JP2014222035A

JP2014222035A - 内燃機関の燃料噴射装置

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Publication number: JP2014222035A
Application number: JP2013101393A
Authority: JP
Inventors: 直希竹内; Naoki Takeuchi; 雄介伯耆; Yusuke Hoki; 和大杉本; Kazuhiro Sugimoto; 享加藤; Toru Kato; 洋孝齋藤; Hirotaka Saito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: JP5928407B2

Abstract

【課題】インジェクタの過熱を抑制することができるとともにインジェクタへの結露の発生も抑制することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関の燃料噴射装置（６０）は、内燃機関（５）のシリンダヘッド（２０）に配置されたインジェクタ（７０）と、インジェクタとシリンダヘッドとによって挟持されたガスケット（９０）と、を備え、ガスケットのシリンダヘッドに接する面（９１）およびガスケットのインジェクタに接する面（９２）の少なくとも一方が、可変熱伝導率材料によって構成されており、可変熱伝導率材料は、可変熱伝導率材料の温度が水の露点温度よりも高い所定温度以上になった場合において、可変熱伝導率材料の温度が高くなるほど可変熱伝導率材料の熱伝導率が高くなるように可変熱伝導率材料の熱伝導率が変化する材料であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

従来、内燃機関の燃料噴射装置として、燃料を噴射するインジェクタが内燃機関のシリンダヘッドに配置された燃料噴射装置が知られている。このような燃料噴射装置として、例えば特許文献１には、シリンダヘッドに設けられた渦流室に向けて燃料を噴射するようにインジェクタがシリンダヘッドに配置された副室式ディーゼルエンジンが開示されている。また特許文献１には、内燃機関の運転中においてインジェクタが過熱することを抑制するために、インジェクタの先端部とシリンダヘッドとの間に高熱伝導率を有するパッキンを配置する技術が開示されている。特許文献１に係る技術によれば、インジェクタの熱を高熱伝導率のパッキンを介してシリンダヘッドに伝導させることで、インジェクタの過熱を抑制することができると考えられる。

実開昭５９−１１５８６２号公報

特許文献１に係る技術では、内燃機関が停止した場合には、今度はインジェクタの熱が高熱伝導率のパッキンを介してシリンダヘッドに容易に伝導してしまう可能性がある。この場合、インジェクタの温度が容易に低下してしまい、その結果、インジェクタに結露が生じる可能性が高くなる。インジェクタに結露が生じた場合、インジェクタが腐食する可能性がある。

本発明は、インジェクタの過熱を抑制することができるとともにインジェクタへの結露の発生も抑制することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、内燃機関のシリンダヘッドに配置されたインジェクタと、前記インジェクタと前記シリンダヘッドとによって挟持されたガスケットと、を備え、前記ガスケットの前記シリンダヘッドに接する面および前記ガスケットの前記インジェクタに接する面の少なくとも一方が、可変熱伝導率材料によって構成されており、前記可変熱伝導率材料は、前記可変熱伝導率材料の温度が水の露点温度よりも高い所定温度以上になった場合において、前記可変熱伝導率材料の前記温度が高くなるほど前記可変熱伝導率材料の熱伝導率が高くなるように前記可変熱伝導率材料の前記熱伝導率が変化する材料であることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置によれば、ガスケットの温度が所定温度（＞露点温度）未満の場合には、ガスケットによってインジェクタの放熱を抑制することができる。その結果、インジェクタの温度低下を抑制することができることから、インジェクタに結露が生じることを抑制することができる。また本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置によれば、ガスケットの温度が所定温度以上になった場合にはガスケットの可変熱伝導率材料の熱伝導率が上昇することから、インジェクタの放熱を促進させることができる。その結果、インジェクタの過熱を抑制することができる。このように本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置によれば、インジェクタの過熱を抑制することができるとともにインジェクタへの結露の発生も抑制することができる。

上記構成において、前記可変熱伝導率材料の前記熱伝導率は、前記可変熱伝導率材料の前記温度が前記所定温度以上になった場合において、少なくとも１Ｗ／（ｍ・Ｋ）から４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内で変化してもよい。この構成によれば、ガスケットは低温時には樹脂のように高い断熱性能を発揮することができ、高温時には銅のように高い放熱性能を発揮することができる。それにより、インジェクタへの結露の発生およびインジェクタの過熱を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、インジェクタの過熱を抑制することができるとともにインジェクタへの結露の発生も抑制することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することができる。

図１（ａ）は内燃機関の全体構成を示す模式図である。図１（ｂ）は燃料噴射装置の詳細を説明するための模式図である。図１（ｃ）はガスケットの近傍を拡大して示す模式図である。図２（ａ）は可変熱伝導率材料の熱伝導率の温度変化を示す模式図である。図２（ｂ）はコスモスヒートパイプ（ＣＨＰ）の熱伝導率を説明するための模式図である。図３（ａ）は燃料噴射装置によるインジェクタへの結露の抑制効果を説明するための模式図である。図３（ｂ）は燃料噴射装置によるインジェクタの過熱抑制効果を説明するための模式図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）は実施例の変形例に係るガスケットを示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例に係る内燃機関の燃料噴射装置６０について説明する。まず燃料噴射装置６０が適用される内燃機関５の全体構成について説明し、次いで燃料噴射装置６０の詳細について説明する。図１（ａ）は内燃機関５の全体構成を示す模式図である。本実施例に係る内燃機関５は車両に搭載されている。本実施例においては内燃機関５の一例として、圧縮着火式の内燃機関、具体的にはディーゼルエンジンを用いる。但し、燃料噴射装置６０が適用される内燃機関５はこれに限定されるものではない。内燃機関５の他の例として、例えばガソリンエンジンを用いることもできる。

内燃機関５は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上部に配置されたシリンダヘッド２０と、シリンダブロック１０に形成された気筒１５に配置されたピストン３０とを備えている。シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０とピストン３０とによって囲まれた領域を、燃焼室１６と称する。なお本実施例における上方および下方は、必ずしも重力方向における上方および下方と一致している必要はない。例えば図１（ａ）における上方および下方は、重力方向で水平の方向であってもよい。また内燃機関５は、燃焼室１６に流入する吸気が通過する吸気通路４０と、燃焼室１６から排出された排気が通過する排気通路４１とを備えている。吸気通路４０の上流端から吸気通路４０に流入する吸気は、新気（排気を含まない空気）である。

また内燃機関５は、ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置として、ＥＧＲ通路５０と、ＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲバルブ５２とを備えている。ＥＧＲ通路５０は、吸気通路４０の通路途中と排気通路４１の通路途中とを連通している。ＥＧＲ通路５０は、気筒１５から排出された排気の一部を吸気通路４０に再循環させる通路である。これ以降、ＥＧＲ通路５０を通過して吸気通路４０に導入される排気をＥＧＲガスと称する。ＥＧＲクーラ５１はＥＧＲ通路５０に配置されている。ＥＧＲクーラ５１はＥＧＲガスを冷却する装置である。ＥＧＲバルブ５２はＥＧＲ通路５０に配置されている。具体的には本実施例に係るＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５０のＥＧＲクーラ５１よりも下流側に配置されている。但しＥＧＲバルブ５２のＥＧＲ通路５０における具体的な配置箇所は、これに限定されるものではない。ＥＧＲバルブ５２は、制御装置１００からの指示を受けて開閉することでＥＧＲガスの量を調整する。

また内燃機関５は燃料噴射装置６０を備えている。本実施例に係る燃料噴射装置６０は、インジェクタ７０と、ガスケット９０（ガスケット９０は後述する図１（ｂ）等において図示されている）と、インジェクタ７０を制御する制御装置１００とを備えている。本実施例においては、制御装置１００の一例として、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１０１、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）１０２およびＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１０３を備える電子制御装置（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を用いる。ＣＰＵ１０１はインジェクタ７０を制御する制御部としての機能を有している。ＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１の動作に必要な情報を記憶する記憶部としての機能を有している。

また内燃機関５は、制御装置１００の制御に必要な情報を検出するセンサを備えている。図１（ａ）にはこのセンサの一例として、クランクポジションセンサ１１０が図示されている。クランクポジションセンサ１１０は内燃機関５のクランクシャフト（クランクシャフトはピストン３０にコンロッドを介して接続されている）の位置を検出し、検出結果を制御装置１００に伝える。それにより制御装置１００は内燃機関５のクランク角を取得する。なお、内燃機関５の吸気行程、圧縮行程等の各行程、燃料噴射時期、ピストン３０の位置、吸気弁および排気弁の位置等の内燃機関５の運転状態を示す指標はクランク角を基準単位としている。したがって制御装置１００は、クランク角を取得することで内燃機関５の運転状態を取得することができる。なお内燃機関５は、クランクポジションセンサ１１０以外にも、吸入空気量を検出するエアフロメータ、アクセルの位置を検出するアクセルポジションセンサ等の種々のセンサを備えている。制御装置１００はこれらのセンサの検出結果に基づいてインジェクタ７０およびＥＧＲバルブ５２を制御することで、ユーザによる車両の運転操作に応じて内燃機関５の運転状態を制御している。

続いて燃料噴射装置６０の詳細について説明する。図１（ｂ）は燃料噴射装置６０の詳細を説明するための模式図である。具体的には図１（ｂ）は、内燃機関５のインジェクタ７０の先端部近傍を模式的に図示したものである。本実施例に係るインジェクタ７０は、シリンダヘッド２０に配置されている。具体的にはインジェクタ７０は、燃焼室１６に向けて燃料（Ｆ）が噴射されるように、シリンダヘッド２０に配置されている。すなわち、本実施例に係る内燃機関５はいわゆる筒内直接噴射式の内燃機関である。インジェクタ７０のシリンダヘッド２０における具体的な配置箇所は特に限定されるものではないが、本実施例に係るインジェクタ７０は、シリンダヘッド２０の燃焼室１６における天井部の中央に配置されている。

本実施例に係るインジェクタ７０は、燃料が噴射される孔である噴孔７２（図１（ｂ）の右下の拡大図参照）を先端部に有するボディ７１と、ボディ７１の内部にリフト可能に配置されて噴孔７２からの燃料噴射を制御するニードル（図示せず）と、制御装置１００の指示を受けてニードルを駆動する駆動部（図示せず）とを備えている。なお図１（ｂ）において軸線７３が図示されているが、これはボディ７１の中心軸であるとともにニードルの中心軸でもある。なおインジェクタ７０の内部機構（具体的にはボディ７１の内部構造、ニードルおよび駆動部の構造）は、公知のインジェクタの内部機構と同様であるため、これ以上詳細な説明は省略する。

本実施例に係るインジェクタ７０のボディ７１は、大径部７４と小径部７５とを有している。小径部７５は、大径部７４の先端に接続しており、大径部７４よりも小さい径を有している。また本実施例に係る小径部７５は、ストレート部７６と、ストレート部７６の先端に接続した円錐形状部７７と、円錐形状部７７の先端に接続した半球形状部７８とを有している。ストレート部７６の径は、軸線７３に沿った方向（以下、軸線方向と称する）において一様である。円錐形状部７７は、軸線方向で先端に向かうほど径が小さくなる円錐形状を有している。半球形状部７８は半球形状を有している。本実施例に係る噴孔７２は半球形状部７８に形成されている。本実施例に係る円錐形状部７７および半球形状部７８は、シリンダヘッド２０の下面（具体的には天井面）よりもさらに下方に位置している。これ以降の説明において、インジェクタ７０の先端部と称した場合、具体的には円錐形状部７７および半球形状部７８のことをいう。なおインジェクタ７０のボディ７１の形状は上述した形状に限定されるものではなく、例えばボディ７１は半球形状部７８を有していなくてもよい。この場合、ボディ７１の円錐形状部７７の先端に噴孔７２が形成されることになる。

また本実施例に係るシリンダヘッド２０と小径部７５および大径部７４との間には、隙間８０が設けられている。ガスケット９０は、隙間８０に配置されている。ガスケット９０は、燃焼室１６のガスが隙間８０を通過してガスケット９０よりもインジェクタ７０の後端側（図１（ｂ）では上方側）へ流入することを抑制するガスシール部材としての機能を有している。本実施例に係るガスケット９０は、インジェクタ７０（具体的にはインジェクタ７０のボディ７１）とシリンダヘッド２０とによって挟持されるように隙間８０に配置されている。このガスケット９０の配置態様を具体的に説明すると次のようになる。

図１（ｃ）は、ガスケット９０の近傍を拡大して示す模式図である。具体的には図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡで図示した部分を拡大して模式的に図示している。なお図１（ｃ）において、ガスケット９０の形状を理解し易くするために、シリンダヘッド２０およびインジェクタ７０のボディ７１は想像線によって図示されている。図１（ｂ）および図１（ｃ）を参照して、本実施例に係るガスケット９０はリング形状を有している。

また本実施例に係るガスケット９０は、インジェクタ７０の大径部７４と小径部７５との間の部分に存在する段差と、シリンダヘッド２０とによって挟持されている。具体的には図１（ｃ）を参照して、本実施例に係るガスケット９０は、ボディ７１の大径部７４と小径部７５との間の部分に存在する段差の面８１ａ（これは先端側に向いた面である）と、この面８１ａとの間に隙間８０を有しつつ面８１ａに対向しているシリンダヘッド２０の面２１ａとによって、上下方向から挟まれている。また本実施例において、ボディ７１の面８１ｂ（これはボディ７１のストレート部７６の側面（軸線７３に平行な面）である）と、この面８１ｂとの間に隙間８０を有しつつ面８１ｂに対向しているシリンダヘッド２０の面２１ｂとの間には、ガスケット９０は配置されていない。これ以降、ガスケット９０の外周面のうち、シリンダヘッド２０に接する面をシリンダヘッド側面９１と称し、インジェクタ７０に接する面をインジェクタ側面９２と称する。

本実施例に係るガスケット９０は、その全体が可変熱伝導率材料によって構成されている。本実施例に係る可変熱伝導率材料は、その温度が水の露点温度よりも高い所定温度以上になった場合において、可変熱伝導率材料の温度が高くなるほど可変熱伝導率材料の熱伝導率が高くなるように可変熱伝導率材料の熱伝導率が変化する材料である。この可変熱伝導率材料の詳細は後述する。なお本実施例に係るガスケット９０はその全体が可変熱伝導率材料によって構成されているため、ガスケット９０のシリンダヘッド側面９１およびインジェクタ側面９２の両方とも可変熱伝導率材料によって構成されていることになる。但しガスケット９０の具体的構成はこれに限定されるものではなく、シリンダヘッド側面９１およびインジェクタ側面９２の少なくとも一方が可変熱伝導率材料によって構成されていればよい。なお、シリンダヘッド側面９１およびインジェクタ側面９２の一方が可変熱伝導率材料によって構成されたガスケットの具体例は、後述する図４において説明する。

続いて本実施例に係る可変熱伝導率材料の詳細について説明する。図２（ａ）は可変熱伝導率材料の熱伝導率の温度変化を示す模式図である。図２（ａ）の縦軸は可変熱伝導率材料の熱伝導率を示し、横軸は可変熱伝導率材料の温度を示している。図２（ａ）の横軸において、温度Ｔ_１は水の露点温度を示している。なお、水の露点温度とは、水が結露する温度をいう。以下、露点温度と称した場合、特段の断りがない限り、水の露点温度を意味することとする。なお温度Ｔ_１の具体的な値としては、５０℃を用いることができる。図２（ａ）の横軸において、温度Ｔ_２は温度Ｔ_１よりも所定温度高い温度である。本実施例においては温度Ｔ_２の一例として、温度Ｔ_１よりも１００℃高い温度を用いる。温度Ｔ_３は温度Ｔ_２よりもさらに所定温度高い温度である。本実施例においては温度Ｔ_３の一例として、温度Ｔ_２よりもさらに５０℃高い温度を用いる。その結果、本実施例に係る温度Ｔ_３は温度Ｔ_１よりも１５０℃高い温度になっている。図２（ａ）のライン２００は、可変熱伝導率材料の熱伝導率の温度変化を示すラインである。

図２（ａ）のライン２００から分るように、本実施例に係る可変熱伝導率材料の熱伝導率は、温度Ｔ_２未満の場合はα_１である。可変熱伝導率材料の熱伝導率は、温度Ｔ_２以上になった場合に温度が高くなるほど高くなり、この熱伝導率の上昇は温度Ｔ_３まで続いている。そして、可変熱伝導率材料の熱伝導率は温度Ｔ_３の場合にα_３になっている。このように本実施例に係る可変熱伝導率材料の熱伝導率は、可変熱伝導率材料の温度が水の露点温度（Ｔ_１）よりも高い所定温度（具体的にはＴ_２）以上になった場合において、可変熱伝導率材料の温度が高くなるほど高くなっている。なお、前述したように本実施例では所定温度（Ｔ_２）として露点温度（Ｔ_１）よりも１００℃高い温度を用いているが、所定温度（Ｔ_２）の具体的な値はこれに限定されるものではない。

上述したような熱伝導率の温度変化を示す可変熱伝導率材料の具体的構成としては、例えば特開平１１−２３６６３６号公報に開示されている可変熱伝導率材料や、東京大学によって開発されたコスモスヒートパイプ（ＣＯＳＭＯＳＨＥＡＴＰＩＰＥ；以下ＣＨＰと略称する）等を用いることができる。なお、仮にガスケット９０の可変熱伝導率材料として特開平１１−２３６６３６号公報に開示されている可変熱伝導率材料を用いる場合の一例を挙げると、母相として例えば平均熱膨張係数が２３．２×１０^−５／Ｋであるアルミニウムを用い、分散粒子として例えば平均熱膨張係数が３４×１０^−５／Ｋである塩化ナトリウムを用い、母相中に分散粒子を３次元ネットワーク状に分散させるとともに母相と分散粒子との界面に気孔を配置したものを用いることができる。

本実施例においては、ガスケット９０の可変熱伝導率材料の一例としてＣＨＰを用いることとする。図２（ｂ）はＣＨＰの熱伝導率を説明するための模式図である。なお図２（ｂ）の横軸は熱伝導率を対数目盛りで図示している。図２（ｂ）には、気体、液体、非金属固体、金属、ＣＨＰ（Ａｌ）およびＣＨＰ（ＳｉＯ_２）の熱伝導率が図示されている。ここで、ＣＨＰは、狭い蛇行した流路を有し、この流路内を液体が往復振動し、隣り合う流路では液体の振動流の方向が逆となっていることを特徴としたヒートパイプである。このＣＨＰは、流路における液体の振動流の周期や振幅を変化させることでＣＨＰの熱伝導率を大きく変化させることができる。

図２（ｂ）において、ＣＨＰ（ＳｉＯ_２）と表示されているライン（最上段のライン）は、ＣＨＰの流路をＳｉＯ_２（ガラス）で作成したものである。ＣＨＰ（Ａｌ）と表示されているライン（上から２段目のライン）は、ＣＨＰの流路をＡｌ（アルミ）で作成したものである。ＣＨＰ（ＳｉＯ_２）の熱伝導率の可変幅は、ＣＨＰ（Ａｌ）のそれよりも大きくなっている。本実施例においては、ガスケット９０の可変熱伝導率材料に用いるＣＨＰの一例として、ＣＨＰ（ＳｉＯ_２）を用いる。

なお前述したように、ＣＨＰ（ＳｉＯ_２）の熱伝導率は流路における液体の振動流の周期や振幅を変えることで変化させることができるが、この熱伝導率を変化させるための具体的な機構の一例として、本実施例においては次の機構を用いる。まず本実施例に係るガスケット９０を構成するＣＨＰ（ＳｉＯ_２）の内部には、ＣＨＰ（ＳｉＯ_２）内の液体を振動させる振動子が配置されている。この振動子は、制御装置１００の制御部からの指示を受けて振動する。制御装置１００の制御部は、図２（ａ）に示す熱伝導率の変化が生じるように、ガスケット９０の温度またはこの温度と相関を有する指標（この指標としては例えば排気温度、インジェクタ７０の温度等を用いることができる）に基づいて振動子の例えば振動周期を制御する。それにより、本実施例に係るＣＨＰ（ＳｉＯ_２）の熱伝導率は図２（ａ）に示すように変化する。このような機構によって本実施例に係るＣＨＰ（ＳｉＯ_２）の熱伝導率は変化している。但し、ＣＨＰ（ＳｉＯ_２）の熱伝導率を変化させるための具体的な機構はこれに限定されるものではなく、公知のＣＨＰ（ＳｉＯ_２）に用いられている機構を適用することができる。なお図１（ｂ）および図１（ｃ）に図示されているガスケット９０の断面図において、ガスケット９０の内部構造（流路や振動子等）の図示は省略されている。したがって、図１（ｂ）および図１（ｃ）のガスケット９０のハッチングの各斜線によって区画された領域がＣＨＰ（ＳｉＯ_２）の流路等を表しているわけではない。

ここで、図２（ａ）に示す熱伝導率α_１は、樹脂相当の熱伝導率、具体的には１０^−１〜１０^１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））程度の範囲の熱伝導率が好ましい。本実施例においては、熱伝導率α_１の一例として１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いる。また図２（ａ）に示す熱伝導率α_３は、銅相当の熱伝導率、具体的には４００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上のものが好ましい。本実施例においては、熱伝導率α_３よりも若干低い値である熱伝導率α_２として、銅の熱伝導率である４００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いる。したがって、本実施例に係る熱伝導率α_３は、銅の熱伝導率よりも高い熱伝導率となっている。すなわち、本実施例に係る可変熱伝導率材料は、温度が所定温度（Ｔ_２）以上になった場合において、可変熱伝導率材料の熱伝導率が少なくとも１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））から４００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の範囲内で変化することができるように設定されている。

続いて燃料噴射装置６０の作用効果について説明する。まず、仮に内燃機関５の運転が停止してインジェクタ７０の先端部の温度が露点温度（Ｔ_１）以下になり、その結果インジェクタ７０の先端部に結露が生じた場合、この結露は酸を含んでいる可能性が高いため、インジェクタ７０の先端部が結露によって腐食する可能性がある。特にインジェクタ７０の先端部の噴孔７２が結露によって腐食した場合、噴孔７２からの燃料噴射状態が腐食前に比較して変化する結果、排気エミッションの悪化等の不具合が生じる可能性がある。また、例えば内燃機関５の運転中において、仮にインジェクタ７０の温度が当初想定していた上限温度よりも高くなった場合（すなわち過熱された場合）、噴孔７２にデポジットが発生する、ガスケット９０が磨耗する等の不具合が生じる可能性がある。

これに対して本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、ガスケット９０の可変熱伝導率材料が、その温度が露点温度（Ｔ_１）よりも高い所定温度（Ｔ_２）以上になった場合において温度が高くなるほど熱伝導率が高くなるため、ガスケット９０の温度が所定温度（Ｔ_２）未満の場合には、ガスケット９０によってインジェクタ７０の放熱を抑制することができる。その結果、インジェクタ７０の温度低下を抑制することができることから、インジェクタ７０に結露が生じることを抑制することができる。それにより、結露によってインジェクタ７０の先端部が腐食すること、特にインジェクタ７０の噴孔７２が腐食することを抑制することができる。その結果、噴孔７２の腐食に伴う排気エミッションの悪化等の不具合を抑制することができる。また本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、ガスケット９０の温度が所定温度（Ｔ_２）以上になった場合には、ガスケット９０の可変熱伝導率材料の熱伝導率が上昇することから、インジェクタ７０の放熱を促進させることができる。その結果、インジェクタ７０の過熱を抑制することができる。それにより、インジェクタ７０が過熱されることに伴う噴孔７２へのデポジットの発生、ガスケット９０の磨耗等の不具合を抑制することができる。

また本実施例に係る可変熱伝導率材料は温度が所定温度（Ｔ_２）以上になった場合において、熱伝導率が少なくとも１（Ｗ／（ｍ・Ｋ））から４００（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の範囲内で変化することができるため、低温時には樹脂のように高い断熱性能を発揮することができ、高温時には銅のように高い放熱性能を発揮することができる。それにより、本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、インジェクタ７０への結露の発生およびインジェクタ７０の過熱を効果的に抑制することができる。

上述した燃料噴射装置６０の作用効果について、比較例に係る燃料噴射装置と比較しつつ図を用いてより具体的に説明すると次のようになる。図３（ａ）は本実施例に係る燃料噴射装置６０によるインジェクタ７０への結露の抑制効果を説明するための模式図である。図３（ａ）の縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。ライン２０１は、本実施例に係る燃料噴射装置６０のインジェクタ７０の先端部の温度変化を示している。ライン２０３は、本実施例に係るシリンダヘッド２０の天井部の温度変化を示している。またライン２０２は、比較例に係る燃料噴射装置のインジェクタの先端部の温度変化を示している。この比較例に係る燃料噴射装置は、ガスケットが可変熱伝導率材料によって構成されておらず、さらにガスケットの熱伝導率が本実施例に係るガスケット９０の低温時における熱伝導率（具体的には温度Ｔ_２より低い温度の時の熱伝導率）よりも高く設定されている点において、本実施例に係る燃料噴射装置６０と異なっている。

図３（ａ）の縦軸において、温度Ｔ_１は水の露点温度を示している。図３（ａ）の横軸において、時間ｔ_０はイグニションスイッチがＯＦＦにされることで内燃機関５の運転が停止した時刻を示している。時間ｔ_１は、シリンダヘッド２０および比較例に係るインジェクタが露点温度Ｔ_１になる時刻である。時間ｔ_２は、本実施例に係るインジェクタ７０がシリンダヘッド２０と同じ温度になる時刻である。

図３（ａ）を参照して、時間ｔ_０になるまでの間（つまり内燃機関５が運転している間）、本実施例に係るインジェクタ７０および比較例に係るインジェクタの温度は、シリンダヘッド２０の温度よりも高くなっている。時間ｔ_０において内燃機関５の運転が停止した場合、シリンダヘッド２０の温度は低下することを開始し、本実施例に係るインジェクタ７０および比較例に係るインジェクタの温度も低下することを開始している。

比較例に係る燃料噴射装置の場合、インジェクタの温度は時間ｔ_１において露点温度Ｔ_１になっており、その結果、時間ｔ_１において比較例に係るインジェクタに結露が発生すると考えられる。また時間ｔ_１よりも後において、比較例に係るインジェクタはシリンダヘッド２０よりも低温になっている。その結果、時間ｔ_１よりも後において、結露はシリンダヘット２０よりも比較例に係るインジェクタの先端部に優先的に発生すると考えられる。

一方、本実施例に係るインジェクタ７０は、ガスケット９０の断熱効果によって、インジェクタ７０の熱の放熱が比較例に係るインジェクタよりも抑制されている。それにより、本実施例に係るインジェクタ７０が露点温度Ｔ_１以下になる時間は比較例に係るインジェクタよりも長くなっている。したがって、本実施例に係るインジェクタ７０には、結露が生じ難いといえる。

さらに本実施例に係るインジェクタ７０がシリンダヘッド２０と同じ温度になる時間ｔ_２も、比較例に係るインジェクタがシリンダヘッド２０と同じ温度になる時間ｔ_１よりも長くなっている。すなわち、本実施例に係る燃料噴射装置６０の場合、インジェクタ７０の温度が露点温度Ｔ_１以下になっても、時間ｔ２になるまでの間は、シリンダヘッド２０の方がインジェクタ７０よりも低温になっている。そのため、この期間の間は、シリンダヘッド２０に優先的に結露が生じるため、インジェクタ７０への結露の発生量は比較例に係るインジェクタに比較して少なくなっている。このように本実施例に係る燃料噴射装置６０によれば、比較例に係る燃料噴射装置に比較して、結露が発生し難く、仮に発生したとしても結露の発生量は少ない。

図３（ｂ）は本実施例に係る燃料噴射装置６０によるインジェクタ７０の過熱抑制効果を説明するための模式図である。図３（ｂ）の縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。ライン２０４は本実施例に係る燃料噴射装置６０のインジェクタ７０の先端部の温度変化を示している。ライン２０５は前述した比較例に係る燃料噴射装置のインジェクタの先端部の温度変化を示している。図３（ｂ）の横軸の横軸の原点であるｔ_３は、内燃機関５の運転中において本実施例に係るインジェクタ７０および比較例に係るインジェクタの先端部の温度が前述した図２（ａ）の温度Ｔ_３になった時間を示している。なお、比較例に係る燃料噴射装置のガスケットの熱伝導率は、本実施例に係るガスケット９０の高温時における熱伝導率（具体的には温度Ｔ_３以上になった時の熱伝導率）よりも低いものとする。

図３（ｂ）において、ライン２０４の方がライン２０５よりも下方に位置している。これは、高温時において本実施例に係るガスケット９０の可変熱伝導率材料の方が比較例に係るガスケットよりも熱伝導率が高いため、可変熱伝導率材料の放熱効果によって本実施例に係るインジェクタ７０の熱が効果的に放熱されたことに起因するものである。その結果、比較例に係る燃料噴射装置に比較して、本実施例に係る燃料噴射装置６０のインジェクタ７０の過熱は抑制されている。

（変形例）
これまで説明した本実施例に係るガスケット９０は、ガスケット９０の全体が可変熱伝導率材料によって構成されているが（例えば図１（ｃ）参照）、ガスケット９０の構成はこれに限定されるものではない。図４（ａ）〜図４（ｄ）はガスケット９０の他の例（すなわち変形例に係るガスケット）を示す模式図である。なお図４（ａ）〜図４（ｄ）は、図１（ｃ）と同様の箇所の拡大図となっている。また図１（ｃ）と同様に、図４（ａ）〜図４（ｄ）のシリンダヘッド２０およびインジェクタ７０のボディ７１は想像線によって図示されている。図４（ａ）に示すガスケット９０ａは、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すガスケット９０と同様にリング形状を有している。一方、このガスケット９０ａは、ガスケット９０ａの上方側（具体的にはインジェクタ７０の軸線方向で後端側）の部分が、可変熱伝導率材料によって構成された可変熱伝導率材料部９３からなっている。またガスケット９０ａは、ガスケット９０ａの下方側（インジェクタ７０の軸線方向で先端側）の部分が、可変熱伝導率材料ではない材料によって構成された非可変熱伝導率材料部９４からなっている。その結果、このガスケット９０ａは、インジェクタ側面９２が可変熱伝導率材料によって構成されたガスケットとなっている。

図４（ｂ）に示すガスケット９０ｂは、ガスケット９０ｂの下方側が可変熱伝導率材料部９３からなり、上方側が非可変熱伝導率材料部９４からなっている点において、図４（ａ）のガスケット９０ａと異なっている。その結果、このガスケット９０ｂは、シリンダヘッド側面９１が可変熱伝導率材料によって構成されたガスケットとなっている。

図４（ｃ）に示すガスケット９０ｃは、インジェクタ７０の面８１ａおよび面８１ｂ並びにシリンダヘッド２０の面２１ａおよび面２１ｂに接する形状を有している。ガスケット９０ｃは、面８１ａおよび面８１ｂに接する側が可変熱伝導率材料部９３によって構成され、面２１ａおよび面２１ｂに接する側が非可変熱伝導率材料部９４によって構成されている。その結果、このガスケット９０ｃは、インジェクタ側面９２が可変熱伝導率材料によって構成されたガスケットとなっている。

図４（ｄ）に示すガスケット９０ｄは、面８１ａおよび面８１ｂに接する側が非可変熱伝導率材料部９４によって構成され、面２１ａおよび面２１ｂに接する側が可変熱伝導率材料部９３によって構成されている点において、図４（ｃ）のガスケット９０ｃと異なっている。その結果、このガスケット９０ｄは、シリンダヘッド側面９１が可変熱伝導率材料によって構成されたガスケットとなっている。以上説明したガスケット９０ａ〜ガスケット９０ｄ（すなわちシリンダヘッド側面９１またはインジェクタ側面９２が可変熱伝導率材料によって構成されたガスケット）においても、前述したガスケット９０と同様の効果を奏することができる。

なお、ガスケット９０、ガスケット９０ａ、ガスケット９０ｂ、ガスケット９０ｃおよびガスケット９０ｄは、少なくともインジェクタ７０の大径部７４と小径部７５との間の部分に存在する段差とシリンダヘッド２０とによって挟持されている点において、共通している。但しガスケットの配置態様は、このようなインジェクタ７０の段差とシリンダヘッド２０とによって挟持される態様に限定されるものではない。例えば図４（ｃ）および図４（ｄ）を参照して、ガスケットは、面８１ａと面２１ａとによって挟持されている部分を備えずに、面８１ｂと面２１ｂとによって挟持されている部分のみを備えるようなガスケットであってもよい（つまり、このガスケットは、インジェクタ７０の段差とシリンダヘッド２０とによって挟持されていないガスケットである）。しかしながら、ガスケット９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄのように、少なくともインジェクタ７０の段差とシリンダヘッド２０とによって挟持されている場合の方が、ガスケット９０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄをインジェクタ７０とシリンダヘッド２０とによって強固に固定することができる。その結果、ガスケットの位置がずれることによるガスケットの磨耗を抑制することができる点で好ましい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

５内燃機関
２０シリンダヘッド
６０燃料噴射装置
７０インジェクタ
７２噴孔
９０ガスケット
９１シリンダヘッド側面
９２インジェクタ側面
１００制御装置

Claims

内燃機関のシリンダヘッドに配置されたインジェクタと、
前記インジェクタと前記シリンダヘッドとによって挟持されたガスケットと、を備え、
前記ガスケットの前記シリンダヘッドに接する面および前記ガスケットの前記インジェクタに接する面の少なくとも一方が、可変熱伝導率材料によって構成されており、
前記可変熱伝導率材料は、前記可変熱伝導率材料の温度が水の露点温度よりも高い所定温度以上になった場合において、前記可変熱伝導率材料の前記温度が高くなるほど前記可変熱伝導率材料の熱伝導率が高くなるように前記可変熱伝導率材料の前記熱伝導率が変化する材料であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
前記可変熱伝導率材料の前記熱伝導率は、前記可変熱伝導率材料の前記温度が前記所定温度以上になった場合において、少なくとも１Ｗ／（ｍ・Ｋ）から４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内で変化する請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。