JP2008202503A - 燃料インジェクタ用ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程数が増加することを回避できるとともに、燃料噴射弁の振動に対する振動低減効果をより向上させることができる燃料インジェクタ用ガスケットを提供することにある。
【解決手段】インジェクタ１の先端に形成されたノズル７には円環状のガスケット８が嵌め込まれている。そして、ガスケット８は、シリンダヘッド４とインジェクタ１との間に挟まれた状態においてシリンダヘッド４とインジェクタ１とをシールするために使用される。ガスケット８にはシール部１０と、シール部１０の内側に形成された内側テーパ部１２と、シール部１０の外側に形成された外側テーパ部１３とが形成されている。ガスケット８は単一材料としての鉄系の金属材料によって形成されるとともに、外周面１４には無端状で、かつ外周に沿って一周する周溝１５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料インジェクタ用ガスケットに関する。

一般的に、自動車に搭載されるエンジンでは、運転中に発生する騒音を低減することが望まれている。そして、これまでにエンジンから騒音が発生する原因の一つとしては、燃料インジェクタから燃料を噴射する際に内部のニードルが上下動することによって燃料インジェクタが振動することにあることが知られている。すなわち、ニードルの振動に伴って燃料インジェクタが振動すると、燃料インジェクタがシリンダヘッドと衝突し、その衝撃音（着座音）が騒音源となるのである。そこで、従来、内燃機関から発生する騒音を低減するために、燃料インジェクタから発生する振動に対する制振性能を有した燃料インジェクタ用ガスケットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された燃料インジェクタ用ガスケットは、金網の空隙をゴムで充填することで作製された複合材料シートから構成され、燃料インジェクタが振動することで高面圧が作用すると燃料インジェクタ用ガスケットは圧縮・復元を繰り返し行う。この時、この燃料インジェクタ用ガスケットでは、金網を構成する金属線材が空隙を充填しているゴムの弾性により拘束されることで金網構造は維持され、なおかつ、ゴムの変形は金網によって拘束される。
特開２００６−７１０２３号公報

ところが、特許文献１に記載された燃料インジェクタ用ガスケットは、ゴムと金網とが一体に構成された複合材料シートからなるため、金網にゴム溶液を含浸させる工程とゴムの加熱加硫及び混合シートの加熱圧縮成形を行う工程とを行わなければ製造することはできない。そのため、特許文献１に記載された燃料インジェクタ用ガスケットを製造するには工程を余分に行う必要があるため、製造容易性という観点からは見た場合には不利であった。

また、特許文献１に記載された燃料インジェクタ用ガスケットでは、燃料インジェクタが燃料噴射を行う際に高温状態の燃料インジェクタからガスケットに衝撃が加えられる。この時、燃料インジェクタ用ガスケットでは、衝撃が加えられる部位の材料にゴムが用いられているため衝撃によって劣化が進行し易い。したがって、この燃料インジェクタ用ガスケットでは耐久性が劣る。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造工程数が増加することを回避できるとともに、インジェクタの振動に対する振動低減効果を向上させることができる燃料インジェクタ用ガスケットを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、インジェクタとシリンダヘッド又は吸気管との間に挟まれて、前記インジェクタと前記シリンダヘッド又は前記吸気管との間をシールする燃料インジェクタ用ガスケットにおいて、単一材料で形成され、シール面より外側に位置するように無端状の溝が形成されていることを要旨とする。

この発明では、ガスケットはインジェクタとシリンダヘッド又は吸気管との間に挟まれて使用される。ガスケットはインジェクタから燃料噴射が行われると振動する。この時、ガスケットの外周端部は溝が形成されていないガスケットの外周端部に比べて大きい振幅で振動することができるため、振動を伝えるガスケットの損失係数は大きくなり内部減衰も大きくなる。したがって、溝が形成されているガスケットの振動低減効果は、溝が形成されていないガスケットに比べて向上し、ガスケットからシリンダヘッド又は吸気管に伝達される振動を低減することができる。

また、ガスケットは単一材料で形成されているため、成形して無端状の溝を設けるだけでガスケットを作製することができる。したがって、複合材料からガスケットを構成する場合のように複数の材料を一体に成形する工程を行う必要がないため、複合材料からなるガスケットに比べて作製工数を省くことができる。

なお、「損失係数」とは、材料が変形する際に材料がどのくらいエネルギーを吸収するか（熱に変える）を示めす値である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、金属材料から形成されていることを要旨とする。

この発明では、金属から形成されているため、例えば、ゴムと金属線材とからなる複合材料によって形成されたガスケットに比べ、高い伝熱性を得ることができる。
また、金属はゴムに比較して耐熱性に優れるため、高温でガスケットに衝撃が加えられてもガスケットの劣化は進行し難く耐久性が向上する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記溝はシール面と平行な面のうち少なくとも一の面に設けられていることを要旨とする。
この発明では、シール面と直交する方向である軸方向におけるガスケットの肉厚は溝と対応する部分では薄肉となるため、溝と対応する部位は振動し易くなる。したがって、ガスケットに振動が加えられた時に溝と対応する部位及び溝より外側の部位は振動することができ、ガスケットの振動低減効果を向上させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の発明において、前記溝が外周面に設けられていることを要旨とする。
この発明では、溝を間に挟む部位は薄肉となり振動し易くなるため、燃料噴射弁から燃料噴射が行われると、薄肉の部位は振動しガスケットの振動低減効果を向上させることができる。

本発明によれば、製造工程数が増加することを回避できるとともに、燃料噴射弁の振動に対する振動低減効果を向上させることができる。

以下、本発明を、自動車用エンジンのシリンダヘッドとシリンダヘッドに取り付けられるインジェクタとの間をシールするガスケットに具体化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

図１に示すように、インジェクタ１は、エンジンの燃焼室２への燃料添加を行うために用いられる。インジェクタ１は、クランプ３を貫通してエンジンを構成するシリンダヘッド４にねじ込まれているボルト５が締め付けられるとクランプ３によってシリンダヘッド４側に押さえられ、シリンダヘッド４に取り付けられている。

インジェクタ１は、ボルト５の締め付け時にクランプ３からの押圧力を受ける本体６と、インジェクタ１の先端に形成されたノズル７とを備えている。このノズル７には図示しない燃料の噴孔が形成されるとともに、その外周に円環状のガスケット８が嵌め込まれる。

ガスケット８は単一材料で形成され、この実施形態では鉄系の金属材料によって形成されている。ガスケット８の内径Ｄ１は、内周面９がノズル７と接する大きさに形成され、かつ、その外径Ｄ２は本体６の外径よりも小さくなるように形成されている。

また、ガスケット８は、シリンダヘッド４とインジェクタ１との間に挟まれた状態においてシリンダヘッド４及びインジェクタ１と当接するシール部１０を備えている。シール部１０には、シリンダヘッド４及びインジェクタ１と密接するシール面１１が設けられている。そして、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、シール部１０は、その肉厚Ｓ１（シリンダヘッド側のシール面１１とインジェクタ側のシール面１１との間の距離）が３ｍｍに設定されている。

そして、シール部１０の内側にはシール部１０から内周側に向うにつれて肉厚が薄くなる内側テーパ部１２が形成されている。また、シール部１０の外側には勾配が内側テーパ部１２より小さく、かつ、肉厚がシール部１０から外周側に向うにつれて徐々に薄くなる外側テーパ部１３が形成されている。ガスケット８の外周面１４には無端状で、かつ外周に沿って一周する周溝１５が形成されている。なお、周溝１５は、例えばワイヤ加工によってガスケット８の外周端部の一部が除去されることで形成される。

周溝１５はガスケット８の軸方向中央に位置するとともに、その形状が径方向断面長方形状に形成され、周溝１５を構成する底部１６がシール部１０より外側に位置するように形成されている。なお周溝１５は、具体的にはその深さＴ１が０．５ｍｍとなるように形成されている。そして、ガスケット８には外周面１４に周溝１５が設けられることで、周溝１５を間に挟んで軸方向における両側（図２（ｂ）の上下両側）に位置し、かつ、シール部１０の肉厚Ｓ１より幅が小さい外周端部１７が二つ設けられている。

外周端部１７はその基端の幅Ｈが約０．６ｍｍに設定されるとともに、ガスケット８に振動が加えられた時における外周端部１７の最大振幅をＩとした場合に二つの外周端部１７間の距離Ｔ２は少なくともＩ／２より長くなるように形成されている。具体的には、距離Ｔ２は０．５ｍｍに設定されている。

次に、インジェクタ１とシリンダヘッド４とによって挟まれて使用されるガスケット８の作用について説明する。
インジェクタ１がシリンダヘッド４に取り付けられた時、図３に示すように、ノズル７はシリンダヘッド４の孔１８に挿入され、ガスケット８は本体６とシリンダヘッド４とに挟まれて両者の間をシールする。この状態でエンジンが運転されるとインジェクタ１は燃料噴射を行うために内部の図示しないニードルを上下させるためインジェクタ１は振動し、その振動がガスケット８に伝えられる。ガスケット８に振動が伝えられると、外周端部１７は自由端の状態となっているためガスケット８の軸方向において自由に振動する。二つの外周端部１７がそれぞれガスケット８の軸方向において振動することで、ガスケット８はインジェクタ１から発生した振動を吸収することができ、シリンダヘッド４に伝わる振動はガスケット８を介することで低減される。この時、二つの外周端部１７は溝が形成されていないガスケットの外周端部に比べて大きい振幅で振動できるためガスケット８の損失係数は大きくなり内部減衰も大きくなる。したがって、インジェクタ１から生じた振動に対する振動低減効果は向上し、インジェクタ１からシリンダヘッド４に伝わる振動をより低減することができるとともにエンジンから発生する騒音をより小さくすることができる。なお、「損失係数」とは、材料が変形する際に材料がどのくらいエネルギーを吸収するか（熱に変える）を示めす値である。

ここで、前記したガスケット８が発揮する振動低減効果を評価するために、次のような実験を行った。この実験では、シリンダブロックの代わりとして固定治具を準備し、固定治具上にシリンダヘッド４を取り付け、インジェクタ１とシリンダヘッド４との間にガスケットを挟ませたうえでシリンダヘッド４にインジェクタ１を取り付けた。なお、インジェクタ１は、実機に取り付ける場合と同様に、クランプ３でインジェクタ１をシリンダヘッド４側に押さえつけさせることで取り付けた。インジェクタ１がクランプ３によってシリンダヘッド４側に押さえつけられる時の力は、クランプ３を貫通してシリンダヘッド４にねじ込まれているボルト５を締め付ける時のトルクによって設定され、この実験では、ボルト５を２５［Ｎ・ｍ］の締付けトルクで締め付けた。そして、加振器によってインジェクタ１のノズル７部分に加振力約９８Ｎ（１０ｋｇｆ）を加え、その時にガスケット８を介してシリンダヘッド４に加えられた力と加速度とをシリンダヘッド４に取付られたインピーダンスヘッドによって計測した。次に、得られた計測結果とｄＢ＝２０ｌｏｇ（Ｙ／Ｘ）という算出式を用いてデシベル値[ｄＢ]を算出した。なお、Ｘは、インジェクタに加えた加振力であり、Ｙは、インピーダンスヘッドによって測定した力と加速度とを基にして算出した加振力である。この実験では、鉄系の金属から構成され、内径Ｄ１が１０ｍｍ、外径Ｄ２が２０ｍｍのガスケットを実施例として採用して前記した実験を行った。その実験結果を図４に実線で示す。また、実施例のガスケットと同じ材質である鉄系の金属から構成され、周溝１５が形成されていないガスケットを比較例として採用して前記した実験を行った。その実験結果を図４に２点鎖線で示す。

また、周溝１５が設けられたガスケット８の場合において、２〜３ｋＨｚにおけるデシベル値、３〜４ｋＨｚにおけるデシベル値及び２〜４ｋＨｚのデシベル値をそれぞれ平均した平均値を表１に示す。また、同様に、周溝１５が設けられていないガスケットの場合において、２〜３ｋＨｚにおけるデシベル値、３〜４ｋＨｚにおけるデシベル値及び２〜４ｋＨｚのデシベル値をそれぞれ平均した平均値を表１に示す。

表１より、実施例のガスケットは、２〜３ｋＨｚの振動に対する振動低減効果が比較例のガスケットに比べて１．０ｄＢ優れ、３〜４ｋＨｚの振動に対する振動低減効果が比較例のガスケットに比べて２．０ｄＢ優れていることがわかった。したがって、実施例のガスケットは２〜３ｋＨｚの振動に比べて３〜４ｋＨｚの振動に対してより効果があることがわかった。また、表１より、実施例のガスケットにおいては、２〜４ｋＨｚの振動に対する振動低減効果が比較例のガスケットに比べて１．６ｄＢ優れていることがわかった。

この実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）外周面１４には、無端状で、一周するように延びる周溝１５が形成されているため、ガスケット８の外周端部１７は振動し易くなる。したがって、ガスケット８の振動低減効果をより向上させることができ、エンジンの運転時にシリンダヘッド４に伝達される振動を周溝が形成されていないガスケットを用いる場合に比べてより低減することができる。

（２）ガスケット８は単一材料としての鉄系の金属材料から形成されている。したがって、複数の材料を一体に成形する工程を行う必要がないため、例えば、ゴムと金網とが一体に構成された複合材料からガスケットを形成する場合に比べて少ない工程数で製造することができる。

（３）ガスケット８は、金属材料によって形成されている。したがって、例えば、ゴムと金属線材とからなる複合材料によって構成されたガスケット８に比べて、高い伝熱性を得ることができる。また、ガスケット８を金属材料から構成すれば、ゴムと金属線材とからなる複合材料によって構成されたガスケットに比べ高い耐熱性を得ることができる。

（４）衝撃が加えられる部位の材料にゴムが用いられたガスケットの場合には、高温状態のインジェクタ１から衝撃が加えられることによって劣化が進行してシール性・衝撃吸収性が低下し、十分な機能を発揮することができなくなるおそれが高い。しかし、ガスケット８を金属材料から構成すれば、高温状態のインジェクタ１からガスケット８に衝撃が加えられても、ガスケット８は耐熱性に優れているため劣化は進行し難く、ガスケット８の耐久性が向上する。

（５）外周面１４に周溝１５が設けられることで二つの外周端部１７が形成されている。したがって、二つの外周端部１７それぞれで振動エネルギーを吸収することができ、インジェクタ１の振動低減効果をより向上させることができる。

（６）ガスケット８を構成する金属材料は鉄系である。したがって、例えば、ガスケット８を銅材料から構成する場合に比べて、安価に製造することができる。
（７）ガスケット８には外側テーパ部１３が設けられ、ガスケット８がシリンダヘッド４とインジェクタ１とによって挟まれた状態において、シリンダヘッド４と外周端部１７との間及びインジェクタ１と外周端部１７との間には空隙が形成される。したがって、外周端部１７は振動する時にインジェクタ１やシリンダヘッド４と当たることは回避されるため、よりインジェクタ側及びシリンダヘッド側に振動し易くなる。

実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 周溝１５を設ける部位を変更してもよい。例えば、ガスケットが平板形状の場合に、ガスケットの軸方向と直交する面のうちインジェクタ側の面のシール面１１より外側に溝を設けてもよい。なお、この構成のガスケットは、溝より外側の部分はインジェクタ１及びシリンダヘッド４に当接しない状態で使用される。また、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガスケット１９のシール面と平行な面のうちインジェクタ側の面２０及びシリンダヘッド側の面２１の両方にシール面１９ａより外側となるように溝２２を設けてもよい。この場合、ガスケット１９には溝２２と対応する部分に薄肉部２３が形成されるため、薄肉部２３及び外周端部２４（溝２２より外側の部位）は振動し易くなり、ガスケット１９に振動が加えられた時には、薄肉部２３及び外周端部２４（溝２２より外側の部位）が振動することでインジェクタ１の振動低減効果を向上させることができる。また、外側及び内側にテーパ部が形成されているガスケットにおいて、そのガスケットのシール面より外側に溝を設けるように構成してもよい。

○ 図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、外周端部１７にガスケット８の軸方向に沿って延びる縦溝２５を複数設けてもよい。この場合、縦溝２５は周方向に沿って等間隔に設けられ、なおかつ、ガスケット８のシール性が損なわれないようにインジェクタ側の外周端部１７にのみ設けられる。

○ 周溝１５の形状を変更してもよい。例えば、軸方向において幅が変わる断面段付状の溝となるように、図７に示すように、ガスケット８に第１周溝２６と、第１周溝２６より幅が大きい第２周溝２７とを設けてもよい。また、周溝１５の形状を断面楔形状に変更してもよい。

○ ガスケット８を構成する材料を変更してもよい。例えば、銅材料によってガスケット８を構成してもよい。また、金属材料で構成する代わりに、セラミック材料でガスケット８を構成してもよい。

○ ガスケット８の形状を変更してもよい。例えば、ガスケットの形状を平板状に形成してもよいし、平面視楕円形状や平面視多角形状に形成してもよい。
○ ガスケット８をシリンダヘッド４に取り付けられるインジェクタ１に用いる代わりに、吸気管に取り付けられるインジェクタ１に用いてもよい。この場合、インジェクタ１のノズル７を吸気管の穴に挿入した状態でインジェクタ１を吸気管に取り付けた時、ガスケットはインジェクタ１と吸気管との間に挟まれて使用される。

○ 自動車用エンジンのシリンダヘッドとインジェクタとの間に本発明のガスケットを設ける代わりに、鉄道車用エンジンのシリンダヘッドとインジェクタとの間や、発電機用エンジンのシリンダヘッドとインジェクタとの間に本発明のガスケットを設けてもよい。

本実施形態のガスケットが適用されるインジェクタのエンジンへの取付構造を示す断面図。 （ａ）はガスケットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のガスケットのＡ−Ａ方向断面図。 ガスケットがインジェクタとシリンダヘッドとに挟まれた状態を示す拡大断面図。 ガスケットに加えられる振動の周波数とデシベルとの関係を示すグラフ。 （ａ）は別の実施形態におけるガスケットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のガスケットのＢ−Ｂ方向断面図。 （ａ）は別の実施形態におけるガスケットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のガスケットの縦溝が設けられている部分における断面図。 別の実施形態におけるガスケットの部分側断面図。

符号の説明

１…インジェクタ、４…シリンダヘッド、７…ノズル、８…ガスケット、１１…シール面、１３…外側テーパ部、１４…外周面、１５…周溝、１７…外周端部、１９…ガスケット、２０…インジェクタ側の面、２１…シリンダヘッド側の面、２２…溝。

Claims (4)

1. インジェクタとシリンダヘッド又は吸気管との間に挟まれて、前記インジェクタと前記シリンダヘッド又は前記吸気管との間をシールする燃料インジェクタ用ガスケットにおいて、
   単一材料で形成され、シール面より外側に位置するように無端状の溝が形成されている燃料インジェクタ用ガスケット。
2. 金属材料から形成されている請求項１に記載の燃料インジェクタ用ガスケット。
3. 前記溝はシール面と平行な面のうち少なくとも一の面に設けられている請求項１又は請求項２に記載の燃料インジェクタ用ガスケット。
4. 前記溝が外周面に設けられている請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の燃料インジェクタ用ガスケット。

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