JP2019100208A

JP2019100208A - 燃料噴射弁

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Publication number: JP2019100208A
Application number: JP2017229422A
Authority: JP
Inventors: 司山下; Tsukasa Yamashita; 一史芹澤; Kazufumi Serizawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-24
Also published as: CN109944726A; FR3076869A1; DE102018127515A1; US10941743B2; CN109944726B; US20190162148A1

Abstract

【課題】腐食対策を向上させた燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁１０は、燃料を噴射する噴孔が形成された弁ボデー２４（ボデー）と、噴孔を開閉する弁ニードル（弁体）と、を備える。弁ボデー２４は、基材２４１、耐食層２４２および拡散抑止層２４３を有する。基材２４１は、噴孔が形成された金属製である。耐食層２４２は、基材２４１のうち少なくとも噴孔を形成する部分の表面を覆い、基材２４１に比べて腐食しにくい材質のである。拡散抑止層２４３は、基材２４１と耐食層２４２の間に位置し、基材２４１の金属成分の拡散が耐食層２４２に比べて生じにくい材質である。【選択図】図４

Description

この明細書における開示は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

内燃機関の燃焼に用いられる燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁に関し、噴孔を形成する弁ボデーには凝縮水が付着し得る。そして、付着した凝縮水による弁ボデーの腐食が懸念される。特に噴孔の部分が腐食すると、噴孔から噴射される燃料の噴霧形状や噴射量が変化するといった、噴射特性の変化が生じてしまう。

この対策として、特許文献１には、弁ボデーの外周面および噴孔の内周面にクロムめっきを施すことで、弁ボデーの耐食性を向上させる旨が開示されている。

特開平５−２０９５７５号公報

さて、内燃機関の排ガスの一部を還流ガスとして吸気に還流させることで、排ガス規制の対象となる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させる技術が、従来より知られている。近年では、排ガス規制の強化に伴い、還流ガスの量（ＥＧＲ量）を増大させる傾向にある。

しかしながら、還流ガスには硫黄や窒素が多く含まれているため、ＥＧＲ量を増大させると、弁ボデーに付着する凝縮水に硫黄や窒素が多く溶け込むようになり、その結果、弁ボデーの腐食が促進されてしまう。そのため、近年の弁ボデーでは腐食対策の要求が高まってきており、クロムめっきを施しただけの従来構造では、腐食対策の向上に限界がある。

開示される１つの目的は、腐食対策を向上させた燃料噴射弁を提供することである。

上記目的を達成するため、開示された１つの態様は、
燃料を噴射する噴孔（２４ｈ）が形成されたボデー（２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ）と、噴孔を開閉する弁体（３０）と、を備え、
ボデーは、
噴孔が形成された金属製の基材（２４１）と、
基材のうち少なくとも噴孔を形成する部分の表面を覆い、基材に比べて腐食しにくい材質の耐食層（２４２）と、
基材と耐食層の間に位置し、耐食層に比べて腐食しやすい材質の犠牲腐食層（２４５）と、
を有する燃料噴射弁とされる。

ここで、厳密には、耐食層に欠陥が存在し、その欠陥は膜厚方向に貫通している場合がある。そのため、上記態様に反して犠牲腐食層を廃止し、基材の表面に耐食層を直接設けると、耐食層の表面に付着した凝縮水が上記欠陥を通じて基材に到達し、基材を腐食させる懸念が生じる。上記欠陥は極めて小さいので、基材に到達する凝縮水は僅かな量ではあるものの、先述したようにＥＧＲ量を増大させることに伴い腐食対策の要求が高まってきている近年においては、このような僅かな量の凝縮水であっても無視できなくなってきている。

この知見に基づき、上記態様に係る燃料噴射弁では、耐食層に比べて腐食しやすい材質の犠牲腐食層が、基材と耐食層の間に位置する。そのため、耐食層の表面に付着した凝縮水が耐食層を通過したとしても、その通過した凝縮水は犠牲腐食層で酸化反応して化学変化を生じるので、凝縮水が基材に到達することを抑制できる。よって、基材が凝縮水により酸化（腐食）することを抑制できる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第１実施形態に係る燃料噴射弁の断面図である。図１に記載の弁ボデーの断面図である。図２の拡大図である。図３の一点鎖線に示す部分の拡大図である。第１実施形態に対する比較例としての弁ボデーの断面図である。第２実施形態に係る弁ボデーの断面図である。第３実施形態に係る弁ボデーの断面図である。第４実施形態に係る弁ボデーの断面図である。第５実施形態に係る弁ボデーの断面図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。

（第１実施形態）
本開示の第１実施形態による燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼に用いられる燃料を噴孔から噴射するものである。内燃機関は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、走行駆動源として車両に搭載されている。図示しない燃料タンクに貯留された燃料（例えば軽油）は、高圧燃料ポンプによりコモンレールへ圧送された後、コモンレールから各々の燃料噴射弁１０へ分配され、燃料噴射弁１０から燃焼室へ噴射される。

図１に示すように、燃料噴射弁１０は、ボデー２０、弁ニードル３０、駆動部４０、制御弁体５０、制御プレート６０およびシリンダ６１等を備える。

ボデー２０は、駆動部ボデー２１、バルブプレート２２、オリフィスプレート２３および弁ボデー２４等の複数の金属部材を有し、これらの金属部材はリテーニングナット２５により一体的に組み合わされている。具体的には、弁ボデー２４の係止部２４ｋにリテーニングナット２５を係止させた状態で、駆動部ボデー２１のネジ部２１ａにリテーニングナット２５を締結させる。これにより、弁ボデー２４と駆動部ボデー２１とは、互いに軸方向に近づくように締め付けられる。そのため、弁ボデー２４と駆動部ボデー２１との間に位置するバルブプレート２２およびオリフィスプレート２３は、弁ボデー２４と駆動部ボデー２１とにより挟持される。

弁ニードル３０、制御プレート６０およびシリンダ６１は弁ボデー２４に収容され、駆動部４０は駆動部ボデー２１に収容され、制御弁体５０はバルブプレート２２に収容されている。さらに、駆動部ボデー２１、バルブプレート２２、オリフィスプレート２３および弁ボデー２４には、コモンレールから分配供給される高圧燃料を流通させる高圧通路Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５が形成されている。

弁ボデー２４内に形成されている高圧通路Ｈ４は、弁ニードル３０の外周面と弁ボデー２４の内壁面２４ｉｎ（図２参照）との間に形成された環状の形状である。弁ボデー２４内に形成されている高圧通路Ｈ５（図３参照）は、弁ニードル３０の先端面と弁ボデー２４の内壁面２４ｉｎとの間に形成されている。この高圧通路Ｈ５は、高圧通路Ｈ４の下流側に連通し、高圧通路Ｈ４にて環状に分布していた高圧燃料を集合させるサック室とも呼ばれる。弁ボデー２４には、燃料を噴射する複数の噴孔２４ｈが形成されている。高圧通路Ｈ５（サック室）は、噴孔２４ｈの上流側に連通し、複数の噴孔２４ｈへ高圧燃料を分配する。なお、弁ボデー２４は、噴孔２４ｈが形成された「ボデー」に相当し、弁ニードル３０は、噴孔２４ｈを開閉する「弁体」に相当する。

弁ボデー２４の内壁面２４ｉｎのうち、高圧通路Ｈ４を形成する部分であって、高圧通路Ｈ５の直上に位置する部分は、弁ニードル３０が離着座するシート面２４ｓとして機能する。弁ニードル３０がリフトアップ（開弁作動）してシート面２４ｓから離座した状態では、高圧通路Ｈ４が開放されて噴孔２４ｈから高圧燃料が噴射される。弁ニードル３０がリフトダウン（閉弁作動）してシート面２４ｓに着座した状態では、高圧通路Ｈ４が閉塞されて噴孔２４ｈからの燃料噴射が停止される。

シリンダ６１は、弾性部材ＳＰ１とオリフィスプレート２３との間に挟持された状態で弁ボデー２４に収容され、制御プレート６０はシリンダ６１に対して摺動可能な状態で配置されている。弁ニードル３０の反噴孔側には、燃料が充填される制御室６１ａが設けられている。制御室６１ａは、シリンダ６１の内周面、制御プレート６０の噴孔側の面、および弁ニードル３０の反噴孔側の面で囲まれている。

バルブプレート２２には、制御弁体５０を収容する収容室２２ａ、および収容室２２ａと連通する低圧通路Ｌ１が形成されている。オリフィスプレート２３には、高圧通路Ｈ４と収容室２２ａとを連通させる高圧通路Ｈ６、収容室２２ａと制御室６１ａとを連通させる高圧通路Ｈ７、および高圧通路Ｈ２と制御室６１ａとを連通させる高圧通路Ｈ８が形成されている。制御弁体５０は、収容室２２ａと低圧通路Ｌ１との連通を開閉するとともに、高圧通路Ｈ６と収容室２２ａとの連通を開閉する。また、制御プレート６０は、高圧通路Ｈ８と制御室６１ａとの連通を開閉する。

駆動部４０は電動アクチュエータであり、ピエゾスタック４１およびロッド４２等を有する。ピエゾスタック４１は、複数のピエゾ素子を積層したものであり、通電オンさせると伸長し、通電オフさせると縮小する。ロッド４２は、ピエゾスタック４１の伸長力を制御弁体５０へ伝達して制御弁体５０を押し下げる。

次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。

ピエゾスタック４１への通電をオンさせると、制御弁体５０が駆動部４０により押し下げられる。その結果、収容室２２ａと低圧通路Ｌ１とが連通し、かつ、高圧通路Ｈ６と収容室２２ａとの連通が遮断される。そうすると、制御室６１ａの燃料が、高圧通路Ｈ７、収容室２２ａおよび低圧通路Ｌ１の順に流出し、制御室６１ａの燃料圧力（背圧）が低下する。その結果、弾性部材ＳＰ１から付与される閉弁力に抗して弁ニードル３０が開弁作動して、噴孔２４ｈから燃料が噴射される。

ピエゾスタック４１への通電をオフさせると、制御弁体５０が弾性部材ＳＰ２により押し上げられる。その結果、収容室２２ａと低圧通路Ｌ１との連通が遮断され、かつ、高圧通路Ｈ６と収容室２２ａとが連通する。そうすると、高圧通路Ｈ６から収容室２２ａおよび高圧通路Ｈ７を通じて制御室６１ａへ高圧燃料が流入し、制御室６１ａの燃料圧力（背圧）が上昇する。その結果、弁ニードル３０が閉弁作動して、噴孔２４ｈから燃料が噴射される。なお、高圧通路Ｈ７から制御室６１ａへの燃料流入を開始した直後に、制御プレート６０が開作動して高圧通路Ｈ８と制御室６１ａとが連通する。これにより、両方の高圧通路Ｈ７、Ｈ８から高圧燃料が制御室６１ａへ流入するので、通電オン後の背圧上昇が促進され、弁ニードル３０の閉弁応答性向上が図られる。

さて、弁ボデー２４のうち噴孔２４ｈが形成されている部分は、内燃機関の燃焼室に露出しており、燃焼前の混合気や燃焼後の排気に晒されている。そして、内燃機関の停止後において、燃焼室に残存する排気が温度低下すると、排気に含まれている水成分が凝縮して弁ボデー２４に付着することがある。排気には窒素や硫黄が含まれていることに起因して、弁ボデー２４に付着する凝縮水にも窒素や硫黄が含まれている。そのため、弁ボデー２４は、窒素や硫黄が溶け込んだ水に対する耐腐食性、つまり酸性の水との酸化反応が生じにくい性質が要求される。特に近年、ＥＧＲ量を増大させる傾向にあることは先述した通りであり、高い耐腐食性が要求されている。

以下、上述した耐腐食性を発揮させる弁ボデー２４の構造について、図４を用いて説明する。

図４に示すように、弁ボデー２４は、基材２４１、耐食層２４２および犠牲腐食層２４５を有する。基材２４１は、鉄を主成分とする鉄系金属であり、円柱形状の母材を加工することで図２に示す形状に形成されている。基材２４１の表面全体、つまり内壁面２４ｉｎと外壁面２４ｏｕｔ（図２参照）の全体には、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２が積層して設けられている。

耐食層２４２は、基材に比べて腐食しにくい材質、例えば酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）および酸化チタン（ＴｉＯ_２）等により形成されている。耐食層２４２の材質は、原子配列が非周期となっている非晶質（アモルファス）であることが望ましいが、周期的な原子配列となっている結晶質であってもよい。

犠牲腐食層２４５は、基材２４１と耐食層２４２の間に位置し、耐食層２４２に比べて腐食しやすい金属酸化物等の材質である。例えば、犠牲腐食層２４５の材質は、耐食層２４２に含まれる複数種類の金属酸化物と同じ成分を含み、それらの成分の配合を異ならせることで、耐食層２４２に比べて腐食しやすい材質となっている。或いは、犠牲腐食層２４５の材質は、基材２４１の主成分（例えば鉄）と同一の成分を主成分とする。

いずれにしても、犠牲腐食層２４５の材質は、水素イオン指数（ＰＨ）が４以下で溶出する材質であることが望ましい。つまり、犠牲腐食層２４５に辿り着いた凝縮水のＰＨが４以下であれば、その凝縮水により犠牲腐食層２４５は酸化して溶出する。より望ましくは、犠牲腐食層２４５の材質は、水素イオン指数が２以下で溶出する材質である。

耐食層２４２の膜厚は、犠牲腐食層２４５の膜厚と同一に形成されている。また、これらの膜厚は０．５μｍ未満であることが望ましい。耐食層２４２と基材２４１とでは線膨張係数が異なっており、犠牲腐食層２４５の線膨張係数は、耐食層２４２と基材２４１との中間の値である。また、耐食層２４２と基材２４１とではヤング率が異なっており、犠牲腐食層２４５のヤング率は、耐食層２４２と基材２４１との中間の値である。

耐食層２４２および犠牲腐食層２４５は、気相での化学反応により基材２４１の表面に膜を堆積する手法、つまり化学気相成長法により形成される。特に、化学気相成長法の一種である原子層堆積法（ＡＬＤ）で耐食層２４２および犠牲腐食層２４５を形成することが望ましい。具体的には、先ず、加熱された状態の基材２４１をチャンバー内に配置する。その後、犠牲腐食層２４５の前駆体となるガス状材料をチャンバー内に投入して、基材２４１の表面に犠牲腐食層２４５を成膜する。その後、耐食層２４２の前駆体となるガス状材料をチャンバー内に投入して、犠牲腐食層２４５の表面に耐食層２４２を成膜する。

このように、基材２４１の表面に犠牲腐食層２４５および耐食層２４２を化学気相成長法で積層するので、基材２４１の表面には犠牲腐食層２４５が接触し、犠牲腐食層２４５の表面には耐食層２４２が接触する。そして、耐食層２４２の表面は噴孔２４ｈに露出し、噴孔２４ｈの内壁面２４ｈｓとして機能する。

以上により、本実施形態によれば、弁ボデー２４は、基材２４１、耐食層２４２および犠牲腐食層２４５を有する。基材２４１は、噴孔２４ｈが形成された金属製である。耐食層２４２は、基材２４１のうち少なくとも噴孔２４ｈを形成する部分の表面を覆い、基材２４１に比べて腐食しにくい材質である。犠牲腐食層２４５は、耐食層２４２に比べて腐食しやすい材質である。

ここで、図４に示すように、厳密には、耐食層２４２に存在する欠陥が、積層方向に貫通する貫通孔２４２ａを形成する。例えばＡＬＤにおいて、犠牲腐食層２４５の表面のうち、耐食層２４２の前駆体となるガス状材料が付着しなかった部分が、上記欠陥として形成されてしまう。犠牲腐食層２４５にも、耐食層２４２と同様にして欠陥により形成される貫通孔２４５ａが存在する。特に、化学気相成長法により同一工程で成膜された１つの膜内では、欠陥が膜を貫通する形状（貫通孔）になりやすい。但し、耐食層２４２および犠牲腐食層２４５の各々は別工程で成膜されているため、耐食層２４２の貫通孔２４２ａと犠牲腐食層２４５の貫通孔２４５ａとが連通する可能性は低い。

例えば、図５に示す比較例としての弁ボデー２４Ｘの如く、本実施形態に反して犠牲腐食層２４５を備えていない場合、以下のように基材２４１が腐食することが懸念される。すなわち、内壁面２４ｈｓに付着した凝縮水は、耐食層２４２の貫通孔２４２ａを通じて耐食層２４２を膜厚方向に通過して基材２４１に到達し、その到達した凝縮水により基材２４１が酸化（腐食）して強度不足に陥る。

これに対し、本実施形態では犠牲腐食層２４５を備えるので、内壁面２４ｈｓに付着した凝縮水が、耐食層２４２の貫通孔２４２ａを通過したとしても、その通過した凝縮水は犠牲腐食層２４５で酸化反応して化学変化を生じる。そのため、凝縮水が犠牲腐食層２４５の貫通孔２４５ａを通じて基材２４１に到達することを抑制できる。よって、基材２４１が凝縮水により酸化することを抑制でき、基材２４１が腐食することを抑制できる。要するに、犠牲腐食層２４５が基材２４１よりも優先して腐食することで、耐食層２４２を通過して基材２４１に到達する凝縮水を犠牲腐食層２４５で減少させる。これにより、基材２４１の腐食を抑制できる。

仮に、基材２４１が凝縮水で腐食する場合には、基材２４１のうち耐食層２４２の側の面が腐食により大きく凹むことになる。すると、その凹んだ部分に積層されている犠牲腐食層２４５および耐食層２４２は、基材２４１から浮き上がって剥がれ落ちやすくなる。このように各層が基材２４１から剥がれ落ちると、噴孔２４ｈの内壁面２４ｈｓ形状が変化して、噴孔２４ｈから噴射される燃料の噴霧形状や噴射量が変化するといった、噴射特性の変化が生じてしまう。この問題に対し、本実施形態によれば、上述の如く犠牲腐食層２４５を備えることで基材２４１の腐食を抑制できるので、各層が剥がれ落ちることによる噴射特性の変化を抑制できる。なお、犠牲腐食層２４５の膜厚は基材２４１の厚さ寸法に比べて極めて薄い。そのため、腐食した犠牲腐食層２４５は、腐食した基材２４１のように大きく凹むことがないので、その凹んだ部分に積層されている耐食層２４２が剥がれ落ちる可能性は低い。

さらに本実施形態では、犠牲腐食層２４５は、水素イオン指数が４以下で溶出する材質である。そのため、凝縮水が犠牲腐食層２４５で酸化反応しやすくなるので、凝縮水が犠牲腐食層２４５で酸化反応せずに基材２４１へ到達するおそれを抑制できる。

（第２実施形態）
図６に示すように、本実施形態に係る弁ボデー２４Ａは、犠牲腐食層２４５と耐食層２４２との間に位置する中間層２４４を有する。中間層２４４は複数の膜を積層して設けられている。図６では、これら各々の膜を中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃと表記している。

各々の中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃは、気相での化学反応により犠牲腐食層２４５の表面に膜を堆積する手法、つまり化学気相成長法により形成される。特に、化学気相成長法の一種である原子層堆積法（ＡＬＤ）で中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃを形成することが望ましい。

中間層２４４の線膨張係数は、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方よりも低く、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の他方よりも高い。例えば、耐食層２４２の線膨張係数が犠牲腐食層２４５の線膨張係数よりも高い場合には、中間層２４４の線膨張係数は、耐食層２４２（一方）よりも低く犠牲腐食層２４５（他方）よりも高い値に設定される。さらに、複数の中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃの線膨張係数は、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方に近づくほど徐々に高くなり、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の他方に近づくほど徐々に低くなるように設定されている。

中間層２４４のヤング率は、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方よりも低く、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の他方よりも高い。例えば、耐食層２４２のヤング率が犠牲腐食層２４５のヤング率よりも高い場合には、中間層２４４のヤング率は、耐食層２４２（一方）よりも低く犠牲腐食層２４５（他方）よりも高い値に設定される。さらに、複数の中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃのヤング率は、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方に近づくほど徐々に高くなり、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の他方に近づくほど徐々に低くなるように設定されている。

中間層２４４を形成する金属成分には、犠牲腐食層２４５を形成する金属成分および耐食層２４２を形成する金属成分の両方が含まれている。具体的には、先ず、第１実施形態と同様にして、犠牲腐食層２４５の前駆体となるガス状材料（第１前駆体）を、基材２４１が配置されたチャンバー内に投入して、基材２４１の表面に犠牲腐食層２４５を成膜する。その後、耐食層２４２の前駆体となるガス状材料（第２前駆体）および第１前駆体の両方を、チャンバー内に投入して、犠牲腐食層２４５の表面に１層目の中間層２４４ａを成膜する。

次に、第１前駆体および第２前駆体をチャンバー内に投入して、１層目の中間層２４４ａの表面に２層目の中間層２４４ｂを成膜する。さらにその後、第１前駆体および第２前駆体をチャンバー内に投入して、２層目の中間層２４４ｂの表面に３層目の中間層２４４ｃを成膜する。各々の中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃの成膜工程において、第１前駆体および第２前駆体の投入割合を異ならせることで、線膨張係数およびヤング率を上述の如く設定する。なお、複数の中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃの膜厚は、全て同一に形成されている。次に、第２前駆体をチャンバー内に投入して、中間層２４４ｃの表面に耐食層２４２を成膜する。

中間層２４４の材質は、上述の如く犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の前駆体を混合させたものであるため、中間層２４４の耐食性は、耐食層２４２より低く犠牲腐食層２４５より高い。複数の中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃの耐食性は拡散抑止層２４３に近づくほど徐々に低くなる。

ここで、本実施形態に反して中間層２４４を有しない場合、弁ボデー２４Ａが熱膨張または熱収縮すると、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の線膨張係数の違いに起因して、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２境界で剥離やクラック等の損傷が懸念される。これに対し、本実施形態に係る弁ボデー２４Ａは、犠牲腐食層２４５と耐食層２４２との間に位置する中間層２４４を有する。そして、中間層２４４の線膨張係数は、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方よりも低く他方よりも高い。そのため、隣接する各層間での線膨張係数の違いを小さくできるので、上記損傷の懸念を抑制できる。

さらに、中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃの線膨張係数は、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方に近づくほど徐々に高くなり他方に近づくほど徐々に低くなる。そのため、中間層２４４の全体を同一の線膨張係数にした場合に比べて、中間層２４４ａと犠牲腐食層２４５との線膨張係数の違いを小さくでき、同様に、中間層２４４ｃと耐食層２４２との線膨張係数の違いを小さくできる。よって、上記損傷の懸念抑制を促進できる。

また、本実施形態に反して中間層２４４を有しない場合、弁ボデー２４Ａが外力を受けて変形すると、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２のヤング率の違いに起因して、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２境界で剥離やクラック等の損傷が懸念される。これに対し本実施形態では、中間層２４４のヤング率は、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方よりも低く他方よりも高い。そのため、隣接する各層間でのヤング率の違いを小さくできるので、上記損傷の懸念を抑制できる。

さらに、中間層２４４ａ、２４４ｂ、２４４ｃのヤング率は、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方に近づくほど徐々に高くなり他方に近づくほど徐々に低くなる。そのため、中間層２４４の全体を同一のヤング率にした場合に比べて、中間層２４４ａと犠牲腐食層２４５とのヤング率の違いを小さくでき、同様に、中間層２４４ｃと耐食層２４２とのヤング率の違いを小さくできる。よって、上記損傷の懸念抑制を促進できる。

さらに本実施形態では、中間層２４４を形成する金属成分には、犠牲腐食層２４５を形成する金属成分および耐食層２４２を形成する金属成分の両方が含まれている。そのため、中間層の線膨張係数またはヤング率を犠牲腐食層２４５および耐食層２４２の一方よりも低くし、他方よりも高くすることを、容易に実現できる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態に係る弁ボデー２４は、図４に示すように、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２が基材２４１に設けられた構造である。これに対し、本実施形態に係る弁ボデー２４Ｂは、図７に示すように、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２に加えて拡散抑止層２４３が基材２４１に設けられた構造である。以下、拡散抑止層２４３について詳細に説明する。

拡散抑止層２４３は、基材２４１と犠牲腐食層２４５の間に位置し、基材２４１の金属成分（例えば鉄）の拡散が耐食層２４２および犠牲腐食層２４５に比べて生じにくい材質、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等により形成されている。「拡散」は、気体や液体内で物質が拡がる現象として知られているが、固体内でも原子、イオン、欠陥が移動して拡散し得る。そして、拡散抑止層２４３は、基材２４１の金属原子が拡散抑止層２４３に入り込んで拡散することが生じにくい材質で形成されている。拡散抑止層２４３の材質は、原子配列が非周期となっている非晶質（アモルファス）であることが望ましいが、周期的な原子配列となっている結晶質であってもよい。

拡散抑止層２４３は、犠牲腐食層２４５と耐食層２４２の間に形成される。例えば、拡散抑止層２４３は、耐食層２４２および犠牲腐食層２４５とともに、化学気相成長法（例えばＡＬＤ）により基材２４１に形成される。具体的には、先ず、加熱された状態の基材２４１をチャンバー内に配置する。その後、拡散抑止層２４３の前駆体となるガス状材料をチャンバー内に投入して、基材２４１の表面に拡散抑止層２４３を成膜する。その後、犠牲腐食層２４５の前駆体となるガス状材料をチャンバー内に投入して、拡散抑止層２４３の表面に犠牲腐食層２４５を成膜する。その後、耐食層２４２の前駆体となるガス状材料をチャンバー内に投入して、犠牲腐食層２４５の表面に耐食層２４２を成膜する。なお、犠牲腐食層２４５の膜厚は、耐食層２４２の膜厚または拡散抑止層２４３の膜厚と同一に形成されている。

以上により、本実施形態に係る弁ボデー２４Ｂは、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２に加えて拡散抑止層２４３を有する。拡散抑止層２４３は、基材２４１と犠牲腐食層２４５との間に位置し、基材２４１の金属成分の拡散が犠牲腐食層２４５に比べて生じにくい材質である。そのため、基材２４１の金属成分が犠牲腐食層２４５へ直接拡散することは無くなり、拡散抑止層２４３により犠牲腐食層２４５および耐食層２４２への拡散が抑止される。

特に本実施形態では、拡散抑止層２４３は基材２４１に接触しているので、基材２４１から拡散する金属成分は、拡散抑止層２４３により直ぐに抑止される。そのため、基材２４１の金属成分が耐食層２４２へ拡散することの抑止効果を向上できる。

（第４実施形態）
上記第３実施形態に係る弁ボデー２４Ｂは、耐食層２４２および犠牲腐食層２４５を１層ずつ備える。これに対し、図８に示す本実施形態の弁ボデー２４Ｃは、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２を複数有し、複数の耐食層２４２および複数の犠牲腐食層２４５は交互に積層配置されている。

複数の耐食層２４２および複数の犠牲腐食層２４５の各層は、線膨張係数およびヤング率を異にする。図８の例では、耐食層２４２が２層、犠牲腐食層２４５が２層であり、上記各層の合計は４層である。そして、各層の線膨張係数およびヤング率は、基材２４１に近づくにつれて徐々に変化する。例えば、上記４層のうち、基材２４１に近い層ほど線膨張係数およびヤング率が大きい値に設定されている。或いは、上記４層のうち、基材２４１に近い層ほど線膨張係数およびヤング率が小さい値に設定されている。

以上により、本実施形態によれば、ボデー２４Ｂは、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２を複数有し、複数の耐食層２４２および複数の犠牲腐食層２４５は交互に積層配置されている。そのため、拡散抑止層２４３および基材２４１へ凝縮水が到達するおそれを、より一層抑制できる。また、各層に形成される貫通孔２４２ａ、２４５ａが互いに直接連通する可能性は低いので、耐食層２４２および犠牲腐食層２４５を１層ずつ備える場合であって各層の膜厚を厚くした場合に比べて、凝縮水到達のおそれを抑制できる。

ここで、本実施形態に反して、複数の耐食層２４２および複数の犠牲腐食層２４５の各層が、線膨張係数を異にしていない場合、以下の懸念が生じる。すなわち、弁ボデー２４Ｂが熱膨張または熱収縮すると、上記各層の線膨張係数の違いに起因して、各層の境界で剥離やクラック等の損傷が懸念される。この懸念に対し本実施形態では、複数の耐食層２４２および複数の犠牲腐食層２４５の各層は、線膨張係数を異にする。そして、上記各層の線膨張係数は、基材２４１に近づくにつれて徐々に変化する。そのため、隣接する各層間での線膨張係数の違いを小さくできるので、上記損傷の懸念を抑制できる。

また、本実施形態に反して、上記各層がヤング率を異にしていない場合、弁ボデーが外力を受けて変形すると、上記各層のヤング率の違いに起因して各層の境界で剥離やクラック等の損傷が懸念される。この懸念に対し本実施形態では、複数の耐食層２４２および複数の犠牲腐食層２４５の各層は、ヤング率を異にする。そして、上記各層のヤング率は、基材２４１に近づくにつれて徐々に変化する。そのため、隣接する各層間でのヤング率の違いを小さくできるので、上記損傷の懸念を抑制できる。

（第５実施形態）
上記第４実施形態に係る弁ボデー２４Ｃでは、耐食層２４２、拡散抑止層２４３および犠牲腐食層２４５の各層の膜厚が同一である。これに対し、図９に示す本実施形態の弁ボデー２４Ｄは、耐食層２４２および拡散抑止層２４３に比べて犠牲腐食層２４５の膜厚を大きく設定している。

そのため、本実施形態によれば、拡散抑止層２４３および基材２４１へ凝縮水が到達するおそれを、より一層抑制できる。なお、本実施形態の変形例として、耐食層２４２および拡散抑止層２４３に比べて犠牲腐食層２４５の膜厚を小さく設定してもよい。また、複数の犠牲腐食層２４５の膜厚を同一にしてもよいし、異ならせてもよい。

（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

上記各実施形態では、犠牲腐食層２４５は、耐食層２４２に比べて腐食しやすい材質であるが、なおかつ、基材２４１に比べて腐食しやすい材質であってもよい。或いは、犠牲腐食層２４５は、耐食層２４２より腐食しやすく、かつ、基材２４１より腐食しにくい材質であってもよい。

上記第３実施形態では、拡散抑止層２４３は、犠牲腐食層２４５に対して耐食層２４２の反対側に設けられているが、犠牲腐食層２４５に対して耐食層２４２の側に設けられていてもよい。また、上記第３実施形態では、拡散抑止層２４３は、基材２４１の金属成分の拡散が犠牲腐食層２４５に比べて生じにくい材質であるが、上記拡散が耐食層２４２に比べて生じにくい材質であってもよい。

上記各実施形態では、基材２４１の材質の具体例として鉄系金属を挙げているが、さらなる具体例として、肌素焼き鋼、ステンレス、工具鋼、アルミニウム等が挙げられる。また、基材２４１には、焼入れ、浸炭、窒化などの熱処理が施されていてもよいし、このような熱処理が施されていなくてもよい。また、基材２４１は金属酸化物であってもよい。

上記第１実施形態では、耐食層２４２の膜厚は、犠牲腐食層２４５の膜厚と同一に形成されているが、犠牲腐食層２４５の膜厚より小さくてもよいし、大きくてもよい。また、上記第３実施形態の如く弁ボデー２４Ｂが拡散抑止層２４３を有する場合において、耐食層２４２の膜厚は、拡散抑止層２４３の膜厚と同一でもよいし、拡散抑止層２４３の膜厚より小さくてもよいし、大きくてもよい。

上記各実施形態では、拡散抑止層２４３は犠牲腐食層２４５または耐食層２４２よりも拡散しやすい材質である。換言すれば、基材２４１の金属成分の拡散しやすさの指標を拡散係数とし、拡散係数の値が大きいほど拡散しやすいとした場合に、拡散抑止層２４３の拡散係数は犠牲腐食層２４５または耐食層２４２の拡散係数より小さい。そして、このような拡散係数の関係は、少なくとも５００℃以下の環境で成立していればよい。また、上述した拡散係数の関係は、基材２４１が鉄系金属である場合に成立していればよい。

上記各実施形態では、耐食層２４２、犠牲腐食層２４５および拡散抑止層２４３はＡＬＤ製法により成膜されている。これに対し、ＡＬＤ以外の化学気相成長法により成膜されていてもよい。また、化学気相成長法以外の製法、例えばめっきにより成膜されていてもよい。

上記各実施形態では、基材２４１の表面全体、つまり内壁面２４ｉｎと外壁面２４ｏｕｔ（図２参照）の全体に、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２が設けられている。これに対し、弁ボデー２４のうちリテーニングナット２５で覆われている部分に設けることを廃止してもよい。なお、弁ボデー２４のうち少なくとも噴孔２４ｈが形成されている部分については、犠牲腐食層２４５および耐食層２４２が設けられている。

上記各実施形態では、排ガスの一部を吸気へ還流させる機能を有する内燃機関に搭載される燃料噴射弁１０を対象として、耐食層２４２および犠牲腐食層２４５が設けられている。これに対し、上記還流の機能を有していない内燃機関に搭載される燃料噴射弁を対象として、耐食層２４２および犠牲腐食層２４５が設けられていてもよい。

上記第４実施形態では、複数の耐食層２４２および複数の犠牲腐食層２４５の各層は、線膨張係数およびヤング率の両方を異にする。これに対し、線膨張係数およびヤング率の一方を異にしつつ他方については同一にしてもよいし、線膨張係数およびヤング率の両方を同一にしてもよい。

上記第２実施形態に係る弁ボデー２４Ａは複数の中間層２４４を有しているが、中間層２４４は１つであってもよい。また、上記第２実施形態では、複数の中間層２４４の線膨張係数またはヤング率が徐々に変化しているが、複数の中間層２４４の線膨張係数またはヤング率が同一であってもよい。

上記各実施形態では、拡散抑止層２４３が基材２４１に接触した状態で設けられている。これに対し、拡散抑止層２４３と基材２４１との間に別の層が設けられ、拡散抑止層２４３が基材２４１に非接触の状態であってもよい。

１０燃料噴射弁、２４弁ボデー（ボデー）、２４１基材、２４２耐食層、２４３拡散抑止層、２４４中間層、２４５犠牲腐食層、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ弁ボデー（ボデー）、２４ｈ噴孔、３０弁ニードル（弁体）。

Claims

燃料を噴射する噴孔（２４ｈ）が形成されたボデー（２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ）と、
前記噴孔を開閉する弁体（３０）と、を備え、
前記ボデーは、
前記噴孔が形成された金属製の基材（２４１）と、
前記基材のうち少なくとも前記噴孔を形成する部分の表面を覆い、前記基材に比べて腐食しにくい材質の耐食層（２４２）と、
前記基材と前記耐食層の間に位置し、前記耐食層に比べて腐食しやすい材質の犠牲腐食層（２４５）と、
を有する燃料噴射弁。
前記ボデーは、前記犠牲腐食層および前記耐食層を複数有し、
複数の前記耐食層および複数の前記犠牲腐食層は交互に積層配置されている請求項１に記載の燃料噴射弁。
複数の前記耐食層および複数の前記犠牲腐食層の各層は、線膨張係数またはヤング率を異にし、
前記各層の線膨張係数またはヤング率は、前記基材に近づくにつれて徐々に変化する請求項２に記載の燃料噴射弁。
前記ボデーは、前記犠牲腐食層と前記耐食層との間に位置する中間層（２４４）を有し、
前記中間層の線膨張係数またはヤング率は、前記犠牲腐食層および前記耐食層の一方よりも低く、前記犠牲腐食層および前記耐食層の他方よりも高い請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
前記中間層の線膨張係数またはヤング率は、前記犠牲腐食層および前記耐食層の一方に近づくほど徐々に高くなり、前記犠牲腐食層および前記耐食層の他方に近づくほど徐々に低くなる請求項４に記載の燃料噴射弁。
前記中間層を形成する金属成分には、前記犠牲腐食層を形成する金属成分および前記耐食層を形成する金属成分の両方が含まれている請求項４または５に記載の燃料噴射弁。
前記犠牲腐食層は、水素イオン指数が４以下で溶出する材質である請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。