(57)【要約】簡易な構成によってデポジットの付着を抑制し同時に耐久性を向上させた燃料噴射弁を提供する。  燃料を受け入れる主空間および噴射孔を備えたバルブボディと、  該バルブボディに移動自在に支持され、先端にシール部を有するニードルであって、該移動により該シール部と上記バルブボディの内面とが離間または接触することにより、上記バルブボディの主空間と噴射孔とを連通させる燃料通路を開口または閉鎖するニードルとを有する燃料噴射弁において、  上記バルブボディの噴射孔は、該バルブボディ自体の物質に比べて酸素との吸着性および反応性が低い物質から成る噴射孔用コーティングで被覆され、かつ  上記ニードルのシール部は、該ニードル自体の物質に比べて撥液性が高く金属面を形成しない物質から成るシール部用コーティングで被覆されていることを特徴とする燃料噴射弁。望ましくは、上記噴射孔用コーティングの物質が金であり、上記シール部用コーティングの物質がシリカ系被膜材である。
2008054006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を受け入れる主空間および噴射孔を備えたバルブボディと、
該バルブボディに移動自在に支持され、先端にシール部を有するニードルであって、該移動により該シール部と上記バルブボディの内面とが離間または接触することにより、上記バルブボディの主空間と噴射孔とを連通させる燃料通路を開口または閉鎖するニードルと
を有する燃料噴射弁において、
上記バルブボディの噴射孔は、該バルブボディ自体の物質に比べて酸素との吸着性および反応性が低い物質から成る噴射孔用コーティングで被覆され、かつ
上記ニードルのシール部は、該ニードル自体の物質に比べて撥液性が高く金属面を形成しない物質から成るシール部用コーティングで被覆されている
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射弁において、上記噴射孔用コーティングの物質が金であり、上記シール部用コーティングの物質がシリカ系被膜材であることを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が知られており、燃料噴射弁は運転条件に応じて必要な時期に燃料を燃焼室内に噴射する。
燃焼室内では、噴射された霧状の燃料が空気と混合され、形成された混合気が点火プラグにより着火されて燃焼する。
筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁は、典型的には、
燃料を受け入れる主空間、燃料溜りとしてのサック部、および噴射孔を、この順の配列で備えたバルブボディと、
該バルブボディに移動自在に支持され、先端にシール部を有するニードルであって、該移動により該シール部と上記バルブボディの内面とが離間または接触することにより、上記バルブボディの主空間とサック部とを連通させる燃料通路を開口または閉鎖するニードルとを備えて構成されている。
ニードルが所定のタイミングで移動し、バルブボディ内面とニードル先端のシール部とを離間させて両者間に燃料通路を開口させると、主空間とサック部とが連通し、燃料が燃料通路を通りサック部を介して、噴射孔から燃焼室内へ噴射される。
このような燃料噴射弁では、所定量の燃料が一度サック部内に充満してから噴射孔を通して噴射されるため、燃料噴射期間が経過してニードルにより燃料通路を閉鎖しても、サック部内には未噴射の燃料が残留する。
サック部内の残留燃料は燃焼ガスにより蒸し焼きにされ、サック部の内面、ニードル先端面（特にそのシール部）などに燃料由来のデポジット（酸化物、炭化物、分解生成物など）が付着してしまう。付着したデポジットは燃料通路の流路面積を狭めて燃料に対する流路抵抗となり、流量低下を引き起こして燃料噴射量をばらつかせ、燃焼悪化を招く虞があった。また、デポジットの付着が更に進行すると、噴射孔をふさいでしまう虞もあった。
従来、このような課題を解決するために、例えば、燃料噴射弁の噴射孔の表面にフッ素系樹脂を塗布すること（特表２００３−５０３６３７号公報）や、金属アルコキシドとアルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換されたフロオロアルキル基置換アルコキシドを含む被覆溶液を塗布し焼成した被覆膜を有し、デポジットの付着を抑制すること（特許第３１５６６１０号公報）が提案されている。
あるいは、フルオロアルキル基を有するアルキルトリアルコキシシランを加水分解・重合する、いわゆるゾルゲル法によって作成したＦＡＳ膜を燃料噴射弁の表面にコーティングすることが提案されている（特開２００４−８４４９９号公報）。
また、ニードルの弁座やニードルの表面に、表面エネルギーを低くするかまたは表面の反応性を減少させる樹脂あるいは金属等の被膜を設けることが提案されている（特表２００２−５４３３３０号公報）。
更に、ニードルの弁座にデポジットの付着を遅延させるセラミクス材料で形成された挿入体を設けることが提案されている（特開２００１−２８０２２４号公報）。
しかし、上記提案された燃料噴射弁には下記の問題があった。
特表２００３−５０３６３７号公報による燃料噴射弁は、噴射孔が燃焼室に面しており、高温に曝されるため、フッ素系樹脂では耐久性が不足する虞があり、樹脂コーティングの一部が傷ついて欠落すると、欠落部分を起点としてデポジットが生成する虞があった。
また、特許第３１５６６１０号公報による燃料噴射弁は、被膜の吸着エネルギーが低いため、有効に形成されていればデポジット生成に対する抑制効果は高いが、カーボン系の被膜でありかつ被膜の厚さが非常に薄いため、コーティングの表面状態によっては耐久性が低下する虞があった。
特開２００４−８４４９９号公報および特表２００２−５４３３３０号公報による燃料噴射弁は、デポジットの付着抑制と耐久性とを同時に満たすような被覆材料および被覆範囲の詳細が不明であり、ただちに実用に供することができなかった。
特開２００１−２８０２２４号公報による燃料噴射弁は、ニードルの弁座に挿入体を設けなければならないため、構造が複雑化し、製造コストが上昇するという欠点があった。
【発明の開示】
【０００３】
そこで本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、簡易な構成によってデポジットの付着を抑制し同時に耐久性を向上させた燃料噴射弁を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、燃料を受け入れる主空間および噴射孔を備えたバルブボディと、
該バルブボディに移動自在に支持され、先端にシール部を有するニードルであって、該移動により該シール部と上記バルブボディの内面とが離間または接触することにより、上記バルブボディの主空間と噴射孔とを連通させる燃料通路を開口または閉鎖するニードルと
を有する燃料噴射弁において、
上記バルブボディの噴射孔は、該バルブボディ自体の物質に比べて酸素との吸着性および反応性が低い物質から成る噴射孔用コーティングで被覆され、かつ
上記ニードルのシール部は、該ニードル自体の物質に比べて撥液性が高く金属面を形成しない物質から成るシール部用コーティングで被覆されている
ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。
本発明者は、燃焼室に隣接していて高温に曝される噴射孔には酸素との吸着性および反応性が低い物質を被覆し、相対的に燃焼室から離れていて到達温度が比較的低いニードルのシール部には撥液性が高く酸素吸着エネルギーが低い物質を被覆するという選択的な被覆を採用することにより、デポジットを大幅に低減すると同時に耐久性を確保できることを新規に見出して本発明を完成させた。
望ましくは、上記噴射孔用コーティングの物質が金であり、上記シール部用コーティングの物質がシリカ系撥液被膜材である。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の実施例による燃料噴射弁の主要部を示す断面図である。
図２は、本発明によるコーティングと比較例について実機試験後の燃料流量低下率を比較して示すグラフである。
図３は、本発明に用いる金と他の金属についてテストピース試験のデポジット生成量をＯ２吸着熱に対してプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【０００５】
５  燃料噴射弁
７  主空間
１０  燃料通路
１１  サック部（燃料溜り）
１２  噴射孔
１３  バルブボディ
１４  ニードル
１４ａ  シール部
１５  コーティング面
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１に、本発明の一実施形態による燃料噴射弁の主要部の断面を示す。図示した燃料噴射弁５は、バルブボディ１３が全体として中空円筒形をしており（全体の図示は省略）、該円筒形の内部は燃料を受け入れる主空間７を構成し、先端部にほぼ半球状の燃料溜りとしてのサック部１１を備え、サック部１１から外部へ開口する噴射孔１２が所定角度の傾斜と所定角度の広がりを有する。
バルブボディ１３内には、ニードル１４がその軸方向（図１中で上下方向）に移動できるように支持されている。ニードル１４の先端は円錐形状のシール部１４ａを構成する。シール部１４ａとバルブボディ１３の内面１３ａとの間の間隙が燃料通路１０を構成する。
図示した状態は、ニードル１４のシール部１４ａとバルブボディ１３の内面１３とが離間した状態であり、ニードル１４の軸方向移動により両者を接触させると燃料通路１０は閉鎖される。
すなわち、ニードル１４の軸方向移動に伴うシール部１４ａとバルブボディ１３の内面１３ａとの離間および接触によって、ニードルシール部１４ａとバルブボディ内面１３ａとの間に燃料通路１０が開口および閉鎖され、主空間７と噴射孔１２とがサック部１１を介して連通または遮断され、これに対応して噴射孔１２からの燃料噴射が実行および停止される。
なお、ニードル１４は、バルブボディ１３内に設けられたスプリング（図示せず）により燃料通路１０を閉鎖する方向（図中の下方）に付勢されている。
一方、バルブボディ１３内に設けられたソレノイド（図示せず）に通電することで吸引力を発生させ、上記スプリングの付勢力に抗してニードル１４を図中で上方へ移動させることにより、燃料通路１０が開口し、主空間７と噴射孔１２とがサック部１１を介して連通する。
このようにニードル１４の移動によって燃料通路１０の開閉を制御することにより、主空間７内の燃料をサック部１１を介して噴射孔１２から所定タイミングで断続的に燃焼室（図示せず）へ噴射することができる。
本発明によれば、燃料噴射弁５へのデポジットの付着を抑制すると同時に耐久性を向上させるために、メッキその他の被覆手段により下記のように部位に応じて選択的なコーティングを施す。
先ず、噴射孔１２は隣接する燃焼室からの高温高圧の燃焼ガスに直接曝される頻度が高いため、特に酸化物系のデポジットの付着防止が重要である。そのため、噴射孔用コーティングの物質は、耐熱性を有しかつ酸素との吸着性および反応性が低いことが必要である。そのような物質から成るコーティングで、噴射孔１２の内面を被覆する。
噴射孔用コーティングの物質としては、上記要求特性を満たす金属、望ましくは貴金属、特に金が適している。
一方、ニードル１４のシール部１４ａは、バルブボディ１３の内面１３ａと対面して燃料通路１０を規定しており、燃焼室との間に一般には少なくとも噴射孔１２（図示の例では更にサック部１１）が介在するため、噴射孔１２と比較すると燃焼室からの高温高圧の燃焼ガスに曝される頻度が低いため、燃料中に含まれる硫酸アンモニウムや硫酸カリウム等の金属塩系のデポジットの付着防止が重要である。そのため、シール部用コーティングの物質は、噴射孔用コーティングほどの高い耐熱性は必要ではなく、むしろ、撥液性が高く金属面を形成しないことが必要である。そのような物質からなるコーティングでシール部１４ａを被覆する。
シール部用コーティングの物質としては、上記要求特性を満たす非金属が望ましく、特にシリカ系撥液被膜材が適している。シリカ系撥液被膜材は、ＳｉＯ２を主成分とし、これに添加成分として典型的にはフッ素系官能基の重合体とを組み合わせた組成物が挙げられる。フッ素系官能基の重合体としては、テトラフルオロエチレンの重合体であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂が典型例である。ただし、添加成分はこれに限定する必要は無く、従来から撥液用コーティングに用いられている添加成分を用いることができる。
このように、燃焼室に隣接していて高温に曝されるバルブボディ１３の噴射孔１２には、化学的な安定性が高く酸化され難い金をコーティングすることにより、高温耐久性とデポジット付着抑制とを同時に達成できる。一方、比較的低温下にあるニードル１４のシール部１４ａには、金属塩が付着し難いシリカ系撥液被膜材をコーティングすることにより、デポジット付着抑制を達成できる。
このように、本発明によれば、燃料噴射弁のデポジット付着が起きる部位が曝される温度・雰囲気の条件に応じて、それぞれ特定の物質から成るコーティングを選択的に施すことにより、簡易な構成によりデポジット付着抑制と耐久性とを同時に達成できる。
なお図１の例では、デポジット付着が起きやすい典型的な構造として、燃料溜りとしてのサック部１１を備えた構造を示したが、本発明はサック部１１の有無に係らずデポジット付着抑制および耐久性向上の効果が得られる。
また、説明の便宜上、図１にはスリット状の噴射孔１２を備えた燃料噴射弁５を示したが、本発明はこれに限定されず、複数の噴射孔（多孔ノズル）やスワールノズルを備えた構造の燃料噴射弁等に適用しても、同様な効果が得られる。
【実施例】
【０００７】
本発明による選択的なコーティングを適用して実機試験を行なった。実機試験条件は下記のとおりである。
＜実機試験条件＞
対象エンジン：直噴エンジン（Ｌ４）
運転温度    ：ＩＮＪ先端温度…１５０℃
運転時間    ：４０時間
燃料        ：ハイオク
本発明例として、噴射孔内面には金コーティングを施し、ニードルシール部にはＳｉＯ２を主成分としＰＴＦＥ樹脂を添加した撥液被膜を施した。
比較として、コーティングなしの場合と、噴射孔およびニードルシール部の両方に同じく金コーティングを施した場合についても、上記と同じ条件で実機試験した。
上記３つの場合について、試験前後の燃料流量をそれぞれ測定し、試験前の流量に対する試験後の流量低下量の比率を求め、流量低下率として評価した。
図２に実機試験結果をまとめてグラフとして示す。図２において、横軸はコーティングの種類を示し、縦軸は試験後の燃料流量低下率を示す。
同図に示したように、コーティングなしのベース状態では流量低下率が−４％であった。
これに対して、噴射孔およびニードルシール部の両方に金コーティングを施した場合は、流量低下率が−５．５％とコーティングなしのベース状態よりもむしろ悪化している。
本発明により、噴射孔には金コーティングを施し、ニードルシール部にはシリカ系撥液コーティングを施した場合には、測定精度の範囲内において流量低下は全く起きなかった。
このように、本発明により、噴射孔とニードルシール部にそれぞれ金コーティングとシリカ系撥液コーティングを使い分けることにより、極めて顕著なデポジット抑制効果が得られる。
なお、噴射孔用コーティングとして、種々の金属のうち特に金を用いることの優位性を確認するために、オートクレーブ内でテストピースにより試験を行なった。試験条件は下記のとおりであった。
＜テストピース試験条件＞
オートクレーブ内雰囲気：  圧力１ＭＰａ、温度２００℃
試験方法：  テストピースに噴射圧２ＭＰａで燃焼ガスを噴射
テストピース：図３に示す種々の金属をメッキにより被覆
図３に結果をまとめて示す。図３において、横軸はＯ２吸着熱、縦軸はデポジット生成量である。
同図に示したように、試験に供した種々の金属のうち、金を被覆した場合は他の金属を被覆した場合に比べてデポジット生成量が格段に少ない。横軸のＯ２吸着熱すなわち酸素に対する吸着性が低いほどデポジット生成量が低下する傾向が認められる。
同図に示したテストピースの試験結果では、Ｎｉ、Ｆｅもデポジット生成量が比較的少ないが、ＡｕやＰｔに対して高温での耐久性が遥かに劣るため実用には適さない。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に有用であり、簡易な構成によってデポジットの付着を抑制すると同時に耐久性を向上させることができる。
【図１】
2008054006.tif 000003
【図２】
2008054006.tif 000004
【図３】
2008054006.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月21日(2008.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を受け入れる主空間および噴射孔を備えたバルブボディと、
該バルブボディに移動自在に支持され、先端にシール部を有するニードルであって、該移動により該シール部と上記バルブボディの内面とが離間または接触することにより、上記バルブボディの主空間と噴射孔とを連通させる燃料通路を開口または閉鎖するニードルと
を有する燃料噴射弁において、
上記バルブボディの噴射孔は、金から成る噴射孔用コーティングで被覆され、かつ
上記ニードルのシール部は、シリカ系被膜材から成るシール部用コーティングで被覆されている
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【国際調査報告】
2008054006.tif 000006
2008054006.tif 000007
2008054006.tif 000008
2008054006.tif 000009