JP6897164B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁に係り、特に、ディーゼルエンジン等に用いられる燃料噴射弁に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関では、高圧により高温となった圧縮空気に、燃料噴射弁の噴射ノズルの噴射穴から軽油等の燃料を噴射することにより燃焼を行っている。このような内燃機関では、噴射ノズルの噴射穴に、燃料のコーキングにより生成するデポジット（炭素質系の堆積物）が堆積することにより、内燃機関の出力低下が生じる可能性がある。このため噴射ノズルの噴射穴に、Ｎｉ（ニッケル）の被膜を施すことが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−３０４８９号公報

ところで、燃料噴射弁における噴射ノズルの噴射穴にＮｉの被膜を施したとしても、デポジットとＮｉとの付着力が大きいので、デポジットが噴射穴の表面から剥離して脱落しない場合がある。これにより、噴射ノズルの噴射穴へのデポジットの堆積を抑制することが困難となる可能性がある。

そこで本発明の目的は、噴射ノズルにおける燃料を噴霧する噴射穴へのデポジットの堆積を抑制可能な燃料噴射弁を提供することである。

本発明に係る燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射穴を有する噴射ノズルを備え、前記噴射穴の表面は、Ｆｅと不可避的不純物とからなる純鉄、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金で形成されていることを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射弁において、前記噴射穴は、前記純鉄または前記鉄合金で形成される鉄材層で被覆されていることを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射弁において、前記純鉄は、０．０３０質量％以下のＣと、０．２００質量％以下のＳｉと、０．５０質量％のＭｎと、０．０３０質量％のＰと、０．０３０質量％以下のＳと、を含み、残部がＦｅからなることを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射弁において、前記鉄合金は、クロムモリブデン鋼、またはＣｒとＭｏとを含むステンレス鋼であることを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射弁において、前記クロムモリブデン鋼は、０．１３質量％以上０．１８質量％以下のＣと、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のＳｉと、０．６質量％以上０．９０質量％以下のＭｎと、０．０３０質量％以下のＰと、０．０３０質量％以下のＳと、０．２５質量％以下のＮｉと、０．９質量％以上１．２０質量％以下のＣｒと、０．１５質量％以上０．２５質量％以下のＭｏと、を含み、残部がＦｅと不可避的不純物とからなることを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射弁において、前記ステンレス鋼は、０．４質量％のＣと、０．４質量％のＳｉと、０．４質量％のＭｎと、１３．５質量％のＣｒと、０．６質量％のＭｏと、を含み、残部がＦｅと不可避的不純物とからなることを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射穴を有する噴射ノズルを備え、前記噴射穴の表面は、鉄材料で形成されており、前記噴射穴の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．０８μｍ以上であることを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射弁は、前記噴射穴の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、１．０μｍ以上であることを特徴とする。

本発明に係る燃料噴射弁において、前記燃料は、バイオ燃料またはバイオディーゼル燃料を含むことを特徴とする。

上記構成の燃料噴射弁によれば、燃料噴射時に噴射ノズルの噴射穴から噴射される燃料によりデポジットが脱落し易くなるので、噴射穴へのデポジットの堆積を抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態において、燃料噴射弁の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態において、燃料噴射弁の構成を示す図である。 本発明の実施例において、デポジットの堆積量を示すグラフである。 本発明の実施例において、デポジットの洗い流し方法を説明するための図である。 本発明の実施例において、洗い流し後のデポジットの堆積厚さを示すグラフである。 本発明の実施例において、デポジットの堆積厚さの測定箇所を示す図である。 本発明の実施例において、デポジットの洗い流し後の各供試体の外観観察結果を示す写真である。 本発明の実施例において、供試体表面の中心部のデポジットの堆積厚さを示すグラフである。

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、燃料噴射弁１０の構成を示す図である。燃料噴射弁１０は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関などに用いられる。燃料は、例えば、化石燃料（軽油等）、バイオ燃料（植物油、動物油脂等を原料としたもの）、軽油とバイオ燃料とを混合したバイオディーゼル燃料（主成分が脂肪酸メチルエステル等）等であるとよい。燃料噴射弁１０が、例えば、ディーゼルエンジンに用いられる場合には、燃料には、軽油、バイオディーゼル燃料、軽油とバイオディーゼル燃料との混合油等が用いられる。

燃料噴射弁１０は、燃料を噴射する噴射穴１２を有する噴射ノズル１４を備えている。噴射ノズル１４の材質は、特に限定されないが、鉄材料等で形成されているとよい。噴射ノズル１４は、燃料タンク（図示せず）から高圧で送られる燃料を、噴射ノズル１４の先端部１５に供給する燃料供給路１６を有している。噴射ノズル１４は、噴射ノズル１４の先端部１５に、エンジンの燃焼室（図示せず）等に燃料を噴射する噴射穴１２を有している。噴射穴１２は、貫通穴で形成されており、少なくとも１つも設けられていればよく、複数設けられているとよい。噴射穴１２は、例えば、噴射ノズル１４の先端部１５に、放射状に５箇所から６箇所設けることができる。噴射穴１２は、丸穴等で形成されているとよい。噴射穴１２の内径は、例えば、０．１０ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下とするとよい。噴射穴１２の長さは、例えば、０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とするとよい。

燃料噴射弁１０は、噴射ノズル１４に駆動可能に挿入されるニードル弁１８を備えている。ニードル弁１８は、例えば、棒状に形成されている。ニードル弁１８は、油圧サーボシステム等により上下に駆動可能に構成されている。ニードル弁１８が下方に駆動して噴射穴１２を塞ぐことにより、燃料の噴射が停止する。ニードル弁１８が上方に駆動して噴射穴１２を開放することにより、燃料が噴射される。

噴射穴１２の表面は、Ｆｅ（鉄）と不可避的不純物とからなる純鉄、またはＣｒ（クロム）とＭｏ（モリブデン）とを含む鉄合金で形成されている。噴射穴１２は、Ｆｅと不可避的不純物とからなる純鉄、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金で形成される鉄材層２０で被覆されているとよい。純鉄や、ＣｒとＭｏとを含む鉄合金は、燃料のコーキングにより生成する炭素質系の堆積物であるデポジットの付着力を小さくすることができる。このため、噴射穴１２の内周面に鉄材層２０が被覆されていることにより、噴射穴１２から燃料が高圧で噴射されるときに、デポジットが容易に剥離して脱落し、噴射穴１２へのデポジットの堆積を抑制することが可能となる。鉄材層２０の厚みは、例えば、０．１μｍから１０μｍとするとよく、０．１μｍから５μｍとすることが好ましい。

鉄材層２０は、純鉄で形成されているとよい。鉄材層２０が純鉄で形成されている場合には、デポジットの付着力がより小さくなるので、デポジットが脱落して除去され易くなるからである。純鉄の純度は、特に限定されないが、９８質量％以上であるとよく、９９質量％以上であることが好ましい。純鉄に含まれる不可避的不純物は、特に限定されないが、例えば、Ｃ（炭素）、Ｓｉ（珪素）、Ｍｎ（マンガン）、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）等であるとよい。

純鉄には、例えば、ＳＵＹ１材を用いることが可能である。ＳＵＹ１材の組成は、０．０３０質量％以下のＣと、０．２００質量％以下のＳｉと、０．５０質量％以下のＭｎと、０．０３０質量％のＰと、０．０３０質量％以下のＳと、を含み、残部がＦｅで構成されている。

ＣｒとＭｏとを含む鉄合金は、主成分がＦｅからなり、ＣｒとＭｏとを含む鉄合金である。主成分とは、ＣｒとＭｏとを含む鉄合金を構成する合金成分の中で最も含有率が大きい合金成分のことである。ＣｒとＭｏとを含む鉄合金に含まれるＣｒの含有率は、０．５質量％以上１５質量％以下とするとよい。ＣｒとＭｏとを含む鉄合金に含まれるＭｏの含有率は、０．１質量％以上１質量％以下とするとよい。ＣｒとＭｏとを含む鉄合金は、クロムモリブデン鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）、またはＣｒとＭｏとを含むステンレス鋼とするとよい。

クロムモリブデン鋼は、例えば、０．１３質量％以上０．４８質量％以下のＣと、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のＳｉと、０．６０質量％以上０．８５質量％以下のＭｎと、０．０３０質量％以下のＰと、０．０３０質量％以下のＳと、０．２５質量％以下のＮｉと、０．９０質量％以上１．２０質量％以下のＣｒと、０．１５質量％以上０．４５質量％以下のＭｏと、を含み、残部がＦｅと不可避的不純物とから構成される鉄合金である。クロムモリブデン鋼には、ＳＣＭ４１５材、ＳＣＭ４１８材、ＳＣＭ４２０材、ＳＣＭ４２１材、ＳＣＭ４２５材、ＳＣＭ４３０材、ＳＣＭ４３２材、ＳＣＭ４３５材、ＳＣＭ４４０材、ＳＣＭ４４５材、ＳＣＭ８２２材等を用いることができる。また、クロムモリブデン鋼には、ＳＣＭ４１５材やＳＣＭ４２５材を用いるとよい。

ＳＣＭ４１５材は、０．１３質量％以上０．１８質量％以下のＣと、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のＳｉと、０．６質量％以上０．９０質量％以下のＭｎと、０．０３０質量％以下のＰと、０．０３０質量％以下のＳと、０．２５質量％以下のＮｉと、０．９質量％以上１．２０質量％以下のＣｒと、０．１５質量％以上０．２５質量％以下のＭｏと、を含み、残部がＦｅと不可避的不純物とからなるクロムモリブデン鋼である。

ＳＣＭ４２５材は、０．２３質量％以上０．２８質量％以下のＣと、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のＳｉと、０．６質量％以上０．９０質量％以下のＭｎと、０．０３０質量％以下のＰと、０．０３０質量％以下のＳと、０．２５質量％以下のＮｉと、０．９質量％以上１．２０質量％以下のＣｒと、０．１５質量％以上０．３０質量％以下のＭｏと、を含み、残部がＦｅと不可避的不純物とからなるクロムモリブデン鋼である。

ＣｒとＭｏとを含むステンレス鋼には、ＨＰＭ３８材等を用いることができる。ＨＰＭ３８材は、０．４質量％のＣと、０．４質量％のＳｉと、０．４質量％のＭｎと、１３．５質量％のＣｒと、０．６質量％のＭｏと、を含み、残部がＦｅと不可避的不純物とからなるステンレス鋼である。

鉄材層２０は、一般的な、乾式めっき法や湿式めっき法等で形成することが可能である。乾式めっき法には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の被膜形成方法を用いることができる。スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等に用いる装置は、一般的なスパッタリング装置、イオンプレーティング装置、真空蒸着装置等を用いることが可能である。例えば、鉄材層２０をスパッタリング法で形成する場合には、純鉄のターゲット、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金のターゲットを用いてスパッタリングすることにより、噴射穴１２の内周面に成膜すればよい。なお、鉄材層２０を設けない部位については、予めマスキングしておくとよい。

また、鉄材層２０は、噴射穴１２の内周面に、純鉄、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金で形成した円筒状等のスリーブを嵌合させて形成することも可能である。このような円筒状等のスリーブは、一般的な金属材料の成形加工方法等で形成可能である。

次に、燃料噴射弁１０の作用について説明する。燃料には、例えば、軽油、バイオディーゼル燃料、軽油とバイオディーゼル燃料との混合油等が用いられる。また、燃料は、燃料タンク（図示せず）から送られて噴射穴１２から噴射されるまでの間に、微量のＺｎ（亜鉛）を含む場合がある。燃料噴射弁１０は、エンジンの燃焼室等に、所定の時間間隔で燃料を高圧で噴射する。燃料噴射弁１０による燃料噴射の休止期間中では、燃料に含まれる油分が高温で酸化や炭化等することによりコーキングして、デポジットが噴射ノズル１４の噴射穴１２の表面に付着する。デポジットは、例えば、粘着性を有する半固体状等で形成されている。また、燃料が、バイオディーゼル燃料やＺｎ（亜鉛）を含む場合には、デポジットは、噴射ノズル１４の噴射穴１２の表面により付着し易くなる。

燃料噴射弁１０による燃料噴射期間では、燃料が、噴射ノズル１４の噴射穴１２から高圧で噴射される。噴射ノズル１４の噴射穴１２は、鉄材層２０で被覆されているので、噴射穴１２の表面と、デポジットとの付着力は小さくなり、高圧で噴射された燃料によりデポジットが容易に脱落して洗い流される。これにより、噴射ノズル１４の噴射穴１２へのデポジットの堆積が、抑制される。

なお、上記構成では、噴射ノズル１４の噴射穴１２が、鉄材層２０で被覆されるようにして構成したが、噴射ノズル１４の先端部１５を、純鉄、またはＣｒとＭｏを含む鉄合金で形成し、噴射ノズル１４の先端部１５をドリル等で穿孔することにより噴射穴１２を形成してもよい。このようにして噴射穴１２を形成することにより、噴射穴１２の表面が、純鉄、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金で形成されているので、デポジットの堆積を抑制することが可能となる。

上記構成の燃料噴射弁によれば、噴射ノズルの噴射穴の表面は、純鉄、またはＣｒとＭｏを含む鉄合金で形成されているので、デポジットの付着力が小さくなる。これにより、燃料が噴射穴から高圧で噴射されるときにデポジットが容易に脱落するので、噴射穴へのデポジットの堆積を抑制することができる。また、噴射穴がデポジットの堆積により塞がれることによる燃料の供給の低下が抑制されるので、ディーゼルエンジン等の内燃機関の出力低下を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図２は、燃料噴射弁３０の構成を示す図である。なお、同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。燃料噴射弁３０は、第１実施形態の燃料噴射弁１０と、噴射ノズル１４の噴射穴３２の構成が相違している。

燃料噴射弁３０は、燃料を噴射する噴射穴３２を有する噴射ノズル１４を備えている。噴射穴３２の表面は、鉄材料で形成されており、噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．０８μｍ以上である。鉄材料は、例えば、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼等とすることが可能である。

噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．０８μｍ以上である。算術平均粗さ（Ｒａ）は、粗さ曲線の基準長さにおけるＺ（ｘ）の絶対値の平均値であり、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定されている。なお、Ｚ（ｘ）は、粗さ曲線の平均線からの位置ｘにおける粗さ曲線の高さ（平均線より上側が正、平均線より下側が負）を示している。噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．０８μｍ以上とすることにより、噴射穴３２の表面粗さが粗くなるので、デポジットの付着力を小さくすることができる。また、噴射穴３２の表面粗さを粗くすることにより、燃料噴射時の燃料流れの乱れが大きくなり、デポジットの脱落を促進することができる。一方、噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０８μｍより小さい場合には、デポジットの付着力が大きくなると共に、燃料噴射時の燃料流れの乱れが小さくなり、デポジットが脱落し難くなる。

噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、１．０μｍ以上とするとよい。噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を１．０μｍ以上とすることにより、噴射穴３２の表面粗さがより粗くなるので、デポジットの付着力がより小さくなるからである。また、噴射穴３２の表面粗さをより粗くすることにより、燃料噴射時の燃料流れの乱れがより大きくなり、デポジットの脱落をより促進することができるからである。

噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．０８μｍ以上５μｍ以下とするとよく、１．０μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が５μｍより大きい場合には、燃料噴射時の燃料の微粒化特性等に影響が生じる可能性があるからである。

噴射穴３２の表面粗さは、一般的な表面粗さの調整方法で調整することが可能である。例えば、噴射穴３２の表面粗さは、リーマ等の切削工具を用いて調整することができる。噴射穴３２の表面粗さは、粒度や硬さの異なるセラミックス粉末等を噴射穴３２に流すことにより調整してもよい。また、噴射穴３２の表面粗さは、鉄材料を腐食可能なエッチィング液を噴射穴３２に流すことにより調整してもよい。

次に、燃料噴射弁３０の作用について説明する。燃料噴射弁３０は、エンジンの燃焼室等に、所定の時間間隔で燃料を高圧で噴射する。燃料噴射弁３０による燃料噴射の休止期間中では、燃料に含まれる油分がコーキングして、デポジットが噴射ノズル１４の噴射穴３２の表面に付着する。燃料噴射弁３０による燃料噴射期間では、燃料が、噴射ノズル１４の噴射穴３２から高圧で噴射される。噴射穴３２の表面は、鉄材料で形成されており、噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０８μｍ以上であるので、噴射穴３２の表面と、デポジットとの付着力は小さくなり、高圧で噴射された燃料によりデポジットが脱落して洗い流される。これにより、噴射ノズル１４の噴射穴３２へのデポジットの堆積が、抑制される。

なお、燃料噴射弁３０の噴射穴３２の表面を形成する鉄材料は、第１実施形態の燃料噴射弁１０の噴射穴１２の表面を形成する純鉄、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金と同じ鉄材料とするとよい。より詳細には、噴射穴３２の表面は、Ｆｅと不可避的不純物とからなる純鉄、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金からなる鉄材料で形成されており、噴射穴３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．０８μｍ以上とするとよく、１．０μｍ以上することが好ましい。噴射穴３２の表面が、ＳＵＹ１材等の純鉄、またはクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４１５材、ＳＣＭ４２５材等）、ＣｒとＭｏとを含むステンレス鋼（ＨＰＭ３８材等）などのＣｒとＭｏとを含む鉄合金で形成されていることにより、デポジットの付着力をより小さくすることができる。これにより、燃料が噴射穴３２から高圧で噴射されるときにデポジットが容易に剥離して脱落するので、デポジットの堆積をより抑制することができる。なお、燃料噴射弁３０の噴射穴３２は、噴射ノズル１４の先端部１５を、純鉄、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金で形成し、ドリル等で穿孔した後に、表面粗さを調整して形成すればよい。また、燃料噴射弁３０の噴射穴３２は、噴射穴３２の内周面に、第１実施形態の燃料噴射弁１０の噴射穴１２に被覆される鉄材層２０と同様の鉄材層を被覆した後に、鉄材層の表面粗さを調整して形成するようにしてもよい。

上記構成の燃料噴射弁によれば、噴射ノズルの噴射穴の表面は、鉄材料で形成されており、噴射穴の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．０８μｍ以上であるので、デポジットの付着力を小さくすると共に、燃料噴射時の燃料流れの乱れを大きくして、デポジットの脱落を促進することができる。これにより、噴射ノズルの噴射穴へのデポジットの堆積を抑制することが可能となる。

デポジットの堆積に対する金属材質の影響について評価した。まず、デポジットを堆積させる供試体について説明する。供試体の形状は、矩形状の平板（幅１４ｍｍ×長さ１０ｍｍ×板厚１ｍｍ）とした。実施例１の供試体は、ＳＣＭ４１５材で形成した。実施例２の供試体は、ＳＵＹ１材で形成した。実施例３の供試体は、ＨＰＭ３８材で形成した。比較例１の供試体は、ＳＵＳ３０４材で形成した。なお、ＳＵＳ３０４材の合金組成は、０．０８質量％以下のＣと、１．００質量％以下のＳｉと、２．００質量％のＭｎと、０．０４５質量％以下のＰと、０．０３０質量％以下のＳと、８．００質量％以上１０．５０質量％以下のＮｉと、１８．００質量％以上２０．００質量％以下のＣｒと、残部がＦｅと不可避的不純物とから構成されている。比較例２の供試体は、純Ｎｉで形成した。また、各供試体の表面粗さは、同じ表面粗さとした。

次に、デポジットの堆積方法について説明する。各供試体をデポジット堆積用試験油に浸漬して加熱することにより、各供試体の表面にデポジットを堆積させた。デポジット堆積用試験油は、バイオディーゼル燃料と、Ｚｎ（亜鉛）化合物と、を含み、残りが軽油からなる混合油とした。試験雰囲気は、大気雰囲気成分（空気）とした。供試体温度は、２５０℃とした。加熱時間は、９００秒とした。そして、試験前後の各供試体の重量を測定し、試験前後の供試体の重量の差をデポジットの堆積量とした。

図３は、デポジットの堆積量を示すグラフである。図３のグラフでは、横軸に各供試体を取り、縦軸にデポジットの堆積量を取り、各供試体におけるデポジットの堆積量を棒グラフで示している。実施例１の供試体は、堆積量が２．５ｍｇであった。比較例１の供試体は、堆積量が２．２ｍｇであった。実施例２の供試体は、堆積量が３．２ｍｇであった。比較例２の供試体は、堆積量が３．０ｍｇであった。実施例３の供試体は、堆積量が２．５ｍｇであった。このように、全ての供試体について、デポジットの堆積が認められた。

次に、デポジットの洗い流しに対する金属材質の影響について評価した。供試体については、上記の実施例１から３、比較例１から２の供試体と同じ材質で同じ形状のものを使用した。まず、各供試体をデポジット堆積用試験油に浸漬して加熱することにより、各供試体の表面にデポジットを堆積させた。デポジット堆積用試験油は、バイオディーゼル燃料と、Ｚｎ（亜鉛）化合物と、を含み、残部が軽油からなる混合油とした。試験雰囲気は、大気雰囲気成分（空気）とした。供試体温度は、２００℃とした。加熱時間は、９００秒とした。

デポジットの堆積後、堆積させたデポジットの洗い流しを行った。図４は、デポジットの洗い流し方法を説明するための図である。供試体４０の表面の略中心上に、試験油噴射ノズル４２を垂直に配置した。試験油噴射ノズル４２の噴射穴の口径は、０．５ｍｍとした。試験油噴射ノズル４２の先端と、供試体４０の表面との距離は、約０．２ｍｍとした。試験油噴射ノズル４２から供試体４０の表面の略中心に向けて、洗い流し用試験油を噴射した。洗い流し用試験油は、バイオディーゼル燃料を含み、残部が軽油からなる混合油とした。雰囲気は、大気圧の窒素雰囲気とした。供試体温度は、２００℃とした。洗い流し用試験油の流速は、６５ｍ／ｓとした。噴射時間は、４．８ｓとした。また、デポジットの堆積厚さについては、デポジットの堆積前と、デポジットの洗い流し後との各供試体の厚みを高精度接触式センサＧＴ２（株式会社キーエンス）で測定し、デポジットの堆積前と、デポジットの洗い流し後との供試体の厚みの差をデポジットの堆積厚さとした。

図５は、洗い流し後のデポジットの堆積厚さを示すグラフである。図５のグラフでは、横軸に各供試体を取り、縦軸に洗い流し後のデポジットの堆積厚さを取り、各供試体における洗い流し後のデポジットの堆積厚さを棒グラフで示している。実施例１の供試体は、洗い流し後の堆積厚さが１．５μｍであった。比較例１の供試体は、洗い流し後の堆積厚さが９．５μｍであった。実施例２の供試体は、洗い流し後の堆積厚さが０μｍであった。比較例２の供試体は、洗い流し後の堆積厚さが７．５μｍであった。実施例３の供試体は、洗い流し後の堆積厚さが０．５μｍであった。

このように、洗い流し後のデポジットの堆積厚さが小さい金属材質は、ＳＣＭ４１５材、ＳＵＹ１材、ＨＰＭ３８材であった。また、洗い流し後のデポジットの堆積厚さが最も小さい金属材質は、ＳＵＹ１材であった。一方、ＳＵＳ３０４材と、純Ｎｉ材とは、洗い流し後のデポジットの堆積厚さが大きくなった。この試験結果から、ＳＵＹ１材のような純鉄、ＳＣＭ４１５材のようなクロムモリブデン鋼、ＨＰＭ３８材のようなＣｒとＭｏとを含むステンレス鋼は、デポジットとの付着力が小さくなることがわかった。また、ＳＵＹ１材のような純鉄は、デポジットとの付着力がより小さくなることがわかった。これに対して、ＳＵＳ３０４材のようなＭｏを含まないステンレス鋼、純Ｎｉ材は、デポジットとの付着力が大きくなることがわかった。以上のことから、燃料噴射弁における噴射ノズルの噴射穴の表面が、純鉄、またはＣｒとＭｏとを含む鉄合金で形成されていることにより、燃料噴射時にデポジットの脱落が促進されて、噴射穴へのデポジットの堆積を抑制可能であることが明らかとなった。

次に、供試体の表面粗さを変化させた場合における洗い流し後のデポジットの堆積厚さを評価した。供試体の形状は、矩形状の平板（幅１４ｍｍ×長さ１０ｍｍ×板厚１ｍｍ）とした。供試体の材質は、ＨＰＭ３８材とした。実施例Ａの供試体は、供試体表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．０８μｍとした。実施例Ｂの供試体は、供試体表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を１．０μｍとした。参考例Ａの供試体は、供試体表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．００１μｍから０．００５μｍとした。各供試体についてデポジットの堆積後、堆積させたデポジットの洗い流しを行った。デポジットの堆積条件と、堆積したデポジットの洗い流し条件とは、上記におけるデポジットの洗い流しに対する金属材質の影響について評価したときの条件と同じ条件とした。

次に、デポジットの洗い流し後の評価方法について説明する。デポジットの洗い流し後の評価方法については、供試体の外観観察と、デポジットの堆積厚さとに基づいて行った。図６は、デポジットの堆積厚さの測定箇所を示す図である。デポジットの堆積厚さの測定箇所は、供試体の中心部の５点とした。より詳細には、デポジットの堆積厚さの測定箇所は、供試体の中心のＡ点と、Ａ点から右側に１ｍｍ離れた位置のＢ点と、Ｂ点から右側に１ｍｍ離れた位置のＣ点と、Ａ点から左側に１ｍｍ離れた位置のＤ点と、Ｄ点から左側に１ｍｍ離れた位置のＥ点の５箇所とした。また、デポジットの堆積厚さの測定方法は、上記におけるデポジットの洗い流しに対する金属材質の影響について評価したときの測定方法と同じ測定方法とした。

図７は、デポジットの洗い流し後の各供試体の外観観察結果を示す写真であり、図７（ａ）は、参考例Ａの供試体の写真であり、図７（ｂ）は、実施例Ａの供試体の写真であり、図７（ｃ）は、実施例Ｂの供試体の写真である。参考例Ａの供試体は、供試体表面の全面に、デポジットが残留して薄く堆積しているのが認められた。これに対して、実施例Ａ、Ｂの供試体は、供試体の中心部では、デポジットの堆積がほとんど認められなかった。実施例Ａ、Ｂの供試体は、デポジットが洗い流された領域の外側に、洗い流されたデポジットの集積物が認められた。この理由は、供試体の中心部及びその近傍に堆積していたデポジットが洗い流されて、供試体の中心部及びその近傍の外側に集積したと考えられる。また、実施例Ａ，Ｂの供試体を比較すると、実施例Ｂの供試体は、実施例Ａの供試体よりもデポジットが洗い流された領域が大きくなった。この理由は、実施例Ｂの供試体は、実施例Ａの供試体より供試体表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が大きいので、供試体表面を流れる洗い流し用試験油の乱れや流速が大きくなり、デポジットが洗い流された領域が大きくなったと考えられる。

図８は、供試体表面の中心部のデポジットの堆積厚さを示すグラフである。図８のグラフでは、横軸にデポジットの堆積厚さの測定箇所（図６に示すＡ点からＥ点）を取り、縦軸にデポジットの堆積厚さを取り、実施例Ａの供試体を黒四角形で示し、実施例Ｂの供試体を白三角形で示し、参考例Ａの供試体を黒菱形で示している。参考例Ａの供試体は、供試体表面の中心部におけるデポジットの堆積厚さが約５μｍから約７μｍであった。これに対して実施例Ａ、Ｂの供試体は、供試体表面の中心部におけるデポジットの堆積厚さが１μｍ以下であった。また、実施例Ｂの供試体は、実施例Ａの供試体よりも、供試体表面の中心部におけるデポジットの堆積厚さが小さくなった。

このように実施例Ａ、Ｂの供試体は、参考例Ａの供試体よりも、デポジットの堆積が抑制された。この試験結果から、供試体表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．０８μｍ以上とするとよいことがわかった。また、実施例Ｂの供試体は、実施例Ａの供試体よりも、デポジットの堆積厚さが小さくなると共に、デポジットが洗い流される領域が大きくなることから、供試体表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、１．０μｍ以上とすることが好ましいことがわかった。以上のことから、燃料噴射弁における噴射ノズルの噴射穴の表面が、鉄材料で形成されており、噴射穴の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０８μｍ以上とすることにより、燃料噴射時にデポジットの脱落が促進されて、噴射穴へのデポジットの堆積を抑制可能であることが明らかとなった。

１０、３０ 燃料噴射弁
１２、３２ 噴射穴
１４ 噴射ノズル
１６ 燃料供給路
１８ ニードル弁
２０ 鉄材層

Claims (7)

1. 燃料噴射弁であって、
   燃料を噴射する噴射穴を有する噴射ノズルを備え、
   前記噴射穴の表面は、Ｆｅと不可避的不純物とからなる純鉄で形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁であって、
   前記噴射穴は、前記純鉄で形成される鉄材層で被覆されていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または２に記載の燃料噴射弁であって、
   前記純鉄は、０．０３０質量％以下のＣと、０．２００質量％以下のＳｉと、０．５０質量％のＭｎと、０．０３０質量％のＰと、０．０３０質量％以下のＳと、を含み、残部がＦｅからなることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 燃料噴射弁であって、
   燃料を噴射する噴射穴を有する噴射ノズルを備え、
   前記噴射穴の表面は、０．５質量％以上１５質量％以下のＣｒと、０．１質量％以上１質量％以下のＭｏと、を含むステンレス鋼で形成されており、
   前記噴射穴は、前記ステンレス鋼で形成される鉄材層で被覆されていることを特徴とする燃料噴射弁。
5. 燃料噴射弁であって、
   燃料を噴射する噴射穴を有する噴射ノズルを備え、
   前記噴射穴の表面は、０．５質量％以上１５質量％以下のＣｒと、０．１質量％以上１質量％以下のＭｏと、を含むステンレス鋼で形成されており、
   前記ステンレス鋼は、０．４質量％のＣと、０．４質量％のＳｉと、０．４質量％のＭｎと、１３．５質量％のＣｒと、０．６質量％のＭｏと、を含み、残部がＦｅと不可避的不純物とからなることを特徴とする燃料噴射弁。
6. 燃料噴射弁であって、
   燃料を噴射する噴射穴を有する噴射ノズルを備え、
   前記噴射穴は、クロムモリブデン鋼、またはＣｒとＭｏとを含むステンレス鋼で形成される鉄材層で被覆されていることを特徴とする燃料噴射弁。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁であって、
   前記燃料は、バイオ燃料またはバイオディーゼル燃料を含むことを特徴とする燃料噴射弁。

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