JPH04141560A

JPH04141560A - 耐食性、耐摩耗性に優れたアルコールまたはアルコール系燃料用燃料噴射ノズルボディ

Info

Publication number: JPH04141560A
Application number: JP26469590A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Fukushima; 福島　捷昭; Toshio Okuno; 奥野　利夫
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1992-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、アルコール燃料もしくはアルコールを混合し
た石油燃料（本明細書では両者およびエーテル等の有機
燃料をも含めアルコール系燃料と総称する）を用いたデ
ィーゼルエンジン燃料噴射ノズルボディの特に材質に関
する。

〔従来の技術〕

自動車用内燃機関には、従来より石油系の燃料が用いら
れ、ディーゼルエンジンでは軽油燃料が使用され、燃料
噴射ノズルからシリンダ中の圧縮され高温となった空気
中に燃料が噴射供給され、燃焼することによりエンジン
が作動する。

この燃料噴射ノズルは、燃焼室に直接取付けられるホー
ル型、副燃焼室に取付けられるビン型とに大別できるが
、いずれも第１図に１例の断面図を示すように、ノズル
ボディとニードルとの開閉によって燃料の噴射、供給お
よび遮断を行なっている。

ノズルボディとニードルは、耐摩耗性に優れた鋼で製造
され、現状ではノズルボディにはＪＩＳＳＣＭ綱の浸炭
処理材、ニードルには高速度工具鋼の焼入焼もどしされ
た材料が使用されている（表面硬さはノズルボディ：　
ＨＶ７００〜７５０、ニードル：　ＨＶ８００）。

従来の軽油を燃料として使用した場合、燃料噴射ノズル
のシートｓ（ノズルとボディのシート部）は、摩耗、腐
食、表面剥離は発生しにくく、一般に廃車に至るまで交
換することなく使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

自動車用内燃機関の燃料は、最近の石油事情（石油コス
トの上昇および生産量の減少）および有害排ガス［Ｎ　
Ｏｘ、黒煙〕の低減のため、石油系燃料に代わってアル
コールまたはアルコール系燃料の使用が検討されている
。

ディーゼルエンジンの場合も軽油燃料の代替としてアル
コール系燃料を用いることが検討され、一部実装テスト
も行なわれている。

これらの燃料としては、メチルアルコール、エチルアル
コール等のアルコールやメチルターシャリ−ブチルエー
テル等が用いられている。これ等のアルコール系燃料は
石油系燃料に比較して潤滑性に劣り、燃料噴射ノズルの
ノズルボディと二ドルのシート部の摩耗が大きくなるこ
と、またアルコール系燃料に含まれる水分、アルコール
の酸化物（アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、酢酸
、蟻酸）、不純物によって燃料系に腐食が生じることが
問題とされている。

アルコール系燃料用部材としては、特公平１−１５５８
５号、特公平１−１５５８４号、特開昭６２−９３３４
７号に示される燃料ポンプ用の耐摩耗性、耐食性Ｆｅ基
焼結合金、あるいは特開昭６１−６２６０号、特開昭６
１−２４３６７号に示される燃料タンク用鋼板が提案さ
れている。これ等の提案では、アルコール系燃料の使用
において、従来の石油系燃料での使用と較べ、耐食性、
あるいは摺動に対する耐摩耗性の向上が重要視されてい
る。

一般にディーゼルエンジンの噴射ノズルが不具合になる
ときには、ノズルボディとニードルのシート面の摩耗が
大となることがほとんどの理由である。燃料としてアル
コールを使用した場合には、さらにノズルボディ、ニー
ドル各部の腐食についても考慮する必要がある。これ等
の腐食、摩耗に対して、現在使用されているＪＩＳＳＣ
Ｍ＃ｌに浸炭したノズルボディと５ＫＨ５１等の高速度
工具鋼製のニードルとの組み合わせでは、耐食性、耐摩
耗性で不十分であり、これ等の耐摩耗性、耐食性の改善
が必要である。

本発明は、石油系燃料が、アルコール系燃料に代替され
ることによる潤滑性の低下によって生じるシート部の摩
耗の増加、シート部の打撃による剥離現象の発生、また
アルコールに含有される水分や、アルコールの酸化に伴
う生成物であるホルムアルデヒドや酢酸、蟻酸その他の
酸による腐食現象、腐食摩耗に対し、材料の化学成分に
よりこれらに対する１性を高めたノズルボディを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、重量％で、ＣＯ−５〜１．６％、Ｓｉ２．０
５以下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ　２．０−１７．０５
、ＷおよびＭｏの１種または２種を１７２Ｗ＋Ｍｏで４
．５％以下、■およびＮｂの１種または２種をＶ＋１／
２Ｎｂで２．０５以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする耐食性、耐摩耗性に優れた燃
料噴射ノズルボディ、またはこれに適宜Ｃｕ　０．５〜
３．０５、Ｇｏ６％以下およびＮｉ３％以下の１種また
は２種以上を添加したノズルボディである。

ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルボディにおいて、
アルコール系燃料を使用した場合の腐食については、ア
ルコールに含まれる蟻酸、酢酸、水分によるものである
ところから、種々な綱の熱処理材について、１０５蟻酸
＋１０５酢酸の水溶液での腐食減量をテストし、各成分
元素の影響を調べるために回帰分析を行ない、アルコー
ル燃料用噴射ノズルボディ材選定の参考とした。蟻酸、
酢酸水溶液に対する回帰分析結果としては、Ｃｒ、　Ｎ
ｉ、■、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏは耐食性を良くす
る元素、Ｃ，Ｍｎが耐食性を劣化させる元素、Ｓｌは、
耐食性に対し、有意な影響は出なかった。

摩耗に対しては、ニードルとボディとがシート面で衝突
しつつ摺れ合うため、ニードルとボディの硬さ、炭化物
の種類、量等を考慮し、テストを行なう材料の選定を行
なった。その結果、現在、軽油に使用されている５ＫＨ
２および将来アルコール系燃料に使用される可能性があ
る５ＫＨ５１でなるニードルに対して、本発明のボディ
を使用することにより、ボディおよびニードルの摩耗量
が低下することを見出したものである。

〔作用〕

次に本発明材料の化学成分限定理由について述べる。

Ｃは本発明材料の焼入組織をマルテンサイト組織に保ち
、硬さを高め、炭化物を生成し、耐摩耗性を高めるため
の必須の元素である。燃料噴射ノズルボディ材として必
要な焼入、焼もどし硬さを得るためには、最低０．５％
の添加が必要であり、また量が多くなるとアルコールに
対する耐食性の低下をまねくので最高を１．６％とした
。

Ｓｉは鋼の脱酸元素として添加されるが、さらに基地に
固溶し基地を強化し、耐摩耗性を高める効果がある。ま
た、本発明材料のように低温焼もどしして使用される場
合は、焼もどし軟化抵抗を高める。しかし、多量に添加
した場合には、熱間加工性を害するため最大２．０５と
した６Ｍｎは、鋼の精錬上不可欠の元素であるが、多量
に含まれるとオーステナイトを安定化させ、残留オース
テナイトが多くなり、硬さが出にくくなること、および
前述のようにアルコールに対する耐食性を悪化させるた
め１．５％以下とした。

Ｎｉは耐食性の向上に効果があり、また鋼の靭性を高め
るが多量に含まれるとオーステナイトが安定化し、硬さ
が出にくくなることから最大３．０５とした。

Ｃｒも前述のようにアルコールに対する耐食性向上に効
果があり、また炭化物をＭ、Ｃ，タイプのクロム炭化物
として耐摩耗性を向上させる効果を有する。この効果を
得るためには２％以上のクロムの添加が必要である。ま
たＣｒ量が多すぎると、硬さが出にくくなること、熱間
加工性が悪くなることにより、最大１７．０５とした。

Ｍｏ、Ｗは焼入性の向上、焼入硬さの上昇、耐摩耗性、
耐食性の向上には重要な元素である。しかし、多量に含
まれるとＭ、Ｃ，Ｍ、Ｃ型の硬質の粗大炭化物を生じ縞
状偏析を生じる。これは摺動時相手付を疵付は摩耗を大
きくする。なお、Ｍｏ，Ｗは同様な働きをするが、Ｗは
Ｍｏの約２倍の原子量であるため、Ｍｏ当量（１／２Ｗ
　＋Ｎａ）として規定し最大値を４．５％とした。

Ｎｂ、Ｖは本発明材の組織の均一化に有効であり、また
前述のようにアルコールに対する耐食性の向上に有効で
あるが、多量に含有した場合、硬質のＭＣ系１次炭化物
が生成され、相手材を摩耗させる効果を生じることから
、上限をＶ＋１／２Ｎｂで２．０５とした。なお、Ｎｂ
、Ｖについては、同じ効果を持つ元素であり、ＮｂがＶ
に対して約２倍の原子量であるところからＶ当量（Ｖ＋
１／２Ｎｂ）にて規定した。

Ｃｏは特に耐摩耗性、耐焼付性また耐食性の向上に極め
て有効な元素である。６．０５までの添加は効果が顕著
に増加し、それを越える添加による効果は飽和ないし漸
増するが、かえって靭性の低下が認められるため最大を
６．０５とした。

Ｃｕは、アルコール系燃料に含まれる酢酸、蟻酸に対し
ての耐食性の向上のために最も効果がある。その効果は
０．５％から顕著になり多くなるほど効果は上がるが、
多量の添加は必要なく、焼もどし硬さの低下、熱間加工
性の低下をまねくので最大３．０５とした。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

第１表に、実施例に用いたノズルボディ材の化学成分を
示す。第１表の鋼Ｎｏ、１〜１３は本発明鋼であり、従
来材Ｎｏ、１４は従来使用されているＪＩＳＳＣＭ鋼の
浸炭処理を行なう材料である（使用時には木材を浸炭処
理したのちテストに用いた）。

また比較材は、いずれも公知の材料から当該用途に適す
ると思われる材料を選定したもので、比較材Ｎｏ、１５
．１６．１７および１８はそれぞれＪＩＳの５ＫＨ５１
，５ＫＨ２，５ＫＳ９３および５ＫＳ３相当材である。

これ等の材料を加工、熱処理および仕上し、噴射作動テ
ストを行なった。

各実施例は、ホール型噴射ノズル形状のノズルボディを
各供試材で作り、５ＫＨ５１，５ＫＨ２でなる２種のニ
ードルとそれぞれ組み合わせて工業用アルコールを、２
Ｘ１０°回噴射作動するテストを行なったのち、第１図
に示す両シート面を観察した。

各々の評価としては、摩耗については２　Ｘ　１’Ｏ”
回の噴射テスト後、シート面の仕上研磨の工具跡が残っ
ているもの、すなわちほとんど摩耗のないものを（０）
、薄く残っているものを（△）、工具跡が消え摩耗疵と
なっているものを（Ｘ）とした。

剥離については、全く剥離現象のないものを（○）、シ
ート面半周について小さな（５μｍ未満）剥離が５ケ所
以内のものを（△）、それ以上の剥離が生じているもの
を（×）とした。

腐食については、全く腐食現象の見られないものを（０
）、シート面の炭化物の廻りにわずかでも腐食が認めら
れるものを（△）、明らかに複数個の斑点状の腐食が認
められるものを（Ｘ）とした。

各村の熱処理後の硬さ、作動テスト後の結果を第２表に
示す（但し、第２表はニードルとして５ＫＨ２製を組み
合わせたものの例である。

５ＫＨ５１の場合はこれとほぼ同様であった）。

第２表かられかるように、本発明噴射ノズルのボディは
、作動テスト後のシート部の摩耗、剥離、腐食が少なく
、アルコール系燃料を使用した時の耐久性が従来材と較
べ著しく良いことがわかる。

なお、石油系燃料を混合したアルコール系燃料の場合は
、アルコール単味の場合より潤滑作用があり、また腐食
作用が少ないから前述の実施例以上の使用寿命が得られ
ると思われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、テストに用いたホール形ノズルの先端シート
部の断面図である。１：ニードル、２：ノズルボディ、３：シート面、４：
噴孔。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｃ０．５−１．６％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ２．０〜１７．０％、Ｗお
よびＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで４．５％
以下、ＶおよびＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ
で２．０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする耐食性、耐摩耗性に優れた燃料噴射
ノズルボディ。
（２）重量％で、Ｃ０．５〜１．６％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ２．０〜１７．０％、Ｗお
よびＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで４．５％
以下、ＶおよびＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ
で２．０％以下、Ｃｕ０．５〜３．０％、残部Ｆｅおよ
び不可避的不純物からなることを特徴とする耐食性、耐
摩耗性に優れた燃料噴射ノズルボディ。
（３）重量％で、Ｃ０．５〜１．６％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ２．０〜１７．０％、Ｗお
よびＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで４．５％
以下、ＶおよびＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ
で２．０％以下、Ｃｏ６％以下、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなることを特徴とする耐食性、耐摩耗性に
優れた燃料噴射ノズルボディ。
（４）重量％で、Ｃ０．５〜１．６％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ２．０〜１７．０％、Ｗお
よびＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで４．５％
以下、ＶおよびＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ
で２．０％以下、Ｎｉ３％以下、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなることを特徴とする耐食性、耐摩耗性に
優れた燃料噴射ノズルボディ。
（５）重量％で、Ｃ０．５〜１．６％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ２．０〜１７．０％、Ｗお
よびＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで４．５％
以下、ＶおよびＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ
で２．０５以下、Ｃｏ６％以下、Ｎｉ３％以下、残部Ｆ
ｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐食
性、耐摩耗性に優れた燃料噴射ノズルボディ。
（６）重量％で、Ｃ０．５〜１．６％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ２．０〜１７．０％、Ｗお
よびＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで４．５％
以下、ＶおよびＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ
で２．０％以下、Ｃｕ０．５〜３．０％、Ｎｉ３％以下
、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴と
する耐食性、耐摩耗性に優れた燃料噴射ノズルボディ。
（７）重量％で、Ｃ０．５〜１．６％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ２．０〜１７．０％、Ｗお
よびＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで４．５％
以下、ＶおよびＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ
で２．０％以下、Ｃｕ０．５〜３．０％、Ｃｏ６％以下
、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴と
する耐食性、耐摩耗性に優れた燃料噴射ノズルボディ。
（８）重量％で、Ｃ０．５〜１．６％、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ１．５％以下、Ｃｒ２．０〜１７．０％、Ｗお
よびＭｏの１種または２種を１／２Ｗ＋Ｍｏで４．５％
以下、ＶおよびＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ
で２．０％以下、Ｃｕ０．５〜３．０％、Ｃｏ６％以下
、Ｎｉ３％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする耐食性、耐摩耗性に優れた燃料噴射
ノズルボディ。