インジェクター側から前記被補強部を覆うように前記伝熱方向に対して直交する方向であって、前記インジェクターの軸から離れる方向に折り曲げられている。

本発明によれば、インジェクターの故障を抑制することができる。

本実施の形態に係る内燃機関を示す図である。 変形例１に係るガスケットを示す図である。 変形例２に係るガスケットを示す図である。 変形例３に係るガスケットを示す図である。 変形例４に係るガスケットを示す図である。 変形例５に係るガスケットを示す図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関１を示す図である。なお、図１から図６には、Ｘ軸及びＹ軸が描かれている。以下の説明では、図１における上下方向を「Ｘ方向」といい、また、図１における左右方向を「Ｙ方向」という。

図１に示すように、内燃機関１は、車両に搭載される、例えば、ディーゼルエンジンであり、シリンダーヘッド１０と、インジェクター２０とを有する。

シリンダーヘッド１０は、インジェクター２０が挿入される挿入孔１１が形成される第１部分１２と、挿入孔１１内でインジェクター２０を支持するガスケット３０（本発明の「第２部分」に対応）とを有する。挿入孔１１は、内燃機関１の燃焼室２に開口するように形成されている。

ガスケット３０は、第１部分１２と直接接触することで、第１部分１２と熱的に接触する。第１部分１２およびガスケット３０の材料については後述する。

インジェクター２０は、燃焼室２に燃料を噴射するものである。図１に示すようにインジェクター２０はＸ方向に沿って延在している。インジェクター２０は、筒状の本体部２１と、本体部２１の径よりも径が小さい先端部２２とを有する。

シリンダーヘッド１０における挿入孔１１は、大径部１１Ａと、小径部１１Ｂとで構成される。大径部１１Ａは、インジェクター２０の本体部２１が挿入される部分であり、小径部１１Ｂは、インジェクター２０の先端部２２が挿入される部分である。小径部１１Ｂの内径は、大径部１１Ａの内径よりも小さい。

ガスケット３０は、大径部１１Ａと小径部１１Ｂとの境界部分である大径部１１Ａの下端部分に設けられており、インジェクター２０の先端部２２が嵌め込み可能な環状に形成されている。

ガスケット３０は、インジェクター２０および第１部分１２と熱的に接触する。具体的には、ガスケット３０の上面には、インジェクター２０の本体部２１の下端部分、つまり、本体部２１における先端部２２よりも外側の部分が配置される。これにより、ガスケット３０は、インジェクター２０と熱的に接触する。

ガスケット３０は、インジェクター２０と第１部分１２との間に挟持されることにより、シリンダーヘッド１０とインジェクター２０との間を塞ぐように配置される。これにより、シリンダーヘッド１０とインジェクター２０との間からガス等が漏れることが防止される。

ガスケット３０は、第１ガスケット３０Ａおよび第２ガスケット３０Ｂを有している。

第１ガスケット３０Ａは、例えば銅等で構成されている。第１ガスケット３０Ａを銅等で構成することで、熱抵抗が比較的低くなる。これにより、内燃機関１の稼働に伴い、インジェクター２０が過熱した場合、インジェクター２０の熱が、第１ガスケット３０Ａに伝達されやすくなる。

第１ガスケット３０Ａは、第１部分１２と熱的に接触するため、インジェクター２０の熱は、第１ガスケット３０Ａを介して第１部分１２に伝達される。すなわち、インジェクター２０の熱が第１部分１２側に逃がされるようになっている。本実施の形態では、図１に破線で示す方向（Ｘ方向）が、インジェクター２０の熱が第１部分１２側へ伝わる伝熱方向である。

ところで、内燃機関１を稼働した際、インジェクター２０からシリンダーヘッド１０に過度に熱が奪われる現象が発生する場合がある。この現象は、例えば、車両が長期間放置されるようなときにバッテリーを充電するために、内燃機関１を比較的少ない時間稼働した後、停止するようなことが行われた場合に発生する。

このような場合、インジェクター２０が冷却される、つまり、インジェクター２０の表面温度が低下してしまうので、例えば、シリンダーヘッド１０とインジェクター２０との隙間に入り込んだガス中の水分に起因して結露が発生してしまうおそれがある。このような結露が発生した状態で、車両が長期間放置されると、インジェクター２０における結露が発生した部分が腐食してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、図１に示すように、第２ガスケット３０Ｂが伝熱方向（Ｘ方向）で第１ガスケット３０Ａよりも第１部分１２側に配置されている。また、第２ガスケット３０Ｂの熱抵抗が、第１ガスケット３０Ａの熱抵抗よりも大きい。

これにより、インジェクター２０から第１部分１２へ熱が伝達されにくくなるので、インジェクター２０の過冷却に起因する結露の発生を抑制することができ、ひいてはインジェクター２０において腐食が発生することを抑制することができる。

第１部分１２を構成する材料は、例えば、アルミニウムである。

第２ガスケット３０Ｂを構成する材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。

アルミニウムは、比較的軽量であるので、例えば、トラックのような荷物を積む車両において、シリンダーヘッド１０の第１部分１２として用いる場合、より多くの荷物を車両に積むことが可能となる。

また、第１部分１２をアルミニウムで構成する場合、アルミニウムは一般的に熱抵抗が小さいので、良好な熱伝導性を有する。そのため、インジェクター２０からガスケット３０等を介した伝熱性能を向上させる。しかし、伝熱性能が良好であるため、内燃機関１を比較的少ない時間稼働した後、停止するようなことをした場合のようなとき、逆にインジェクター２０を過冷却しやすくしてしまう。

そのため、第２ガスケット３０Ｂを第１ガスケット３０Ａよりも熱抵抗が高い材料であるＰＴＦＥで構成する。第２ガスケット３０Ｂの厚さは、熱抵抗の設定値（目標値）に応じて定められる。

＜本実施の形態の効果＞
上記実施の形態に係るシリンダーヘッド１０によれば、内燃機関１の燃焼室２に燃料を噴射するインジェクター２０が挿入される挿入孔１１が形成される第１部分１２と、挿入孔１１内でインジェクター２０および第１部分１２と熱的に接触するガスケット３０とを備え、ガスケット３０は、第１ガスケット３０Ａと、インジェクター２０から第１部分１２へ熱が伝わる伝熱方向（Ｘ方向）で第１ガスケット３０Ａよりも第１部分１２側に配置され、熱抵抗が第１ガスケット３０Ａの熱抵抗よりも大きい第２ガスケット３０Ｂとを有する。これにより、インジェクター２０から第１部分１２へ熱が伝わりにくくなるため、インジェクター２０の熱がシリンダーヘッド１０に過度に奪われることを抑制し、ひいてはインジェクター２０が腐食することを抑制することができる。

また、ＰＴＦＥにより構成された第２ガスケット３０Ｂが用いられているため、ガスケット３０の耐食性を高めることができる。

＜本実施の形態の変形例＞
次に、図２から図６を参照して本実施の形態の変形例について説明する。なお、変形例の説明において、上記実施の形態と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

（変形例１）
先ず、変形例１について図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態の変形例１に係るガスケット３０の部分拡大図である。

上記実施の形態では、図１に示すように、第１ガスケット３０Ａの断面形状が矩形のものを例示する。

これに対し、変形例１に係る第１ガスケット３０Ｃは、図２に示すように、上面および下面に凸部３１を有する断面形状のものである。この場合において、第２ガスケット３０Ｂは、第１ガスケット３０Ａの形状に合わせた形状としてもよい。

（変形例２）
次に、変形例２について図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態の変形例２に係るガスケット３０の部分拡大図である。

上記変形例１に係る第２ガスケット３０Ｂは、ＰＴＦＥにより構成されている。ＰＴＦＥは、高い断熱性能を備えているが、内燃機関の燃焼室近傍で使うには、以下の欠点がある。

１）高い圧力下での使用に耐えることが困難である。
２）高い接触面圧に耐えることが困難である。
３）高温での耐クリープ性が低い。

そこで、変形例２に係る第２ガスケット３０Ｄは、被補強部３２と、被補強部３２を伝熱方向（Ｘ方向）で挟むように配置される補強部３３，３４とを有している。補強部３３は、伝熱方向で被補強部３２よりもインジェクター２０側に配置される。補強部３４は、伝熱方向で被補強部３２よりも第１部分１２側に配置される。

被補強部３２を構成する材料は、例えばＰＴＦＥである。補強部３３，３４を構成する材料は、例えばＳＵＳである。被補強部３２の厚さは、熱抵抗の設定値（目標値）に応じて定められる。また、補強部３３，３４の厚さは、熱抵抗、強度、耐熱性などの各設定値に応じて定められる。

ＰＴＦＥの断熱性能がＳＵＳの断熱性能よりも高いため、変形例２に係る第２ガスケット３０Ｄの断熱性能を、例えばＳＵＳにより全体が構成されたガスケットの断熱性能に比較して高くすることができる。また、強度が被補強部３２の強度よりも高く、かつ、耐熱性が被補強部２３の耐熱性よりも高い補強部３３，３４を配置することにより、上記１）から３）の欠点を補うことができる。さらに、ＳＵＳにより構成される補強部３４が被補強部３２をガスの流入方向（図３に白抜きの矢印で示す方向）から覆うように配置されることにより、流入するガスに被補強部２が直接暴露されることを防止することができる。

なお、上記の変形例２で、被補強部３２を伝熱方向（Ｘ方向）で挟むように補強部３３，３４が配置されるが、本発明はこれに限らず、例えば、伝熱方向で被補強部３２よりもインジェクター２０側のみに補強部３３が配置されていればよい。これによっても、上記１）から３）の欠点を補うことができる。

（変形例３）
次に、変形例３について図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態の変形例３に係るガスケット３０の部分拡大図である。図４にガスの流入方向を白抜きの矢印で示す。

変形例３に係る第２ガスケット３０Ｅでは、補強部３５が伝熱方向（Ｘ方向）に対して直交する方向（Ｙ方向）から被補強部３２を覆うように配置されている。本変形例３は、補強部３５はインジェクター２０側から被補強部３２を覆うように配置されている。補強部３５を構成する材料は、例えばＳＵＳである。なお、補強部３５を補強部３３及び補強部３４の少なくとも一方と一体に成形してもよい。

耐熱性の高い補強部３５により、被補強部３２が覆われるため、高温での耐クリープ性が低い被補強部３２の欠点を補うことができる。また、ＳＵＳにより構成される補強部３５が被補強部３２を覆うことにより、インジェクター２０の先端部２２と補強部３５との間のわずかな隙間（図示略）から流入するガスに被補強部３２が直接暴露されることを防止することができる。

なお、強度が被補強部３２の強度よりも高く、かつ、耐熱性が被補強部３２よりも高い補強部で、被補強部３２を包むようにしてもよい。また、ガスに直接暴露される被補強部３２の部分を補強部で覆うようにしてもよい。

（変形例４）
次に、変形例４について図５を参照して説明する。図５は、本実施の形態の変形例４に係るガスケット３０の部分拡大図である。

変形例４に係る第２ガスケット３０Ｆでは、補強部３５Ａの先端部３５１がインジェクター２０の軸から離れる方向に折り曲げられている。先端部３５１は、補強部３４とで、被補強部３２および補強部３３を挟み込むように配置されている。

変形例４に係るガスケット３０によれば、例えば、ガスが先端部３５１と補強部３３との間の隙間から流入し、被補強部３２に達するまでの経路が長くなるため、ガスが被補強部３２へ流入することをより防止することができる。

（変形例５）
次に、変形例５について図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態の変形例５に係るガスケット３０の部分拡大図である。

変形例５に係る第２ガスケット３０Ｇでは、被補強部３２Ａの内径が上記実施の形態や変形例に係る被補強部３２の内径よりも大きい。補強部３３Ａの内径部（インジェクター２０側の端部）は、段差部３３１を有している。段差部３３１は、被補強部３２Ａの内径部に嵌め込まれ、補強部３４に当接している。補強部３５Ｂの先端部３５２は、補強部３４とで、段差部３３１を挟み込むように配置されている。

変形例５に係るガスケット３０によれば、先端部３５２と補強部３４とで段差部３３１を挟み込む際に、被補強部３２Ａに圧力がかからない。この点から被補強部３２Ａを保護することができる。また、第２ガスケット３０Ｇの総板厚が上記変形例４に係る第２ガスケット３０Ｆの総板厚よりも減少する。このため、第２ガスケット３０Ｇを設計する場合に、第２ガスケット３０Ｇの周辺部品による制約を回避することができ、設計上有利となる。また、例えば、ガスが先端部３５２と補強部３３Ａとの間の隙間から流入し、被補強部３２Ａに達するまでの経路がさらに長くなるため、ガスが被補強部３２Ａへ流入することをさらに防止することができる。

上記実施の形態において、第２ガスケット３０Ｂの厚さを変えると、ガスケット３０の熱抵抗が変わるので、シリンダーヘッド１０とインジェクター２０との間の熱抵抗を所望の値に調整することができる。

また、第１ガスケット３０Ａの厚さと第２ガスケット３０Ｂとの厚さとの比を調整することにより、シリンダーヘッド１０とインジェクター２０との間の熱抵抗の値を調整してもよい。

また、上記実施の形態では、ガスケット３０が大径部１１Ａと小径部１１Ｂとの境界部分に位置していたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガスケット３０が大径部１１Ａまたは小径部１１Ｂを形成する壁に位置する構成であってもよい。この場合、当該壁と熱的に接触するガスケット３０により、インジェクター２０の外周面を挟持するような構成とすればよい。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示のシリンダーヘッド及びガスケットは、インジェクターの故障を抑制することが要求される内燃機関として有用である。

１ 内燃機関
２ 燃焼室
１０ シリンダーヘッド
１１ 挿入孔
１１Ａ 大径部
１１Ｂ 小径部
１２ 第１部分
２０ インジェクター
２１ 本体部
２２ 先端部
３０ ガスケット
３０Ａ，３０Ｃ 第１ガスケット
３０Ｂ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇ 第２ガスケット
３２，３２Ａ 被補強部
３３，３３Ａ，３４，３５，３５Ａ，３５Ｂ 補強部
３３１ 段差部
３５１，３５２ 先端部

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するインジェクターが挿入される挿入孔が形成される第１部分と、
   前記挿入孔内で前記インジェクターおよび前記第１部分と熱的に接触する第２部分とを備え、
   前記第２部分は、第１ガスケットと、前記インジェクターから前記第１部分へ熱が伝わる伝熱方向で前記第１ガスケットよりも前記第１部分側に配置され、熱抵抗が前記第１ガスケットの熱抵抗よりも大きい第２ガスケットとを有し、
   前記第２ガスケットは、被補強部と、強度が前記被補強部よりも高い補強部とを有し、
   前記補強部は、前記伝熱方向で前記被補強部を挟むように、前記伝熱方向で前記被補強部よりも前記インジェクター側に配置されるとともに、前記被補強部よりも前記第１部分側に配置され、
   前記被補強部よりも前記第１部分側に配置される前記補強部は、折曲部を有し、前記折曲部の先端部は、前記インジェクター側から前記被補強部を覆うように前記伝熱方向に対して直交する方向であって、前記インジェクターの軸から離れる方向に折り曲げられている、シリンダーヘッド。
2. 前記第２ガスケットの耐食性は、前記第１ガスケットの耐食性よりも高い、請求項１に記載のシリンダーヘッド。
3. 前記補強部の耐熱性は、前記被補強部の耐熱性よりも高い、請求項１または２に記載のシリンダーヘッド。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のシリンダーヘッドと、
   前記挿入孔に挿入されるインジェクターと、
   を備える、内燃機関。
5. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するインジェクターが挿入される挿入孔がシリンダーヘッドに形成され、当該挿入孔内で前記インジェクターおよび前記シリンダーヘッドと熱的に接触するガスケットであって、
   第１ガスケットと、
   前記インジェクターから前記シリンダーヘッドへ熱が伝わる伝熱方向で前記第１ガスケットよりも前記シリンダーヘッド側に配置され、熱抵抗が前記第１ガスケットの熱抵抗よりも大きい第２ガスケットと、
   を備え、
   前記第２ガスケットは、被補強部と、強度が前記被補強部よりも高い補強部とを有し、
   前記補強部は、前記伝熱方向で前記被補強部を挟むように、前記伝熱方向で前記被補強部よりも前記インジェクター側に配置されるとともに、前記被補強部よりも前記シリンダーヘッドにおける前記挿入孔が形成される第１部分側に配置され、
   前記被補強部よりも前記第１部分側に配置される前記補強部は、折曲部を有し、前記折曲部の先端部は、前記インジェクター側から前記被補強部を覆うように前記伝熱方向に対して直交する方向であって、前記インジェクターの軸から離れる方向に折り曲げられている、ガスケット。

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