(57)【要約】【課題】  アルコール含有ガソリンを燃料とする自動車用筒内直接燃料噴射装置にアルミニウム合金を用いて、１００℃以上にも達する高温下であっても、優れた寿命を有する筒内直接噴射装置用の燃料ポンプを提供すること。【解決手段】  アルコール含有ガソリンを燃料とする筒内直接燃料噴射装置用の燃料ポンプをアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成し、燃料ポンプのボディの表面にめっき層を形成被覆すると共に、燃料ポンプのボディのめっき層の上にアルミニウムの水和酸化物皮膜処理（ベーマイト処理）を行うことによって、めっき欠陥部からの腐食発生を抑制する。【選択図】  図１
2006214301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール含有ガソリンを燃料とする筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプにおいて，
前記燃料ポンプをアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成し、該燃料ポンプのボディの表面にめっき層を形成被覆すると共に、該燃料ポンプのボディのめっき層の上にアルミニウムの水和酸化物皮膜処理を行って形成したことを特徴とする筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のめっき層は、無電解めっきにより形成したものである筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載のアルミニウムの水和酸化物皮膜処理は、めっき処理と同一ラインにおいて、連続して行うことを特徴とする筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルコール含有ガソリンを燃料とする自動車用筒内直接燃料噴射装置に用いられる燃料ポンプに係り、特にアルミニウム合金の腐食の進行速度が遅くなり、長寿命を得ることのできる筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用燃料として、排気ガス規制（ＮＯＸ、ＣＯ２等）によってアルコール含有ガソリンが燃料として用いられている。また、噴射装置の自動車用ガソリンエンジンは、燃料消費特性の向上、有害排気ガスの削減、加速性等の運転応答性の向上を目的として筒内直接燃料噴射装置が用いられている。そして、この筒内直接燃料噴射装置の燃料ポンプ部材の材料には、自動車重量の軽減による省エネルギーの観点から、アルミニウム系の材料を適用して軽量化を図った製品が望まれている。
【０００３】
この筒内直接燃料噴射装置の燃料ポンプは、１００℃以上にも達する高温となり、しかも７〜１２ＭＰａにも達する高圧となる。したがって、筒内直接燃料噴射装置の燃料ポンプ部材の材料としてアルミニウム系の材料を用いると、ガソリンに含有するアルコールによって、筒内直接燃料噴射装置の燃料ポンプに腐食が発生したり、キャビテーション、さらにはエロージョンによる損耗が発生する。そこで、この筒内直接燃料噴射装置の燃料ポンプにアルミニウム材を用いても、腐食の発生、キャビテーション、さらにはエロージョンによる損耗を押さえ、それらの耐環境性を改善した筒内直接燃料噴射装置用の燃料ポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この特許文献１は、腐食の発生、キャビテーション、さらにはエロージョンによる損耗を押さえるため、アルミニウム又はアルミニウム合金を有する筒内直接燃料噴射装置用における燃料ポンプに、無電解によりＮｉ−ＰあるいはＮｉ−Ｐ系のメッキ被膜を形成している。
【特許文献１】特開２００４−３６５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アルミニウム合金を筒内直接燃料噴射装置用の燃料ポンプのボディ本体の材料として用いた場合、この燃料ポンプの材料であるアルミニウムは、通常、最表面に保護性のある酸化被膜Ａｌ２Ｏ３を形成するため、乾燥した室温の空気中の環境下で安定して存在する。しかし、ガソリンにアルコール、水分、酸成分等が混入することにより、材料の腐食が促進するおそれがある。自動車用燃料としてアルコール含有ガソリンが燃料として用いると、アルコールの存在によってアルミニウムは腐食する。
【０００６】
例えば、アルコールであるエタノールを例にとると、アルミニウムとエタノールは、
２Ａｌ＋６Ｃ２Ｈ５ＯＨ → Ａｌ（ＯＣ２Ｈ５）３ ＋３Ｈ２
の反応をする。これによりＡｌ（ＯＣ２Ｈ５）３が生成されるが、これは不安定なためすぐに
Ａｌ（ＯＣ２Ｈ５）３ ＋６Ｈ２ → ２Ａｌ（ＯＨ）３ ＋６Ｃ２Ｈ６
２Ａｌ（ＯＨ）３ → Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ＋２Ｈ２Ｏ
の反応により分解してしまう。
【０００７】
すなわち、この反応によって最表面に形成された保護性のある薄い酸化被膜Ａｌ２Ｏ３のバリヤ層は、高温状態ですぐにエタノールにより損傷してしまう。このバリヤ層の損傷によって、バリヤ層のないアルミニウム基材として腐食が進行し、損耗を生じてしまう。加えて、この反応は、高温になるほど反応速度は上昇する。具体的には、温度が１００℃以上の温度領域に曝される燃料通路系部品ではアルコールによる腐食反応が一気に加速化することになる。
【０００８】
そのため燃料供給用の燃料流路系部品におけるアルミニウム材で構成された各部品は、各種アルコールが添加された燃料中、水が混入した燃料中、酸化性成分が混入した燃料中、あるいは劣化した燃料中などに接する環境において耐久性が要求されることとなる。
【０００９】
特許文献１においては、アルミニウム又はアルミニウム合金を有する筒内直接燃料噴射装置用における燃料ポンプに、無電解によりＮｉ−ＰあるいはＮｉ−Ｐ系のメッキ被膜を形成して構成してあるが、アルミダイカスト合金の鋳巣部などの微細欠陥部には、めっきが形成されないこともある。また、ダイカストのような鋳造材以外の材料を用いた場合でも、めっき処理後にバリ、カエリ等が脱落する事により母材のアルミニウム合金が表面に現れ、結果的にめっき欠陥となる場合ことがある。
【００１０】
このため、特許文献１にあっては、アルミダイカスト合金の鋳巣部などの微細欠陥部、あるいはめっき処理後にバリ、カエリ等が脱落しためっき欠陥部に、母材のアルミニウム合金が表面に現れ、その部分から腐食が発生し、短時間で寿命に至るという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、アルミニウム合金を用いて、１００℃以上にも達する高温下であっても、優れた寿命を有する筒内直接噴射装置用の燃料ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプは、アルコール含有ガソリンを燃料とする筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプにおいて，燃料ポンプをアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成し、燃料ポンプのボディの表面にめっき層を形成被覆すると共に、燃料ポンプのボディのめっき層の上にアルミニウムの水和酸化物皮膜処理（ベーマイト処理）を行うことによって、めっき欠陥部からの腐食発生を抑制したものである。
【００１３】
また、本発明に係る筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプは、めっき層を、無電解めっきにより形成したものである。
【００１４】
さらにまた、本発明に係る筒内直接燃料噴射装置用燃料ポンプは、アルミニウムの水和酸化物皮膜処理を、無電解めっき処理と同一ラインにおいて、連続して行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成することにより、無電解めっきによって１００℃以上にも達する高温下においても、アルミニウム合金がガソリン中に含まれるアルコール等による腐食を抑え、水和酸化物皮膜処理によって、たとえめっきに欠陥があり、母材のアルミニウム合金が表面に現れた場合においても、母材であるアルミニウム合金の腐食の進行速度が遅くなり、長寿命を得ることができ、優れた信頼性を有する燃料ポンプを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
水和酸化物皮膜処理を行ったアルミニウム合金の耐アルコール腐食性について検討した結果が、図１、図２に示されている。
【００１７】
図１には、エタノール１３．５体積％を含むガソリン中での水和酸化物皮膜処理を行ったアルミダイカスト合金ＡＤＣ１２の腐食速度が示されている。
【００１８】
図１において、アルミダイカスト合金ＡＤＣ１２の腐食速度試験は、密閉圧力容器にエタノールを含むガソリンを入れ、このエタノール含有ガソリンの入った密閉圧力容器に１５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍの試験片（ルミダイカスト合金ＡＤＣ１２）を浸漬して行った。この密閉圧力容器に入ったエタノール含有ガソリンの温度は、１２０℃とし、浸漬時間は２４時間とした。その結果、水道水中で１０分の水和酸化物皮膜処理すると、水道水では耐食性向上の効果が少ないが、純水中で１０分の水和酸化物皮膜処理することにより、無処理品に比べ腐食速度が約１／５になり、純水では効果大であることがわかった。
【００１９】
図２には、０．５ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液中で、超音波浸漬１分間、前処理を行った後、水和酸化物皮膜処理を行ったアルミダイカスト合金ＡＤＣ１２の腐食速度が示されている。この図２における水和酸化物皮膜処理を行ったアルミニウム合金の耐アルコール腐食性について試験における浸漬試験条件は、図１の浸漬試験条件と同じである。その結果、ＮａＯＨ超音波浸漬（前処理）を行うことによって、腐食速度は低下し、ＮａＯＨ超音波浸漬＋水和酸化物皮膜処理１０分では、腐食がほとんど進行しないことが明らかとなった。
【００２０】
図３（ａ）には、一般的な無電解Ｎｉ−Ｐめっき工程が、図３（ｂ）には、実施したＮｉ−Ｐ無電解めっき工程が、それぞれ示されている。
【００２１】
図３（ａ）の一般的な工程では、無電解Ｎｉ−Ｐめっき工程終了後、粗水洗後に湯洗工程となるが、図３（ｂ）の実施した工程では、無電解Ｎｉ−Ｐめっき工程終了後、粗水洗後に水和酸化物皮膜処理を行っている。この一般的な湯洗工程は、約６０℃の水道水で行うが、実施した水和酸化物皮膜処理は９０℃から９５℃の純水を用いた。
【００２２】
約６０℃の水道水で行う一般的な湯洗工程においては、水和酸化物皮膜処理による耐食性向上の効果が少ないが、９０℃から９５℃の純水を用いて水和酸化物皮膜処理を行うと、効果大である。さらに、純水を用いることによって、水道水による湯洗と比較し、シミ発生を防止できる効果もある。
【００２３】
また、めっき工程のすぐ後に水和酸化物皮膜処理を行うことによって、処理されるボディは、めっきの前処理工程であるアルカリ脱脂や酸洗いによってクリーンな状態となっているため水和酸化物皮膜処理がより効果的に作用する。
【００２４】
したがって、水和酸化物皮膜処理は、めっき処理工程と同一ラインにおいて、連続して行うことが、アルコール含有燃料中での耐食性に対し有効である。
【実施例１】
【００２５】
本実施例は、ラジアルプランジャ燃料ポンプに無電解Ｎｉ−Ｐめっきを適用した例である。
【００２６】
まず、ラジアル燃料ポンプのＮｉ−Ｐめっき処理及びラジアルプランジャ燃料ポンプの製造方法について説明する。
【００２７】
図４には、アルミニウム合金からなるポンプボディ本体の断面形状が示されている。
【００２８】
このポンプボディ本体には、燃料吸入通路、燃料吐出通路、燃料流路孔、エンジン本体固定用ボルト穴等が設けられた形状となっている。なお燃料ポンプとなるためには吸入ダンパ、吐出量制御のためのソレノイド、ポンプ機構（シリンダ、プランジャ）がこのポンプボディ本体に組み込まれることとなる。
【００２９】
まず、このポンプボディ本体を製作する。なおこれらの形状加工を全て機械加工で製作することは生産性が劣る。このポンプボディ本体の概略形状（ボディ素材）の生産性に優れた製造法としては、アルミダイカストがある。このアルミダイカストは高圧でダイス内に溶融合金（アルミニウム合金）を加圧注入する鋳造方式であり、量産性に優れている。また、アルミダイカストによる製造工程は、アルミニウム合金インゴット→溶解→鋳造→ボディ素材→機械加工仕上げ→ポンプボディとなる。
【００３０】
また、ポンプボディ本体の概略形状は鍛造により形成することもできる。この鍛造は、丸棒素材を高面圧のプレスにより成形する手法であり、ダイカストに劣らず生産性に優れた製造法である。
【００３１】
また、ダイカストの場合、アルミダイカスト合金の鋳巣部などの微細欠陥部には、めっきが形成されないこともある。しかし、鍛造の場合、ダイカストのような鋳巣部などの微細欠陥部はないが、バリ、カエリ等が後述するめっきと一緒に脱落し、母材のアルミニウム合金が表面に現れる場合がある。この場合、ダイカストも同様である。
【００３２】
このような場合、めっき欠陥となり、母材のアルミニウム合金が表面に現れ、腐食に至る恐れがあり、無電解めっきのバックアップとして、アルミニウムの水和酸化物皮膜処理を行うことにより、ポンプ全体としての長寿命化を図ることができる。
【００３３】
次に、アルミダイカストにより製作されたポンプボディ本体に無電解めっき被膜を形成する。
【００３４】
本実施例で用いる無電解めっきは、無電解Ｎｉ−Ｐめっきであるが、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解銅めっき、無電解銀めっき等、電気エネルギーを用いないめっきであれば、特に種類にはこだわらない。このようにめっきの種類にこだわらないのは、燃料流路は複雑で狭隘な形状の部位があり、それらのいずれの部位においても被膜が形成されることが必須であること、まためっき被膜の厚さをできるだけ均一に形成する必要があること等による。また、電気エネルギーによるめっき方法は、形状効果による電解分布の不均一によって、複雑で狭隘な燃料流路の部位においてはめっき被膜を形成できないか、あるいは形成できても不均一になってしまうことから望ましくないためである。
【００３５】
Ｎｉ−Ｐめっきは、金属元素のＣｏ、Ｗ、無機化合物のＳｉＣ、ＢＮ、ＰＴＦＥ、無機物のＢなど、めっき被膜との合金化、あるいは分散化が可能な物質を含んでいても良い。
【００３６】
ここで、無電解Ｎｉ−Ｐめっきは、めっき液中の次亜燐酸陰イオンが周期律表の第８属金属にある条件で接触するとその金属が触媒となって脱水素分解を生じる。その生成した水素原子は触媒金属表面に吸着されてＣｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｌａｙｅｒとなって活性化し、これがめっき液中のニッケル陽イオンに接触してニッケルを金属に還元して触媒金属表面（基材）に析出する。
【００３７】
また、触媒金属表面の活性化した水素原子は液中の次亜燐酸陰イオンと反応し、その含有するリンを還元してニッケルと合金化する。この析出したニッケルが触媒となって前述のニッケルの還元めっき反応が継続して進行する。すなわちニッケルの自己触媒作用によりめっきの継続進行する特徴がある。これにより、めっき液が流通する空隙があれば均一にめっき被膜が形成される。また、めっき被膜の厚さはめっき時間と比例しており、時間の制御で管理される。
【００３８】
また、Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｐ系めっき被膜の形成工程では燃料ポンプのボディ本体の全表面に均一にめっき被膜が形成されることが必須となる。そのため、めっき処理工程においては燃料ポンプのボディ本体の全表面がめっき液に接すること、めっき液が滞留なく循環することが重要となる。
【００３９】
燃料ポンプのボディ全表面においてめっき液を滞留なく循環させることは、Ｎｉ−Ｐの自己触媒作用による析出を継続進行させるために必須である。滞留が生じると、限られためっき液量内での自己触媒作用による析出が終了し、以後の析出は停止してしまい、めっき被膜の厚さの増加は停止することになる。そのため、膜厚の不均一を生じる。このようなことを防止するため、燃料ポンプのボディ全表面においてめっき液を滞留なく循環させる一方法として、燃料ポンプのボディのめっき液中での運動、例えば上下、左右、回転運動をさせ、めっき液の流動化をすることを行う。
【００４０】
以上により、燃料ポンプのボディ全表面におけるめっき液との接触、めっき液の滞留を防止でき、燃料ポンプのボディ全表面に均一性、並びに欠陥の少ない優れためっき被膜を形成させることができる。
【００４１】
本実施例ではアルミニウムダイカスト合金ＡＤＣ１２を用い、燃料ポンプのボディ本体１００の全表面に１５μｍの無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜を形成した。また、Ｎｉ−Ｐめっき液のＰ濃度は約１１ｗｔ％であった。
【００４２】
次に、図５（断面図）を用いて上記製造方法により作成された本実施例のラジアルプランジャ燃料ポンプについて説明する。
【００４３】
なお、Ｎｉ−Ｐめっきは上述の処理によりアルミニウム材であるポンプボディ本体１００に均一に施されている。なお、本実施例ではこの燃料ポンプの燃料と接する部品としてアルミニウム材料を用いており、ポンプボディ本体１００、加圧室１１２、燃料吸入通路１１０、燃料吐出通路１１１等ではメチルアルコール、エチルアルコールなどのアルコールを含むガソリン、各種ガソリン添加剤、又は劣化したガソリンに接した状態での使用を想定している（もちろんガソリンのみの燃料の使用を否定するわけではない）。
【００４４】
燃料ポンプのボディ本体１００には燃料流路として燃料吸入通路１１０、吸入孔１０５ａ、ポンプ室１１２ａ、吐出孔１０６ａ、燃料吐出通路１１１が形成されている。吸入弁１０５は燃料吸入通路１１０と吸入孔１０５ａとの間に、吐出弁１０６は燃料吐出通路１１１と吐出孔１０６ａとの間に夫々設けられている。ここで吸入弁１０５及び吐出弁１０６はともに燃料の流通方向を制限する逆止弁である。なお加圧室１１２はポンプ室１１２ａ、吸入孔１０５ａ、吐出孔１０６ａを含んで構成されている。即ち加圧室１１２は燃料ポンプのボディ本体１００、プランジャ１０２、吸入弁１０５、吐出弁１０６により囲まれた領域として形成されている。なおプランジャ１０２はリフタ１０３を介して駆動カム２００に圧接されており、駆動カム２００の揺動運動を往復運動に変換し、加圧室１１２の容積が変化するよう構成されている。
【００４５】
一方、燃料ポンプのボディ本体１００と吸入弁ホルダ１０５ｂ、燃料ポンプのボディ本体１００と吐出弁ホルダ１０６ｂは夫々圧接されており、シリンダ１０８と燃料ポンプのボディ本体１００もプロテクタ１２０を介して圧接されている。
【００４６】
ここで本実施例のラジアルプランジャ燃料ポンプの動作について簡単に説明する。
【００４７】
燃料のガソリンは吸入弁１０５を経由して供給され、加圧室１１２に導入される。ここで吸入弁１０５はソレノイド３００の動作に依存し、ソレノイド３００がＯＦＦ（無通電）状態のときは吸入弁１０５を開弁する方向に付勢力をかけ、ソレノイド３００がＯＮ（通電）状態のときは吸入弁１０５をプランジャ１０２の往復運動に同期して開閉する自由弁とする。そしてプランジャ１０２の圧縮工程中に吸入弁１０５が閉弁すると、加圧室１１２の内圧は上昇し、吐出弁１０６が自動的に開弁し、燃料が燃料吐出通路に圧送されることとなる。
【００４８】
なお、本実施例に係る燃料ポンプの実機耐久試験を行った。燃料としてはエタノールを２２％添加したガソリンを用い、回転数３５００ｒ／ｍｉｎ、吐出圧力１２ＭＰａで試験した。
【００４９】
その結果、燃料ポンプは異常なく稼働し、ガソリン吐出流量性能も安定した値が得られた。また、試験後、分解して燃料室内の各部品の検査結果、いずれの部品においても腐食の発生、あるいは腐食による損耗は認められず、定常な状態であった。
【００５０】
一方、ポンプボディ内部にＮｉ−Ｐめっき層が損傷する程度の傷をつけて、耐久試験と同一条件にて試験した。このとき、傷は水和酸化物皮膜処理の前後でそれぞれ付加した。その結果、水和酸化物皮膜処理の後に付加した傷部のみに腐食が発生していた。つまり、Ｎｉ−Ｐめっきが完全であれば、優れた耐久性を示すが、めっき欠陥部では母材のアルミニウム合金が表面に現れ、その部分において母材は腐食してしまう。したがって、万が一めっき欠陥が生じた場合においても、水和酸化物皮膜処理によって腐食を防止する事ができることが明らかとなった。
【００５１】
以上、本実施例においては、燃料ポンプのボディ材質にアルミニウムダイカスト合金ＡＤＣ１２を用い、燃料流路に無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜を形成したため、アルコール含有燃料を使用する環境下においても、十分な寿命を満足することができた。
【００５２】
以上、本実施例によれば、燃料ポンプの燃料流路に無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜を形成し、さらに水和酸化物皮膜処理を行ったため、腐食の発生を抑えることができた。
【００５３】
また、水和酸化物皮膜処理を行っていない（水和酸化物皮膜処理後に傷ついた部分）ものは腐食が発生していることから、水和酸化物皮膜処理を用いることは、燃料ポンプの寿命向上に有効であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
腐食環境に曝されるアルミニウムまたはアルミニウム合金のとして防食技術利用可能である。特に、配管部品の内径部や微小径穴を有する部品など、アルマイト処理や電気めっきが困難な部品へ適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】水和酸化物皮膜処理を行ったアルミダイカスト合金ＡＤＣ１２の腐食速度試験結果（処理溶液、処理温度の影響）を示す図である。
【図２】水和酸化物皮膜処理を行ったアルミダイカスト合金ＡＤＣ１２の腐食速度試験結果（前処理の有無、処理時間の影響）を示す図である。
【図３】無電解Ｎｉ−Ｐめっきの工程を示す図である。
【図４】本発明の実施例における燃料ポンプのボディ本体の断面図である。
【図５】本発明の実施例における燃料ポンプの一部断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００………………ポンプボディ本体
１０２………………プランジャ
１０３………………リフタ
１０５………………吸入弁
１０５ａ……………吸入孔
１０５ｂ……………吸入弁ホルダ
１０６………………吐出弁
１０６ａ……………吐出孔
１０６ｂ……………吐出弁ホルダ
１０８………………シリンダ
１１０………………燃料吸入通路
１１１………………燃料吐出通路
１１２………………加圧室
１１２ａ……………ポンプ室
１２０………………プロテクタ
２００………………駆動カム
３００………………ソレノイド
【図１】
2006214301.tif 000003
【図２】
2006214301.tif 000004
【図３】
2006214301.tif 000005
【図４】
2006214301.tif 000006
【図５】
2006214301.tif 000007