JP2008038632A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】 内燃機関の噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴射孔近傍における燃料凝集の発生を防止するのに有効な技術を提供する。
【解決手段】 本発明に係る燃料噴射弁１０は、バルブ３０のボール弁３２が当接するバルブ当接面４１ｂから噴射孔４２ａ側の下流部位に、基材表面が燃料流動性の高いコーティング膜によって被覆された被覆部を有する構成とされる。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明に係る燃料噴射弁１０は、バルブ３０のボール弁３２が当接するバルブ当接面４１ｂから噴射孔４２ａ側の下流部位に、基材表面が燃料流動性の高いコーティング膜によって被覆された被覆部を有する構成とされる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、内燃機関において燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。
従来、例えば下記特許文献１には、燃料噴射孔を有するバルブシートとバルブとが当接して燃料噴射が停止される閉弁状態と、その当接が解除されて燃料噴射がなされる開弁状態に制御される構成の燃料噴射弁が開示されている。この燃料噴射弁では、噴射孔の近傍におけるデポジットの付着を防止するべく、噴射孔周辺に撥油性材料からなるコーティング層が形成されている。しかしながら、撥油性材料のみからなるこのようなコーティング層は、付着物に対する流動作用が弱いため、所望の油滑落性を得るのに限界があり、燃料の凝集現象の発生によって噴射孔における良好な燃料噴射が阻害され、またその場に溜まった燃料により形成された燃料残渣がデポジット成長の核となることが懸念される。
特開平９−１１２３９２号公報
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴射孔近傍における燃料凝集の発生を防止するのに有効な技術を提供することを課題とする。
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。これら各請求項に記載の発明は、自動車、船舶、作業用機械などに搭載されるエンジンやディーゼルエンジン、またその他の内燃機関において、燃料噴射のために用いる各種の燃料噴射弁に対し適用可能な技術である。
（本発明の第１発明）
前記課題を解決する本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項１に記載のこの燃料噴射弁は、内燃機関において燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料流通路、バルブ当接面、バルブ、噴射孔、被覆部を少なくとも備える。
本発明の燃料流通路は、燃料が流通する流通路として構成される。本発明のバルブ当接面は、燃料流通路上に形成されたバルブ当接面分として構成され、このバルブ当接面に本発明のバルブが当接可能に構成されている。このバルブは、典型的には電磁コイルによって駆動されて、バルブ当接面に当接した状態や、バルブ当接面に対する当接が解除された状態に設定される。また、燃料流通路のうちこのバルブ当接面よりも下流に、本発明の噴射孔が設けられている。このような構成では、バルブがバルブ当接面に当接し燃料流通路を閉止したバルブ閉止時において、噴射孔からの燃料噴射が停止される。一方、バルブがバルブ当接面に対する当接を解除して燃料流通路を開放したバルブ開放時において、燃料噴射孔からの燃料噴射がなされる。
前記課題を解決する本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項１に記載のこの燃料噴射弁は、内燃機関において燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料流通路、バルブ当接面、バルブ、噴射孔、被覆部を少なくとも備える。
本発明の燃料流通路は、燃料が流通する流通路として構成される。本発明のバルブ当接面は、燃料流通路上に形成されたバルブ当接面分として構成され、このバルブ当接面に本発明のバルブが当接可能に構成されている。このバルブは、典型的には電磁コイルによって駆動されて、バルブ当接面に当接した状態や、バルブ当接面に対する当接が解除された状態に設定される。また、燃料流通路のうちこのバルブ当接面よりも下流に、本発明の噴射孔が設けられている。このような構成では、バルブがバルブ当接面に当接し燃料流通路を閉止したバルブ閉止時において、噴射孔からの燃料噴射が停止される。一方、バルブがバルブ当接面に対する当接を解除して燃料流通路を開放したバルブ開放時において、燃料噴射孔からの燃料噴射がなされる。
ところで、この種の燃料噴射弁においては、噴射孔周辺の空間に燃料の凝集現象が発生することで、噴射孔における良好な燃料噴射が阻害される。また、噴射孔の周辺部位に燃料が溜まると、それによって形成された燃料残渣がデポジット成長の核となることが懸念される。
そこで、本発明では、噴射孔近傍における燃料凝集の発生を防止するべく、燃料流通路の各部位のうちバルブ当接面の下流部位に被覆部を設けた構成を採用している。この被覆部は、燃料流通路の各部位のうちバルブ当接面から噴射孔側の下流部位において、当該部位の基材表面を親油成分及び撥油成分が分散したコーティング膜によって被覆する構成とされる。ここでいう「バルブ当接面から噴射孔側の下流部位」には、燃料流通路の各部位のうち、バルブ当接面や噴射孔をはじめ、バルブ当接面と噴射孔との間の部位が広く包含される。
そこで、本発明では、噴射孔近傍における燃料凝集の発生を防止するべく、燃料流通路の各部位のうちバルブ当接面の下流部位に被覆部を設けた構成を採用している。この被覆部は、燃料流通路の各部位のうちバルブ当接面から噴射孔側の下流部位において、当該部位の基材表面を親油成分及び撥油成分が分散したコーティング膜によって被覆する構成とされる。ここでいう「バルブ当接面から噴射孔側の下流部位」には、燃料流通路の各部位のうち、バルブ当接面や噴射孔をはじめ、バルブ当接面と噴射孔との間の部位が広く包含される。
本発明のコーティング膜に関し、親油成分は、油滴になじみ易く、従って膜表面に油滴を引きつける吸引力を付与する。一方、撥油成分は、膜表面から油滴を浮かせる反発力を付与する。従って、撥油成分及び親油成分が互いに分散されたコーティング膜を用いることによって、油滴に対し吸引力及び反発力の２つの力を常に作用させることとなる。これにより、油滴は反発力によって浮き上がりつつ、且つ吸引力によって下方へと引き付けられるため、燃料噴射時の慣性や重力の作用によって、油膜は膜表面に残存することなく、当該膜表面上を容易に滑落し離散することとなる。本発明における燃料噴射弁のこのような構成によれば、燃料流動性の高いコーティングを採用することによって、噴射孔近傍における燃料凝集の発生を防止することができる。従って、燃料噴射時における噴霧形状や噴射量制御を安定させ、またデポジット成長の核となる燃料残渣の形成を阻止することができ、以って始動性の向上及び燃料噴射量低減を図ることが可能となる。
なお、本発明におけるコーティング膜の撥油成分としては、テトラフロオロエチレンコポリマー（ＴＥＦＣ）をはじめ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＥＰ）などからなるフッ素樹脂を用いることができる。また、このコーティング膜の親油成分としては、シリコーン樹脂（変性オルガノポリシロキサン等）、無機酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、メチル基修飾ポリマー（ポロプロピレン（ＰＰ）等）、金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ等）及び金属酸化物を用いることができる。
（本発明の第２発明）
前記課題を解決する本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項２に記載のこの燃料噴射弁材では、請求項１におけるコーティング膜は、撥油成分であるテトラフルオロエチレンコポリマーに対し、親油成分である変性シリコーンが０．０２〜５０［重量％］の割合で分散した構成とされる。テトラフルオロエチレンコポリマー及び変性シリコーンがこのような割合で分散したコーティング膜は、油滑落角度が小さく特に良好な油滑落性が得られる。なお、ここでいう「油滑落角度」は、所定の評価面に油滴を滴下したのち、この評価面を徐々に傾け、油滴が評価面上を移動（滑落）するときの傾斜角度として規定される。
前記課題を解決する本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項２に記載のこの燃料噴射弁材では、請求項１におけるコーティング膜は、撥油成分であるテトラフルオロエチレンコポリマーに対し、親油成分である変性シリコーンが０．０２〜５０［重量％］の割合で分散した構成とされる。テトラフルオロエチレンコポリマー及び変性シリコーンがこのような割合で分散したコーティング膜は、油滑落角度が小さく特に良好な油滑落性が得られる。なお、ここでいう「油滑落角度」は、所定の評価面に油滴を滴下したのち、この評価面を徐々に傾け、油滴が評価面上を移動（滑落）するときの傾斜角度として規定される。
（本発明の第３発明）
前記課題を解決する本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項３に記載のこの燃料噴射弁では、請求項２における被覆部の基材表面には、基材とテトラフルオロエチレンコポリマーとがシランカップリング剤によって結合された結合層が形成されている。この結合層は、基材表面の自然酸化膜のＯＨ基とＳｉが手を繋いで結合された分子構造を有する。このような結合層が形成されることによって、基材に対するコーティング膜の密着性向上を図ることが可能となる。
前記課題を解決する本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項３に記載のこの燃料噴射弁では、請求項２における被覆部の基材表面には、基材とテトラフルオロエチレンコポリマーとがシランカップリング剤によって結合された結合層が形成されている。この結合層は、基材表面の自然酸化膜のＯＨ基とＳｉが手を繋いで結合された分子構造を有する。このような結合層が形成されることによって、基材に対するコーティング膜の密着性向上を図ることが可能となる。
（本発明の第４発明）
前記課題を解決する本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項４に記載のこの燃料噴射弁は、内燃機関において燃料を噴射する燃料噴射弁であって、請求項１に記載の燃料噴射弁における構成要素と同様の燃料流通路、バルブ当接面、バルブ、噴射孔を備える。更に、本発明の燃料噴射弁における被覆部は、燃料流通路の各部位のうちバルブ当接面から噴射孔側の下流部位において、当該部位の基材表面をパーフルオロポリエーテル化合物を含むコーティング膜によって被覆する構成とされる。
パーフルオロポリエーテル化合物を含むこのコーティング膜では、フッ素分子が絨毯状に配列されている。この構成においては、エーテル結合（Ｃ−Ｏ−Ｃ）部分で分子鎖が容易に回転し易く、また基材結合部が柔軟で分子鎖自体が容易に屈曲することで可動範囲が大きいため、油滴の流れを妨げにくく燃料流動性が高い。本発明における燃料噴射弁のこのような構成によれば、燃料流動性の高いコーティングを採用することによって、噴射孔近傍における燃料凝集の発生を防止することができる。従って、燃料噴射時における噴霧形状や噴射量制御を安定させ、またデポジット成長の核となる燃料残渣の形成を阻止することができ、以って始動性の向上及び燃料噴射量低減を図ることが可能となる。
前記課題を解決する本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項４に記載のこの燃料噴射弁は、内燃機関において燃料を噴射する燃料噴射弁であって、請求項１に記載の燃料噴射弁における構成要素と同様の燃料流通路、バルブ当接面、バルブ、噴射孔を備える。更に、本発明の燃料噴射弁における被覆部は、燃料流通路の各部位のうちバルブ当接面から噴射孔側の下流部位において、当該部位の基材表面をパーフルオロポリエーテル化合物を含むコーティング膜によって被覆する構成とされる。
パーフルオロポリエーテル化合物を含むこのコーティング膜では、フッ素分子が絨毯状に配列されている。この構成においては、エーテル結合（Ｃ−Ｏ−Ｃ）部分で分子鎖が容易に回転し易く、また基材結合部が柔軟で分子鎖自体が容易に屈曲することで可動範囲が大きいため、油滴の流れを妨げにくく燃料流動性が高い。本発明における燃料噴射弁のこのような構成によれば、燃料流動性の高いコーティングを採用することによって、噴射孔近傍における燃料凝集の発生を防止することができる。従って、燃料噴射時における噴霧形状や噴射量制御を安定させ、またデポジット成長の核となる燃料残渣の形成を阻止することができ、以って始動性の向上及び燃料噴射量低減を図ることが可能となる。
（本発明の第５発明）
前記課題を解決する本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項５に記載のこの燃料噴射弁では、請求項４における被覆部の基材表面には、基材とパーフルオロポリエーテル化合物とがリン酸基を介して結合された結合層を有する。この結合層は、パーフルオロポリエーテル化合物の末端のリン酸基が、基材表面の自然酸化膜のＯＨ基と手を繋いで結合された分子構造を有する。このような結合層が形成されることによって、基材に対するコーティング膜の密着性向上を図ることが可能となる。
前記課題を解決する本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの燃料噴射弁である。
請求項５に記載のこの燃料噴射弁では、請求項４における被覆部の基材表面には、基材とパーフルオロポリエーテル化合物とがリン酸基を介して結合された結合層を有する。この結合層は、パーフルオロポリエーテル化合物の末端のリン酸基が、基材表面の自然酸化膜のＯＨ基と手を繋いで結合された分子構造を有する。このような結合層が形成されることによって、基材に対するコーティング膜の密着性向上を図ることが可能となる。
以上のように、本発明によれば、内燃機関において噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射弁において、特に燃料流通路の各部位のうちバルブ当接面の下流部位に、当該部位が燃料流動性の高いコーティング膜によって被覆された被覆部を設けることによって、噴射孔近傍における燃料凝集の発生を防止することが可能となった。
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
本発明の「燃料噴射弁」の一実施の形態である燃料噴射弁１０の縦断面図が図１に示される。図１に示すこの燃料噴射弁１０は、内燃機関としての車両エンジンにおいて、燃料タンクから供給される液体状態のガソリン燃料を噴射する機能を有する燃料噴射弁である。この燃料噴射弁１０は、本体部２０、バルブ（弁体）３０、バルブシート４０、駆動部５０に大別される。この燃料噴射弁１０は、「インジェクタ」とも称呼される。
本体部２０は、筒状に形成されており、その中心側（内周側）に形成された孔は、燃料通路２１ａとして用いられる。図１において、ガソリン燃料はこの燃料通路２１ａを図中上方から図中下方へと流れる。また、この本体部２０は、ガソリン燃料が流れる方向に対して上流側（図１の上側）（以下、「上流側」ともいう）に配置される固定コア２１と、燃料が流れる方向に対して下流側（図１の下側）（以下、「下流側」ともいう）に配置されるボディ２２、コネクタ２４を有している。固定コア２１とボディ２２は、磁性材料である金属により形成されている。固定コア２１の外周面の所定位置には、外周方向に突出しているフランジ２１ｂが形成されている。
また、燃料通路２１ａの上流側には、燃料通路２１ａへと供給されるガソリン燃料をフィルタ処理するための燃料フィルタ２３が取り付けられている。
また、燃料通路２１ａの上流側には、燃料通路２１ａへと供給されるガソリン燃料をフィルタ処理するための燃料フィルタ２３が取り付けられている。
バルブ３０は、燃料が流通する燃料通路３３ａ上に配設され、可動コア３１と、可動コア３１の下流側に取り付けられたボール弁（弁体）３２を有している。可動コア３１は、磁性材料である金属によって筒状に形成されており、中心側（内周側）の孔は燃料通路３１ａとして用いられる。また、この可動コア３１の側壁には、燃料通路３１ａと、バルブシートボディ４１の内周側に形成された燃料通路４１ａとを連通する連通孔３１ｂが形成されている。ボール弁３２は、球状に形成されている。バルブ３０は、本体部２０及びバルブシート４０に対し、燃料噴射弁１０の軸方向（図１の上下方向）に相対移動可能に配設されている。本実施の形態では、バルブ３０の可動コア３１が、ボディ２２の内周面に摺動可能に配設されている。
バルブシート４０は、バルブシートボディ４１を有している。このバルブシートボディ４１は、圧入等によってボディ２２の内周面に取り付けられる。バルブシートボディ４１は、筒状の部材として構成されている。バルブシートボディ４１の内周側には、燃料通路４１ａとしての孔が設けられており、当該バルブシートボディ４１の底部にはこの燃料通路４１ａに連通する開口４１ｄが形成されている。また、バルブシートボディ４１のうち、開口４１ｄの上流側には、傾斜状のバルブ当接面（当接面）４１ｂが形成されている。このバルブ当接面４１ｂは、本発明における「燃料通路」としての燃料通路４１ａ上に形成された部位であり、本発明における「バルブ当接面」に相当する。また、このバルブシートボディ４１の下流側には、噴射孔４２ａを有するプレート４２が、バルブシートボディ４１の開口４１ｄを塞ぐように設けられている。この噴射孔４２ａは、バルブ当接面４１ｂよりも下流に設けられており、本発明における「噴射孔」に相当する。
また、バルブシートボディ４１の、ボール弁３２と対向する内周面には、軸方向（図１の上下方向）に溝４１ｃが形成されている。これにより、ガソリン燃料は、燃料通路４１ａから溝４１ｃを介してプレート４２の噴射孔４２ａに流出可能である。本構成においては、ボール弁３２がバルブ当接面４１ｂに当接すると噴射孔４２aが閉じられて燃料噴射停止状態（閉弁状態）とされる。一方、ボール弁３２がバルブ当接面４１ｂから離れる（当接解除がなされる）と噴射孔４２ａが開いて燃料噴射状態（開弁状態）とされる。このとき、バルブ当接面４１ｂに当接可能なバルブ３０のボール弁３２が、本発明における「バルブ」を構成している。
また、本実施の形態では、バルブ３０をバルブシート４０方向（噴射孔４２ａを閉じる方向）に付勢するスプリング３４が設けられている。このスプリング３４は、スプリングアジャスタ３３とバルブ３０（可動コア３１）との間に設けられている。
スプリングアジャスタ３３は、固定コア２１の内周面の所定位置に、圧入等によって固定される。固定コア２１に対するスプリングアジャスタ３３の固定位置を調整することによって、バルブ３０をバルブシート４０方向に付勢するスプリング３４の付勢力を調整することができる。スプリングアジャスタ３３の内周側の孔は、燃料通路３３ａとして用いられる。これにより、ガソリン燃料は、燃料フィルタ２３、燃料通路２１ａ，３３ａ，３１ａ，４１ａ及び溝４１ｃを介して噴射孔４２ａへと供給可能とされる。
なお、バルブ３０のボール弁３２がバルブシートボディ４１のバルブ当接面４１ｂに当接した状態では、固定コア２１と可動コア３１の間に微小間隙が形成されるように構成されている。
スプリングアジャスタ３３は、固定コア２１の内周面の所定位置に、圧入等によって固定される。固定コア２１に対するスプリングアジャスタ３３の固定位置を調整することによって、バルブ３０をバルブシート４０方向に付勢するスプリング３４の付勢力を調整することができる。スプリングアジャスタ３３の内周側の孔は、燃料通路３３ａとして用いられる。これにより、ガソリン燃料は、燃料フィルタ２３、燃料通路２１ａ，３３ａ，３１ａ，４１ａ及び溝４１ｃを介して噴射孔４２ａへと供給可能とされる。
なお、バルブ３０のボール弁３２がバルブシートボディ４１のバルブ当接面４１ｂに当接した状態では、固定コア２１と可動コア３１の間に微小間隙が形成されるように構成されている。
駆動部５０は、バルブ３０を駆動する機能を有し、固定コア２１と、電磁コイル５２と、ボディ２２により構成される。
電磁コイル５２は、コイル巻き線に電流が付与されることで電磁力を発生する電磁式のコイルとして構成される。この電磁コイル５２のコイル巻き線は、固定コア２１の外周側に配置されるボビン５１に巻かれている。通常、電磁コイル５２のコイル巻き線が巻かれたこの固定コア２１は、樹脂によって被覆される。この時、一端側が電磁コイル５２に接続された接続線２５の一部がインサート成形等によって内装される。
ボディ２２は、筒状に形成され、ボビン５１の外周側に、固定コア２１のフランジ２１ｂの外周面がボディ２２の内周面の当接するように配置されている。例えば、ボディ２２の固定コア２１を、圧入等によって取り付ける。このとき、ボディ２２は、その軸方向の上流側の端部（図１の上方側の端部）が、フランジ２１ｂより上流側に位置するように配置される。
電磁コイル５２は、コイル巻き線に電流が付与されることで電磁力を発生する電磁式のコイルとして構成される。この電磁コイル５２のコイル巻き線は、固定コア２１の外周側に配置されるボビン５１に巻かれている。通常、電磁コイル５２のコイル巻き線が巻かれたこの固定コア２１は、樹脂によって被覆される。この時、一端側が電磁コイル５２に接続された接続線２５の一部がインサート成形等によって内装される。
ボディ２２は、筒状に形成され、ボビン５１の外周側に、固定コア２１のフランジ２１ｂの外周面がボディ２２の内周面の当接するように配置されている。例えば、ボディ２２の固定コア２１を、圧入等によって取り付ける。このとき、ボディ２２は、その軸方向の上流側の端部（図１の上方側の端部）が、フランジ２１ｂより上流側に位置するように配置される。
また、固定コア２１の外周側には、樹脂によって形成されたコネクタ２４が設けられている。このコネクタ２４には、外部電源に接続された接続端子が挿入可能なソケット部２４ａが形成され、このソケット部２４ａには、一端側が電磁コイル５２に接続されている接続線２５の他端側が配置されている。これにより、電磁コイル５２は、接続線２５を介して外部電源と接続可能である。
なお、電磁コイル５２と外部電源を接続する接続線２５としては、１本の接続線を用いてもよいし、直列接続される複数の接続線を用いてもよい。例えば、ボビン５１から突出している接続線と、コネクタ２４に内装されている接続線を用いることもできる。
なお、電磁コイル５２と外部電源を接続する接続線２５としては、１本の接続線を用いてもよいし、直列接続される複数の接続線を用いてもよい。例えば、ボビン５１から突出している接続線と、コネクタ２４に内装されている接続線を用いることもできる。
上記構成の燃料噴射弁１０の動作に関しては、外部電源から接続線２５を通じて電磁コイル５２に電流が供給されると、固定コア２１から可動コア３１を通ってボディ２２へと磁束が流れ、バルブ３０（可動コア３１とボール弁３２）を固定コア２１方向に移動させる駆動力が発生する。これにより、バルブ３０は、スプリング３４の付勢力に抗して、バルブシート４０から離れる方向（図１の上方向）に移動する。そして、バルブ３０は、可動コア３１が固定コア２１に当接した位置で停止する。この場合、ボール弁３２がバルブシートボディ４１のバルブ当接面４１ｂから離れる。これにより、プレート４２の噴射孔４２ａが開き、この噴射孔４２ａからガソリン燃料が噴射される開弁状態となる。
一方、この状態で電磁コイル５２への電流供給を停止すると、バルブ３０は、スプリング３４の付勢力によって、バルブシート４０に近づく方向（図１の下方向）に移動する。そして、バルブ３０は、ボール弁３２がバルブシートボディ４１のバルブ当接面４１ｂに当接した位置で停止する。この場合、噴射孔４２ａが閉じ、この噴射孔４２ａからの燃料の噴射が停止される閉弁状態となる。
ここで、図１中の燃料噴射弁１０の更なる詳細な構成に関しては、図２が参照される。この図２には、図１中の燃料噴射弁１０のＡ部分の拡大図が示されている。
図２に示すボール弁３２及びバルブシート４０の材質に関しては、いずれも鉄、鉄合金（炭素鋼、特殊鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼など）、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金などの金属材料によって適宜構成される。
図２に示すボール弁３２及びバルブシート４０の材質に関しては、いずれも鉄、鉄合金（炭素鋼、特殊鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼など）、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金などの金属材料によって適宜構成される。
ところで、この種の燃料噴射弁においては、噴射孔４２ａの周辺部位に燃料が溜まると、それによって形成された燃料残渣がデポジット成長の核となることが懸念される。このような場合には、噴射孔４２ａ周辺の空間４１ｅに燃料の凝集現象が発生することで、噴射孔４２ａにおける良好な燃料噴射が阻害される。なお、この空間４１ｅは、ボール弁３２がバルブ当接面４１ｂに当接した閉弁状態において、ボール弁３２、バルブ当接面４１ｂ及びプレート４２によって区画される空間部分とされる。
そこで、本実施の形態では、バルブシート４０の各部位のうち、バルブ当接面４１ｂから噴射孔４２ａ側の下流部位、好ましくは少なくともプレート４２の噴射孔４２ａに、基材表面に油滑落性の高いコーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設けることができる。これらコーティング膜１１０，１２０は、いずれもコーティング膜表面に油膜を残存させることなく油分を確実に滑落させることが可能な油滑落性を有するコーティング膜として構成される。これらコーティング膜１１０，１２０が、本発明における「コーティング膜」に相当し、これらコーティング膜１１０，１２０によって被覆された、バルブ当接面４１ｂから噴射孔４２ａ側の下流部位が、本発明における「被覆部」に相当する。
（コーティング膜１１０）
第１実施の形態のコーティング膜１１０の具体的な構成に関しては、図３〜図５が参照される。ここで、図３には、第１実施の形態のコーティング膜１１０の様子が模式的に示され、図４には、第１実施の形態のコーティング膜１１０の分子構造が模式的に示される。また、図５には、第１実施の形態のコーティング膜１１０における油滑落性のメカニズムが模式的に示される。
第１実施の形態のコーティング膜１１０の具体的な構成に関しては、図３〜図５が参照される。ここで、図３には、第１実施の形態のコーティング膜１１０の様子が模式的に示され、図４には、第１実施の形態のコーティング膜１１０の分子構造が模式的に示される。また、図５には、第１実施の形態のコーティング膜１１０における油滑落性のメカニズムが模式的に示される。
図３に示すように、第１実施の形態のコーティング膜１１０では、撥油成分である（撥油基を含む）テトラフロオロエチレンコポリマー（ＣＦ２ＣＦ２）ｎがベースとなり、この撥油成分に対し親油成分である（親油成分を含む）変性シリコーン（Ｒ１Ｒ２ＳｉＯ）ｍを分散させたものを主剤として用いる。この主剤としては、親油成分である変性シリコーンをベースとして、この親油成分に対し撥油成分であるテトラフロオロエチレンコポリマーを分散させたものを用いてもよい。そして、この主剤に対し、硬化剤としての脂肪族ポリイソシアネートと、密着性向上剤（シランカップリング剤）としてのオルガノシランと、溶媒としてのケトン系溶剤（アセトン或いは酢酸ブチル等）を混合した液剤を、ディッピング或いはスプレーにて基材に塗布したのち、１８０℃、１５分の焼成条件で硬化させる。これによって、基材と液剤とがシランカップリングにより密着したほぼ一定膜厚のコーティング膜１１０が形成される。このコーティング膜１１０の膜厚に関しては、例えば１［μｍ］程度、あるいはそれ以下とすることができる。このコーティング膜１１０は、撥油成分及び親油成分が互いに分散して複合化されたコーティングとされる。このようなコーティングは、撥油成分による機能と、親油成分による機能の両機能を併せ持つ、いわゆる「ハイブリッドコーティング」とも称呼される。このコーティング膜１１０が、本発明における「親油成分及び撥油成分が分散したコーティング膜」に相当する。
また、このコーティング膜１１０は、図４に示すように、基材表面の自然酸化膜のＯＨ基とＳｉが手を繋いで結合された分子構造を有する。この分子構造によって、基材とテトラフルオロエチレンコポリマーとがシランカップリング剤によって結合された密着性の高い結合層が形成される。
図５に示すように、このコーティング膜１１０における油滑落性のメカニズムに関しては、当該コーティング膜１１０の各部位のうちの親油成分は、油滴になじみ易く、従って油滴を引きつける吸引力を付与する。一方、コーティング膜１１０の各部位のうちの撥油成分は、膜表面から油滴を浮かせる反発力を付与する。従って、撥油成分及び親油成分が互いに分散して複合化されたコーティング膜１１０は、油滴に対し吸引力及び反発力の２つの力を常に作用させることとなる。これにより、基材の傾斜角度（図５中の角度θ）が滑落角度を上回る場合に油滴に重力や外力が作用すると、当該油滴は反発力によって浮き上がりつつ、且つ吸引力によって下方へと引き付けられるため、油膜は、コーティング膜１１０表面に残存することなく、コーティング膜１１０上を容易に滑落することとなる。このコーティング膜１１０の物性に関しては、対水接触角度が例えば８０°とされ、また対軽油滑落角度が１０°とされることが測定によって確認された。
従って、このようなコーティング膜１１０は、燃料噴射時の慣性や重力の作用によって、噴射孔４２ａ近傍において燃料を容易に離散させるのに有効な燃料流動性の高いコーティングとされる。このような構成によれば、デポジット成長の核となる燃料残渣の形成を阻止することができ、燃料噴射時における噴霧形状や噴射量制御を安定させることができ、以って始動性の向上及び燃料噴射量低減を図ることが可能となる。また、コーティング膜１１０は、撥油成分である（撥油基を含む）テトラフロオロエチレンコポリマーがベースとなり、この撥油成分に対し親油成分である（親油成分を含む）変性シリコーンが分散したフッ素ベースのコーティング膜であるため、とりわけ耐酸性及び耐アルカリ性に優れたコーティング膜とすることができる。
また、コーティング膜１１０において、撥油成分であるテトラフロオロエチレンコポリマーと、親油成分である変性シリコーンの好ましい配合比率に関しては、図６が参照される。ここで、図６は、第１実施の形態のコーティング膜１１０に関し、油滑落角度［°］と、テトラフロオロエチレンコポリマーに対する変性シリコーンの配合比率［ｗｔ％］との関係を示すグラフである。本発明者らは、テトラフロオロエチレンコポリマーに対する変性シリコーンの配合比率の異なるコーティング膜１１０を用いた場合の効果を定量的に評価するべく、油滴の油滑落角度に関する測定を実施した。具体的には、各コーティング膜１１０が成膜された平板に油滴を滴下したのち、この平板を徐々に傾け、油滴が各コーティング膜１１０上を移動（滑落）するときの傾斜角度を油滑落角度として測定した。この測定の結果に基づいた場合、図６に示すように、テトラフロオロエチレンコポリマーに対する変性シリコーンの配合比率に関し、油滑落角度が小さく特に良好な油滑落性が得られ、油膜残存を防止するのに有効な配合比率の範囲を、０．０２〜５０［ｗｔ％］とすることができる。また、より好ましくは当該配合比率の範囲を０．１〜１０［ｗｔ％］とすることができる。このような範囲では、配合比率によらず油滑落角度が１０［°］前後で安定しており、油膜残存を防止するのに特に効果的とされる。一例として、テトラフロオロエチレンコポリマーが９９［ｗｔ％］、変性シリコーンが１［ｗｔ％］とされた配合比率を採用することができる。
なお、本発明において、上記コーティング膜１１０の撥油成分としては、テトラフロオロエチレンコポリマー（ＴＥＦＣ）をはじめ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＥＰ）などからなるフッ素樹脂を用いることができる。また、本発明におけるコーティング膜の親油成分としては、シリコーン樹脂（変性オルガノポリシロキサン等）、無機酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、メチル基修飾ポリマー（ポロプロピレン（ＰＰ）等）、金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ等）及び金属酸化物を用いることができる。
（コーティング膜１２０）
次に、第２実施の形態のコーティング膜１２０の具体的な構成に関しては、図７及び図８が参照される。ここで、図７には、第２実施の形態のコーティング膜１２０の分子構造が模式的に示される。また、図８には、第２実施の形態のコーティング膜１２０における油滑落性のメカニズムが模式的に示される。
次に、第２実施の形態のコーティング膜１２０の具体的な構成に関しては、図７及び図８が参照される。ここで、図７には、第２実施の形態のコーティング膜１２０の分子構造が模式的に示される。また、図８には、第２実施の形態のコーティング膜１２０における油滑落性のメカニズムが模式的に示される。
第２実施の形態のコーティング膜１２０では、パーフルオロポリエーテル化合物（ＰＦＰＥ）を主剤として用いる。そして、この主剤に対し、溶媒としてのパーフルオロヘキサンを混合した液剤を、ディッピング或いはスプレーにて基材に塗布したのち、２０℃、１５分の条件で室温乾燥させる。これによって、基材と液剤とが密着したほぼ一定膜厚のコーティング膜１２０が形成される。このコーティング膜１２０の膜厚に関しては、例えば１〜１０［ｎｍ］程度とすることができる。このコーティング膜１２０が、本発明における「パーフルオロポリエーテル化合物を含むコーティング膜」に相当する。
また、このコーティング膜１２０は、図７に示すように、パーフルオロポリエーテル化合物の末端のリン酸基が、基材表面の自然酸化膜のＯＨ基と手を繋いで結合された分子構造を有する。この分子構造によって、基材とパーフルオロポリエーテル化合物とが結合された密着性の高い結合層が形成される。
図８に示すように、このコーティング膜１２０における油滑落性のメカニズムに関しては、基材表面にフッ素分子が絨毯状に配列されており、その界面はリン酸基により基材表面の自然酸化膜と結合している。この構成においては、エーテル結合（Ｃ−Ｏ−Ｃ）部分で分子鎖が容易に回転し易く、また基材結合部が柔軟で分子鎖自体が容易に屈曲することで可動範囲が大きいため、油滴の流れを妨げにくく燃料流動性が高い。これにより、基材の傾斜角度（図８中の角度θ）が滑落角度を上回る場合に油滴に重力や外力が作用すると、当該油滴はその場に留まることなく容易に滑落することとなる。このコーティング膜１２０の物性に関しては、対水接触角度が例えば１０８°とされ、対ガソリン接触角度が４２°とされ、また対軽油滑落角度が３９°とされることが測定によって確認された。
バルブシート４０の各部位のうち上記コーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設ける箇所は、前述のように少なくともプレート４２の噴射孔４２ａとするのが好ましい。ここで、コーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設ける具体的な箇所及びその方法について、図９〜図１１を参照しつつ説明する。これら図９〜図１１は、いずれも本実施の形態のコーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設ける箇所を示す部分拡大図である。なお、図９〜図１１において、コーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０が設けられる箇所が図中のハッチング領域として示される。
図９に示す形態では、まずバルブシートボディ４１の底部にプレート４２が装着された状態で、バルブ当接面４１ｂを予めマスキング処置する。そして、プレート４２に対し所定の液剤を塗布する。これにより、プレート４２のうち、噴射孔４２ａ、プレート４２の下面、及びプレート４２の上面のうちの開口４１ｄに相当する部位に、コーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０が形成されることとなる。このような形態によれば、バルブ当接面４１ｂの精度に影響を与えることなく、少なくとも噴射孔４２ａにコーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設けることができる。
図１０に示す形態では、バルブシートボディ４１の底部にプレート４２が装着された状態で、そのままバルブ当接面４１ｂ及びプレート４２に所定の液剤を塗布する。これにより、バルブ当接面４１ｂの部位に、またプレート４２のうち、噴射孔４２ａ、プレート４２の下面、及びプレート４２の上面のうちの開口４１ｄに相当する部位に、コーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０が形成されることとなる。このような形態によれば、バルブ当接面４１ｂ等に予めマスキング処置を施すことがないため、少なくとも噴射孔４２ａ及びバルブ当接面４１ｂに低コストでコーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設けることができる。
図１１に示す形態では、バルブシートボディ４１の底部に装着される前のプレート４２単品に対し、プレート４２全体に所定の液剤を塗布する。これにより、噴射孔４２ａを含むプレート４２全体に、コーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０が形成されることとなる。その後、コーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０が形成されたこのプレート４２を、溶接などによってバルブシートボディ４１の底部に装着する。このような形態によれば、液剤の塗布作業や、塗布後の検査作業が容易となる。また、バルブ当接面４１ｂ等に予めマスキング処置を施すことがないため、少なくとも噴射孔４２ａ及びバルブ当接面４１ｂに低コストでコーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設けることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、噴射孔４２ａを含むその近傍領域に燃料流動性の高いコーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設けることによって、噴射孔４２ａ近傍における燃料凝集の発生を防止することができる。従って、燃料噴射時における噴霧形状や噴射量制御を安定させ、またデポジット成長の核となる燃料残渣の形成を阻止することができ、以って始動性の向上及び燃料噴射量低減を図ることが可能となる。
（他の実施形態）
本発明は、上記実施の形態で説明した構成に限定されるものではなく、燃料噴射弁の仕様、燃料の種類等に応じて、種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明は、上記実施の形態で説明した構成に限定されるものではなく、燃料噴射弁の仕様、燃料の種類等に応じて、種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明では、上記実施の形態の燃料噴射弁１０のほか、エアアシスト式のインジェクタや直噴型のインジェクタに関し、当該インジェクタの噴射孔部分に本実施の形態のコーティング膜１１０或いはコーティング膜１２０を設ける構成を採用することもできる。
また、上記実施の形態では、流体としてガソリン燃料を噴射する燃料噴射弁について説明したが、本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンをはじめとする各種の内燃機関において燃料噴射を行う燃料噴射弁に適用可能である。この場合の燃料としては、ガソリン燃料以外に、軽油、重油、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素等が挙げられる。
１０ 燃料噴射弁
２０ 本体部
２１ 固定コア
２１ａ 燃料通路
２１ｂ フランジ
２２ ボディ
２３ 燃料フィルタ
２４ コネクタ
２４ａ ソケット部
２５ 接続線
３０ バルブ（弁体）
３１ 可動コア
３１ａ 燃料通路
３１ｂ 連通孔
３２ ボール弁
３３ スプリングアジャスタ
３３ａ 燃料通路
３４ スプリング
４０ バルブシート
４１ バルブシートボディ
４１ａ 燃料通路
４１ｂ バルブ当接面
４１ｃ 溝
４１ｄ 開口
４１ｅ 空間
４２ プレート
４２ａ 噴射孔
５０ 駆動部
５１ ボビン
５２ 電磁コイル
２０ 本体部
２１ 固定コア
２１ａ 燃料通路
２１ｂ フランジ
２２ ボディ
２３ 燃料フィルタ
２４ コネクタ
２４ａ ソケット部
２５ 接続線
３０ バルブ（弁体）
３１ 可動コア
３１ａ 燃料通路
３１ｂ 連通孔
３２ ボール弁
３３ スプリングアジャスタ
３３ａ 燃料通路
３４ スプリング
４０ バルブシート
４１ バルブシートボディ
４１ａ 燃料通路
４１ｂ バルブ当接面
４１ｃ 溝
４１ｄ 開口
４１ｅ 空間
４２ プレート
４２ａ 噴射孔
５０ 駆動部
５１ ボビン
５２ 電磁コイル
Claims (6)
- 内燃機関において燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
燃料が流通する燃料流通路と、
前記燃料流通路上に形成されたバルブ当接面と、
前記バルブ当接面に当接可能なバルブと、
前記燃料流通路のうち前記バルブ当接面よりも下流に設けられた噴射孔と、
を備え、
前記バルブが前記バルブ当接面に当接し前記燃料流通路を閉止したバルブ閉止時において、前記噴射孔からの燃料噴射が停止される一方、前記バルブが前記バルブ当接面に対する当接を解除して前記燃料流通路を開放したバルブ開放時において、前記燃料噴射孔からの燃料噴射がなされる構成であり、
前記燃料流通路の各部位のうち前記バルブ当接面から噴射孔側の下流部位には、当該部位の基材表面が親油成分及び撥油成分が分散したコーティング膜によって被覆された被覆部が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項１に記載の燃料噴射弁であって、
前記コーティング膜は、前記撥油成分であるテトラフルオロエチレンコポリマーに対し、前記親油成分である変性シリコーンが０．０２〜５０［重量％］の割合で分散した構成であることを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項２に記載の燃料噴射弁であって、
前記被覆部の基材表面には、基材と前記テトラフルオロエチレンコポリマーとがシランカップリング剤によって結合された結合層が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。 - 内燃機関において燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
燃料が流通する燃料流通路と、
前記燃料流通路上に形成されたバルブ当接面と、
前記バルブ当接面に当接可能なバルブと、
前記燃料流通路のうち前記バルブ当接面よりも下流に設けられた噴射孔と、
を備え、
前記バルブが前記バルブ当接面に当接し前記燃料流通路を閉止したバルブ閉止時において、前記噴射孔からの燃料噴射が停止される一方、前記バルブが前記バルブ当接面に対する当接を解除して前記燃料流通路を開放したバルブ開放時において、前記燃料噴射孔からの燃料噴射がなされる構成であり、
前記燃料流通路の各部位のうち前記バルブ当接面から噴射孔側の下流部位には、当該部位の基材表面がパーフルオロポリエーテル化合物を含むコーティング膜によって被覆された被覆部が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項４に記載の燃料噴射弁であって、
前記被覆部の基材表面には、基材と前記パーフルオロポリエーテル化合物とがリン酸基を介して結合された結合層を有することを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の燃料噴射弁であって、
前記噴射孔を備えるプレート部材を有し、このプレート部材が前記燃料流通路の下流側に被着される構成であり、
前記プレート部材のうちの少なくとも前記噴射孔が前記被覆部によって被覆された構成であることを特徴とする燃料噴射弁。
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|---|---|---|---|
| JP2006210237A JP2008038632A (ja) | 2006-08-01 | 2006-08-01 | 燃料噴射弁 |
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- 2006-08-01 JP JP2006210237A patent/JP2008038632A/ja active Pending
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- 2007-07-26 US US11/828,599 patent/US20080029623A1/en not_active Abandoned
- 2007-07-27 DE DE102007035288A patent/DE102007035288A1/de not_active Ceased
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