JP2017067038A - 燃料ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】エアギャップによる電力効率の悪化を抑えることのできる燃料ポンプを提供する。【解決手段】燃料ポンプ５０は、シリンダ２２３内を往復移動するプランジャ２２４を備えている。また、燃料ポンプ５０は、プランジャ２２４に接続された第１可動子４４０と、第１可動子４４０のカウンタウェイトとして機能する第２可動子４５０と、第１可動子４４０と第２可動子４５０との間に設けられた電磁石４２０と、第１可動子４４０と第２可動子４５０との間に設けられた第１磁性部材４３０と、第１可動子４４０と第２可動子４５０とが離間するように付勢する第１スプリング４６０とを備える。そして、電磁石４２０及び第１磁性部材４３０と第１可動子４４０の第１傾斜面４４６との間に第２磁性部材７１０を設けるとともに、電磁石４２０及び第１磁性部材４３０と第２可動子４５０の第２傾斜面４５６との間に第３磁性部材７２０を設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料ポンプに関する。
シリンダ内をプランジャが移動することにより、シリンダ及びプランジャによって区画される加圧室内の燃料を加圧する燃料ポンプが知られている。
そうしたプランジャを往復移動させるための駆動機構として、例えば特許文献１に記載の装置では、電磁石によって往復移動する可動子を備えており、この可動子にプランジャとして機能するピストンを接続するようにしている。
特開２０１４−１１７１４９号公報
ところで、空気の透磁率は、鉄などの磁性体に比べて非常に小さい。そのため、電磁石と可動子とが離れておりエアギャップが存在する状態では、電磁石と可動子との間に空気が存在するため、電磁石で発生した磁場の強さに空気の透磁率を乗算した磁束密度の値は小さくなり、可動子に作用する磁力は弱くなってしまう。従って、そうしたエアギャップによる磁力の低下を見込んで、より多くの電力を電磁石に供給しなければならず、電力効率が悪化してしまうおそれがある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、エアギャップによる電力効率の悪化を抑えることのできる燃料ポンプを提供することにある。
上記課題を解決する燃料ポンプは、シリンダと、前記シリンダ内を往復移動するプランジャと、前記シリンダ及び前記プランジャによって区画される加圧室と、を有しており前記シリンダ内で前記プランジャを移動させることにより前記加圧室の燃料を加圧するポンプ部を備えている。そして、この燃料ポンプは、前記プランジャの径方向に広がりながら傾斜する第１傾斜面を有しており前記プランジャに接続された第１可動子と、前記プランジャの軸方向において前記第１可動子と対向するように設けられて前記プランジャの径方向に広がりながら傾斜する第２傾斜面を有しており前記第１可動子の往復移動に伴い発生する振動を抑えるためのカウンタウェイトとして機能する第２可動子と、前記第１可動子及び前記第２可動子を内部に備えるハウジングと、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に設けられた電磁石と、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に設けられて前記プランジャの径方向において前記電磁石に並設されており前記ハウジングに固定された第１磁性部材と、前記第１可動子と前記第２可動子とが離間するように付勢する第１スプリングと、前記電磁石及び前記第１磁性部材と前記第１傾斜面との間に設けられるとともに、前記第１傾斜面と同一の傾斜角であって前記第１傾斜面に接触する第３傾斜面を有しており、前記電磁石及び前記第１磁性部材に接触した状態で前記プランジャの径方向に移動する第２磁性部材と、前記第１傾斜面と前記第３傾斜面とが接触した状態を維持するように前記第２磁性部材を付勢する第２スプリングと、前記電磁石及び前記第１磁性部材と前記第２傾斜面との間に設けられるとともに、前記第２傾斜面と同一の傾斜角であって前記第２傾斜面に接触する第４傾斜面を有しており、前記電磁石及び前記第１磁性部材に接触した状態で前記プランジャの径方向に移動する第３磁性部材と、前記第２傾斜面と前記第４傾斜面とが接触した状態を維持するように前記第３磁性部材を付勢する第３スプリングと、を備えるようにしている。
同構成によれば、電磁石が通電されると、第１傾斜面を有する第１可動子と第２傾斜面を有する第２可動子とが電磁石及び第１磁性部材に吸引されるため、第１可動子と第２可動子とは互いに近づくように移動する。また、電磁石の通電が停止されると、上記第１スプリングの付勢力によって第１可動子と第２可動子とは互いに離間するように移動する。従って、電磁石の通電と通電停止を繰り返すことにより、第１可動子に接続されたプランジャは往復移動するとともに、第１可動子のカウンタウェイトとして機能する第２可動子は、第１可動子の移動方向に対して相反する方向に同期して移動するようになる。そのため、第１可動子の往復移動によって生じる振動は第２可動子の往復移動によって生じる振動によって打ち消されるようになる。
ここで、同構成では、第１可動子の第１傾斜面と電磁石及び第１磁性部材との間に上記第２磁性部材を備えているため、電磁石が通電されると第２磁性部材が磁化し、第１可動子の第１傾斜面は磁化した第２磁性部材の第３傾斜面に吸着される。このようにして第１可動子の第１傾斜面と第２磁性部材の第３傾斜面とが磁力によって接触した状態になっているときには、第１傾斜面が電磁石や第１磁性部材に近づく方向に移動する場合、第３傾斜面に作用する分力によって第２磁性部材はプランジャの径方向に移動する。こうして電磁石や第１磁性部材に近づく方向に第１傾斜面が移動する場合には、第２磁性部材はプランジャの径方向に移動しながら第１可動子の第１傾斜面及び電磁石及び第１磁性部材に吸着した状態を維持する。従って、電磁石の通電中において、第１可動子及び電磁石の間にエアギャップが生じたり、第１可動子及び第１磁性部材の間にエアギャップが生じたりすることが抑えられる。
また、電磁石の通電が停止されると、上記第１スプリングの付勢力によって第１可動子の第１傾斜面は電磁石や第１磁性部材から遠ざかる方向に移動する。このときには、上記第２スプリングの付勢力によって、第１可動子の第１傾斜面と第２磁性部材の第３傾斜面とが接触した状態を維持しながら第２磁性部材はプランジャの径方向に移動する。こうして電磁石や第１磁性部材から遠ざかる方向に第１傾斜面が移動する場合にも、第２磁性部材はプランジャの径方向に移動しながら第１可動子の第１傾斜面及び電磁石及び第１磁性部材に接触した状態を維持する。従って、電磁石の通電が再び開始されるときに、第１可動子及び電磁石の間にエアギャップが生じていたり、第１可動子及び第１磁性部材の間にエアギャップが生じていたりすることも抑えられる。
同様に、同構成では、第２可動子の第２傾斜面と電磁石及び第１磁性部材との間に上記第３磁性部材を備えているため、電磁石が通電されると第３磁性部材が磁化し、第２可動子の第２傾斜面は磁化した第３磁性部材の第４傾斜面に吸着される。このようにして第２可動子の第２傾斜面と第３磁性部材の第４傾斜面とが磁力によって接触した状態になっているときには、第２傾斜面が電磁石や第１磁性部材に近づく方向に移動する場合、第４傾斜面に作用する分力によって第３磁性部材はプランジャの径方向に移動する。こうして電磁石や第１磁性部材に近づく方向に第２傾斜面が移動する場合には、第３磁性部材はプランジャの径方向に移動しながら第２可動子の第２傾斜面及び電磁石及び第１磁性部材に吸着した状態を維持する。従って、電磁石の通電中において、第２可動子及び電磁石の間にエアギャップが生じたり、第２可動子及び第１磁性部材の間にエアギャップが生じたりすることが抑えられる。
また、電磁石の通電が停止されると、上記第１スプリングの付勢力によって第２可動子の第２傾斜面は電磁石や第１磁性部材から遠ざかる方向に移動する。このときには、上記第３スプリングの付勢力によって、第２可動子の第２傾斜面と第３磁性部材の第４傾斜面とが接触した状態を維持しながら第３磁性部材はプランジャの径方向に移動する。こうして電磁石や第１磁性部材から遠ざかる方向に第２傾斜面が移動する場合にも、第３磁性部材はプランジャの径方向に移動しながら第２可動子の第２傾斜面及び電磁石及び第１磁性部材に接触した状態を維持する。従って、電磁石の通電が再び開始されるときに、第２可動子及び電磁石の間にエアギャップが生じていたり、第２可動子及び第１磁性部材の間にエアギャップが生じていたりすることが抑えられる。
このように同構成によれば、上記第２磁性部材及び上記第３磁性部材を備えることにより、エアギャップによる電力効率の悪化を抑えることができるようになる。
また、上記燃料ポンプにおいて、前記第２磁性部材及び第３磁性部材は、前記プランジャの径方向への移動に際して前記電磁石に接触した状態を常に維持する第１磁性部と、前記プランジャの径方向への移動に際して前記第１磁性部材に接触した状態を常に維持する第２磁性部と、前記第１磁性部及び前記第２磁性部の間に配設された非磁性部と、を備えることが好ましい。
同構成によれば、上記第１磁性部及び上記第２磁性部によって、各可動子の傾斜面（つまり上記第１傾斜面や第２傾斜面）を吸着する磁気回路の一部が構成される。ここで、第２磁性部材及び第３磁性部材がプランジャの径方向に移動するに際して、第１磁性部は電磁石と常に接触しており、第２磁性部は第１磁性部材に常に接触している。従って、第２磁性部材及び第３磁性部材がプランジャの径方向に移動しても、各可動子の傾斜面を吸着する磁気回路は切断されることなく繋がった状態を保つことができる。そのため、例えば各可動子の傾斜面に強い磁力が作用する状態を維持することができる。
一実施形態の燃料ポンプが設置されたエンジンの燃料系の構成を模式的に示す略図。 同実施形態の燃料ポンプの断面図。 第２磁性部材の配設態様を示す平面図。 同実施形態の燃料ポンプであって電磁石の通電時における状態を示す断面図。 同実施形態の燃料ポンプであって電磁石の通電停止時における状態を示す断面図。 同実施形態の燃料ポンプに設けられた電磁石の通電状態とプランジャのストローク量との関係を示すタイミングチャート。 電磁石及び第１可動子の間の距離と可動子に作用する磁力の強さとの関係を示すグラフ。 同実施形態の燃料ポンプの変形例を示す断面図。
以下、燃料ポンプの一実施形態を、図１〜図７を参照して詳細に説明する。本実施形態の燃料ポンプ５０は、車載用の筒内噴射式エンジンに設けられる高圧燃料ポンプとして構成されている。
図１に示すように、筒内噴射式エンジンの燃料タンク１０の内部には、燃料を汲み出すフィードポンプ１１が設けられている。フィードポンプ１１は、低圧燃料通路１２を介して燃料ポンプ５０に接続されている。低圧燃料通路１２には、その内部の燃料圧力が規定値を超えたときに、その内部の燃料を燃料タンク１０に排出するレギュレータ１４が設けられている。
燃料ポンプ５０は、例えば燃料タンク近傍に設けられており、高圧燃料通路１９を介してデリバリパイプ２０に接続されている。デリバリパイプ２０には、筒内噴射式エンジンの各気筒に設けられたインジェクタ２１が接続されている。
図２に示すように、燃料ポンプ５０は、高圧燃料を吐出するポンプ部２００と、ポンプ部２００を駆動する駆動部４００とを備えている。
ポンプ部２００は、内部に円筒状のシリンダ２２３が形成されたポンプボディ２２０を備えている。シリンダ２２３には、丸棒状のプランジャ２２４が往復移動可能に配設されている。プランジャ２２４は、一端がシリンダ２２３の内部に挿入されており、他端がシリンダ２２３の外部に突出した状態で配設されている。そして、シリンダ２２３の内部がプランジャ２２４によって区画されることにより、燃料を加圧する加圧室２２５が形成されている。
ポンプボディ２２０は、低圧燃料通路１２を介して送油されてくる低圧燃料が加圧室２２５に流入することを許容する一方、加圧室２２５から低圧燃料通路１２への燃料流入を遮断する第１逆止弁２２８を備えている。
また、ポンプボディ２２０は、加圧室２２５で加圧された高圧燃料が高圧燃料通路１９に流入することを許容する一方、高圧燃料通路１９から加圧室２２５への燃料流入を遮断する第２逆止弁２２９を備えている。
プランジャ２２４においてシリンダ２２３の外部に突出した端部には、円環形状のスプリング座２３３が組み付けられている。スプリング座２３３とポンプボディ２２０との間には、加圧室２２５から後退する方向にプランジャ２２４を付勢するスプリング２３２が配設されている。
駆動部４００は、筒状のハウジング４１０を備えている。このハウジング４１０の外周面には、プランジャ２２４においてスプリング座２３３の設けられた端部がハウジング４１０の内部に露出するようにしてポンプ部２００が組み付けられている。
ハウジング４１０内には、第１可動子４４０が設けられている。第１可動子４４０は略円盤状であって軟磁性体で形成されている。第１可動子４４０の中心部には、第１可動子４４０の径方向に対して平行に広がる円板状の第１平面部４４１が形成されており、この第１平面部４４１の中心部からはプランジャ２２４の端部に接続される棒状の接続部４４２が延びている。
第１平面部４４１の外周には、ポンプ部２００が配設された方向に延びる筒状の第１壁部４４３が形成されており、この第１壁部４４３の末端には、第１可動子４４０の径方向に対して平行に広がる環状の第２平面部４４４が形成されている。
第２平面部４４４の外周には、ポンプ部２００が配設された方向とは逆の方向に延びる筒状の第２壁部４４５が形成されており、この第２壁部４４５の末端には、プランジャ２２４の径方向（プランジャ２２４の中心軸Ｃに直交する方向）に広がりながら傾斜した環状の第１傾斜面４４６が形成されている。
また、ハウジング４１０内には、第２可動子４５０が設けられている。第２可動子４５０は、プランジャ２２４の軸方向（プランジャ２２４の中心軸Ｃが延びる方向）において第１可動子４４０と対向するように設けられている。
この第２可動子４５０も略円盤状であって軟磁性体で形成されている。第２可動子４５０の中心部には、第２可動子４５０の径方向に対して平行に広がる円板状の第４平面部４５１が形成されている。
第４平面部４５１の外周には、ポンプ部２００が配設された方向とは逆の方向に延びる筒状の第４壁部４５３が形成されており、この第４壁部４５３の末端には、第２可動子４５０の径方向に対して平行に広がる環状の第５平面部４５４が形成されている。
第５平面部４５４の外周には、ポンプ部２００が配設された方向に延びる筒状の第５壁部４５５が形成されており、この第５壁部４５５の末端には、プランジャ２２４の径方向（プランジャ２２４の中心軸Ｃに直交する方向）に広がりながら傾斜した環状の第２傾斜面４５６が形成されている。この第２傾斜面４５６の傾斜角及び上記第１傾斜面４４６の傾斜角は同一にされている。
第２可動子４５０は、第１可動子４４０の往復移動に伴い発生する振動を抑えるためのカウンタウェイトとして機能するように設けられており、第１可動子４４０の質量と第２可動子４５０の質量とがほぼ同じになるように、それら第１可動子４４０及び第２可動子４５０の板厚や大きさ等は設定されている。ちなみに、第１可動子４４０及び第２可動子４５０の質量ができるだけ同じになるように、第１可動子４４０や第２可動子４５０に質量調整用の孔を空けたり、錘を付けたりしてもよい。また、第１可動子４４０の質量に対してプランジャ２２４の質量が無視できない程度に大きい場合には、第２可動子４５０の質量と、第１可動子４４０の質量及びプランジャ２２４の質量の和とがほぼ同じになるようにすることが望ましい。
第１可動子４４０の第１傾斜面４４６と第２可動子４５０の第２傾斜面４５６との間には電磁石４２０が配設されている。この電磁石４２０は、ハウジング４１０の周方向に沿うようにして環状に配設されている。
なお、第１傾斜面４４６の外周に向かうほど、第１傾斜面４４６は電磁石４２０から離れていくように第１傾斜面４４６の傾斜方向は設定されている。同様に、第２傾斜面４５６の外周に向かうほど、第２傾斜面４５６は電磁石４２０から離れていくように第２傾斜面４５６の傾斜方向も設定されている。
また、第１可動子４４０の第１傾斜面４４６と第２可動子４５０の第２傾斜面４５６との間には、ハウジング４１０に固定されたリング状の第１磁性部材４３０が配設されている。この第１磁性部材４３０は、プランジャ２２４の径方向において電磁石４２０の内周側に並設されており、鉄などの軟磁性体で形成されている。
第１可動子４４０の第２平面部４４４と第２可動子４５０の第５平面部４５４との間には、第１可動子４４０と第２可動子４５０とが離間するように付勢する第１スプリング４６０が配設されている。
また、第１可動子４４０の第１平面部４４１と、この第１平面部４４１に対向するハウジング４１０の内壁との間には、第１可動子４４０を第１磁性部材４３０に近づく方向に付勢するスプリング４７０が配設されている。
また、第２可動子４５０の第４平面部４５１と、この第４平面部４５１に対向するハウジング４１０の内壁との間には、第２可動子４５０を第１磁性部材４３０に近づく方向に付勢するスプリング４８０が配設されている。
スプリング４７０及びスプリング４８０は、自由長、ばね定数、及び駆動部４００への組み付け時におけるプリロードが同一にされている。また、スプリング４７０及びスプリング４８０のばね定数は、第１スプリング４６０のばね定数よりも十分に小さくされており、第１スプリング４６０による第１可動子４４０と第２可動子４５０との離間がスプリング４７０及びスプリング４８０の付勢力によって阻害されないようにしている。
また、第１可動子４４０と電磁石４２０との間の距離、より厳密には第１可動子４４０の第１傾斜面４４６と電磁石４２０との間の距離であってプランジャ２２４の軸方向における最短距離を距離ＳＫとする。また、第２可動子４５０と電磁石４２０との間の距離、より厳密には第２可動子４５０の第２傾斜面４５６と電磁石４２０との間の距離であってプランジャ２２４の軸方向における最短距離を距離ＳＣとする。これら距離ＳＫや距離ＳＣは、第１可動子４４０や第２可動子４５０が移動することによって変化するのであるが、第１スプリング４６０の付勢力によって第１可動子４４０と第２可動子４５０とが最大限に離間している状態において、上記距離ＳＫと上記距離ＳＣとは同じになるように、第１可動子４４０及び第２可動子４５０の形状や配設位置等は設定されている。
電磁石４２０及び第１磁性部材４３０と第１傾斜面４４６との間には、電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に接触した状態でプランジャ２２４の径方向に移動する第２磁性部材７１０が配設されている。
第２磁性部材７１０には、上記第１傾斜面４４６と同一の傾斜角に設定されており同第１傾斜面４４６に接触する第３傾斜面７１０ａが設けられている。
また、第２磁性部材７１０は、第２磁性部材７１０がプランジャ２２４の径方向に移動する際に、電磁石４２０に接触した状態を常に維持する第１磁性部７１１と、同じくプランジャ２２４の径方向への移動に際して第１磁性部材４３０に接触した状態を常に維持する第２磁性部７１２を備えている。それら第１磁性部７１１及び第２磁性部７１２は、鉄などの軟磁性体で形成されている。また、第１磁性部７１１及び第２磁性部７１２の間には、アルミニウム合金などの非磁性材料で形成された非磁性部７１３が設けられている。このようにして第１磁性部７１１及び第２磁性部７１２の間に非磁性部７１３を設けることにより、第２磁性部材７１０においては第１磁性部７１１及び第２磁性部７１２が磁束の通り道になる。
そして、第２磁性部材７１０と同第２磁性部材７１０に対向するハウジング４１０の内壁との間には、第１傾斜面４４６と第３傾斜面７１０ａとが接触した状態を維持するように第２磁性部材７１０を付勢する第２スプリング８１０が配設されている。この第２スプリング８１０によって、第２磁性部材７１０はプランジャ２２４の径方向であって中心軸Ｃに近づく方向に付勢される。
図３に示すように、第２磁性部材７１０は、プランジャ２２４の中心軸Ｃを中心にしてその周りを等角度にて６つ配設されている。なお、第２磁性部材７１０の配設数は適宜変更することができる。
電磁石４２０及び第１磁性部材４３０と第２傾斜面４５６との間には、電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に接触した状態でプランジャ２２４の径方向に移動する第３磁性部材７２０が配設されている。この第３磁性部材７２０及び上記第２磁性部材７１０は同一形状である。
すなわち、第３磁性部材７２０には、上記第２傾斜面４５６と同一の傾斜角（つまり上記第１傾斜面４４６と同一の傾斜角）に設定されており同第２傾斜面４５６に接触する第４傾斜面７２０ａが設けられている。
また、第３磁性部材７２０にも、第３磁性部材７２０がプランジャ２２４の径方向に移動する際に、電磁石４２０に接触した状態を常に維持する第１磁性部７２１と、同じくプランジャ２２４の径方向への移動に際して第１磁性部材４３０に接触した状態を常に維持する第２磁性部７２２が備えられている。それら第１磁性部７２１及び第２磁性部７２２も、鉄などの軟磁性体で形成されている。また、第１磁性部７２１及び第２磁性部７２２の間には、アルミニウム合金などの非磁性材料で形成された非磁性部７２３が設けられている。このようにして第１磁性部７２１及び第２磁性部７２２の間に非磁性部７２３を設けることにより、第３磁性部材７２０においても第１磁性部７２１及び第２磁性部７２２が磁束の通り道になる。
そして、第３磁性部材７２０と同第３磁性部材７２０に対向するハウジング４１０の内壁との間には、第２傾斜面４５６と第４傾斜面７２０ａとが接触した状態を維持するように第３磁性部材７２０を付勢する第３スプリング８２０が配設されている。この第３スプリング８２０によって、第３磁性部材７２０もプランジャ２２４の径方向であって中心軸Ｃに近づく方向に付勢される。
なお、第３磁性部材７２０も、第２磁性部材７１０と同様に、プランジャ２２４の中心軸Ｃを中心にしてその周りを等角度にて６つ配設されている。なお、第３磁性部材７２０の配設数も適宜変更することができる。
そして、電磁石４２０には、通電制御を行うための制御装置６００が接続されている。
図４に示すように、電磁石４２０が通電されると、第１可動子４４０の第１傾斜面４４６と電磁石４２０及び第１磁性部材４３０との間に設けられた第２磁性部材７１０が磁化する。また、第２可動子４５０の第２傾斜面４５６と電磁石４２０及び第１磁性部材４３０との間に設けられた第３磁性部材７２０も磁化する。そのため、電磁石４２０によって発生した磁束ＭＦ（図４において破線にて図示）は、電磁石４２０、第２磁性部材７１０の第１磁性部７１１、第１可動子４４０の第１傾斜面４４６、第２磁性部材７１０の第２磁性部７１２、第１磁性部材４３０、第３磁性部材７２０の第２磁性部７２２、第２可動子４５０の第２傾斜面４５６、第３磁性部材７２０の第１磁性部７２１、電磁石４２０を環状に流れるようになる。つまり第１可動子４４０の第１傾斜面４４６及び第２可動子４５０の第２傾斜面４５６及び第１磁性部材４３０及び第２磁性部材７１０及び第３磁性部材７２０及び電磁石４２０によって１つの磁気回路が構成される。その結果、第１可動子４４０は第１磁性部材４３０に近づく方向（図４に示す矢印Ｋ１の方向）に移動するとともに、第２可動子４５０も第１磁性部材４３０に近づく方向（図４に示す矢印Ｃ１の方向）に移動する。従って、電磁石４２０が通電されると、第１可動子４４０及び第２可動子４５０は互いに近づくように移動する。
また、第１可動子４４０の第１傾斜面４４６は磁化した第２磁性部材７１０の第３傾斜面７１０ａに吸着される。このようにして第１可動子４４０の第１傾斜面４４６と第２磁性部材７１０の第３傾斜面７１０ａとが磁力によって接触した状態になっているときには、第１傾斜面４４６を有する第１可動子４４０が電磁石４２０や第１磁性部材４３０に近づく方向に移動する場合、第３傾斜面７１０ａに作用する分力によって第２磁性部材７１０はプランジャ２２４の径方向であって中心軸Ｃから離れる方向（図４に示す矢印ＧＡ１の方向）に移動する。このように、電磁石４２０や第１磁性部材４３０に近づく方向に第１可動子４４０が移動する場合、第２磁性部材７１０はプランジャ２２４の径方向に移動しながら第１可動子４４０の第１傾斜面４４６及び電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に吸着した状態を維持する。
同様に、第２可動子４５０の第２傾斜面４５６は磁化した第３磁性部材７２０の第４傾斜面７２０ａに吸着される。このようにして第２可動子４５０の第２傾斜面４５６と第３磁性部材７２０の第４傾斜面７２０ａとが磁力によって接触した状態になっているときには、第２傾斜面４５６を有する第２可動子４５０が電磁石４２０や第１磁性部材４３０に近づく方向に移動する場合、第４傾斜面７２０ａに作用する分力によって第３磁性部材７２０もプランジャ２２４の径方向であって中心軸Ｃから離れる方向（図４に示す矢印ＧＢ１の方向）に移動する。このように、電磁石４２０や第１磁性部材４３０に近づく方向に第２可動子４５０が移動する場合、第３磁性部材７２０はプランジャ２２４の径方向に移動しながら第２可動子４５０の第２傾斜面４５６及び電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に吸着した状態を維持する。
そして、上述したように、第１可動子４４０が電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に吸引されて矢印Ｋ１の方向に移動すると、接続部４４２に接続されたプランジャ２２４は、加圧室２２５の容積が増大する方向（図４に示す矢印Ｈ１の方向）に移動する。なお、以下では、加圧室２２５の容積が増大する方向にプランジャ２２４が移動することをプランジャの下降という。こうしてプランジャ２２４が下降すると、加圧室２２５内の圧力が低下して、低圧燃料通路１２から第１逆止弁２２８を介して加圧室２２５内に燃料が吸引される。
図５に示すように、電磁石４２０の通電が停止されると、第１スプリング４６０の付勢力によって第１可動子４４０と第２可動子４５０とは互いに離間するように移動する。つまり、第１可動子４４０は第１磁性部材４３０にから離れる方向（図５に示す矢印Ｋ２の方向）に移動するとともに、第２可動子４５０も第１磁性部材４３０にから離れる方向（図５に示す矢印Ｃ２の方向）に移動する。
また、第１スプリング４６０の付勢力によって第１可動子４４０と第２可動子４５０とが互いに離間するように移動すると、第１可動子４４０の第１傾斜面４４６は電磁石４２０や第１磁性部材４３０から遠ざかる方向に移動する。このときには、上記第２スプリング８１０の付勢力によって、第１可動子４４０の第１傾斜面４４６と第２磁性部材７１０の第３傾斜面７１０ａとが接触した状態を維持しながら第２磁性部材７１０はプランジャ２２４の径方向であって中心軸Ｃに近づく方向（図５に示す矢印ＧＡ２の方向）移動する。このように、電磁石４２０や第１磁性部材４３０から遠ざかる方向に第１傾斜面４４６が移動する場合にも、第２磁性部材７１０はプランジャ２２４の径方向に移動しながら第１可動子４４０の第１傾斜面４４６及び電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に接触した状態を維持する。
同様に、第１スプリング４６０の付勢力によって第１可動子４４０と第２可動子４５０とが互いに離間するように移動すると、第２可動子４５０の第２傾斜面４５６も電磁石４２０や第１磁性部材４３０から遠ざかる方向に移動する。このときには、上記第３スプリング８２０の付勢力によって、第２可動子４５０の第２傾斜面４５６と第３磁性部材７２０の第４傾斜面７２０ａとが接触した状態を維持しながら第３磁性部材７２０はプランジャ２２４の径方向であって中心軸Ｃに近づく方向（図５に示す矢印ＧＢ２の方向）移動する。このように、電磁石４２０や第１磁性部材４３０から遠ざかる方向に第２傾斜面４５６が移動する場合にも、第３磁性部材７２０はプランジャ２２４の径方向に移動しながら第２可動子４５０の第２傾斜面４５６及び電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に接触した状態を維持する。
そして、上述したように、第１可動子４４０が矢印Ｋ２の方向に移動すると、接続部４４２に接続されたプランジャ２２４は、加圧室２２５の容積が縮小する方向（図５に示す矢印Ｈ２の方向）に移動する。なお、以下では、加圧室２２５の容積が減少する方向にプランジャ２２４が移動することをプランジャの上昇という。こうしてプランジャ２２４が上昇すると、加圧室２２５内の燃料は加圧されながら第２逆止弁２２９を介して高圧燃料通路１９に吐出される。
ちなみに、第１可動子４４０と第２可動子４５０との離間は、第１スプリング４６０が延びていくことにより減少する同第１スプリング４６０の付勢力と、圧縮によって増大するスプリング４７０及びスプリング４８０の付勢力とが釣り合った時点で止まる。この第１可動子４４０と第２可動子４５０との離間が停止したとき、つまり第１スプリング４６０の付勢力によって第１可動子４４０と第２可動子４５０とが最大限に離間しているときのプランジャ２２４の位置が、シリンダ２２３内におけるプランジャ２２４の上死点になる。
燃料ポンプ５０の吐出量は、プランジャ２２４のストローク量ＳＴを変化させることによって可変設定される。
すなわち、第１可動子４４０と電磁石４２０との間の上記距離ＳＫや、第２可動子４５０と電磁石４２０との間の上記距離ＳＣは電磁石４２０の通電状態に応じて変化する。つまり電磁石４２０が通電されると距離ＳＫや距離ＳＣは短くなっていき、電磁石４２０の通電が停止されると距離ＳＫや距離ＳＣは長くなっていく。こうした各可動子と第１磁性部材４３０との間の距離の変化を、以下では可動子の作動量という。また、第１スプリング４６０の付勢力によって第１可動子４４０と第２可動子４５０とが最大限に離間している状態の作動量を「０」とすると、プランジャ２２４の位置が上死点になっているときの第１可動子４４０の作動量は「０」になる。この場合に、第１可動子４４０の作動量が多くなるほど、つまり第１可動子４４０が第１磁性部材４３０に近づくほど、上死点からのプランジャ２２４のストローク量ＳＴ（下降量）も増加するようになり、より多くの燃料が加圧室２２５内に吸引されるようになるため、燃料ポンプ５０の吐出量は増大する。
図６に示すように、電磁石４２０が通電されると、第１可動子４４０は第１磁性部材４３０に近づくようになるため、電磁石４２０の通電時間Ｔｏｎが長くなるほど、ストローク量ＳＴは増大する。なお、第１可動子４４０が第１磁性部材４３０に近づいて接触した時点で、ストローク量ＳＴは最大値ＳＴｍａｘになる。
また、電磁石４２０の通電を停止すると、第１磁性部材４３０に近づいていた第１可動子４４０は第１磁性部材４３０から離れていき、通電を停止した時点から所定時間が経過すると、第１可動子４４０の作動量は「０」になってストローク量ＳＴも「０」になる。この電磁石４２０の通電を停止してからストローク量ＳＴが「０」になるまでに要する電磁石４２０の通電停止時間Ｔｏｆｆは、プランジャ２２４のストローク量ＳＴが多いときほど長くなるため、電磁石４２０の通電時間Ｔｏｎに基づいて設定することができる。
そこで、制御装置６００は、燃料ポンプ５０の要求吐出量に基づき、要求吐出量が多いときほど通電時間Ｔｏｎが長くなるように同通電時間Ｔｏｎを設定する。また、設定された通電時間Ｔｏｎが長いときほど通電停止時間Ｔｏｆｆが長くなるように同通電停止時間Ｔｏｆｆを設定する。そして、制御装置６００は、通電時間Ｔｏｎによる電磁石４２０の通電と、通電停止時間Ｔｏｆｆによる電磁石４２０の通電停止とを交互に繰り返すことによって、燃料ポンプ５０の吐出量が所望の要求吐出量となるように調整する。
なお、ストローク量ＳＴを調整するための上述した電磁石４２０の通電制御は一例であり、他の態様でストローク量ＳＴを変更してもよい。
次に、上記燃料ポンプ５０の作用を説明する。
上述したように、電磁石４２０が通電されると、第１可動子４４０と第２可動子４５０とが電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に吸引されるため、第１可動子４４０と第２可動子４５０とは互いに近づくように移動する。また、電磁石４２０の通電が停止されると、第１スプリング４６０の付勢力によって第１可動子４４０と前記第２可動子４５０とは互いに離間するように移動する。
従って、電磁石４２０の通電と通電停止を繰り返すことにより、第１可動子４４０に接続されたプランジャ２２４は往復移動するとともに、第１可動子４４０のカウンタウェイトとして機能する第２可動子４５０は、第１可動子４４０の移動方向に対して相反する方向に同期して移動するようになる。そのため、第１可動子４４０の往復移動によって生じる振動は第２可動子４５０の往復移動によって生じる振動によって打ち消されるようになる。
また、上述したように、電磁石４２０への通電が行われることにより、第１可動子４４０の第１傾斜面４４６が電磁石４２０や第１磁性部材４３０に近づく方向に移動する場合には、第２磁性部材７１０はプランジャ２２４の径方向に移動しながら第１可動子４４０の第１傾斜面４４６及び電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に吸着した状態を維持する。従って、電磁石４２０の通電中において、第１可動子４４０及び電磁石４２０の間にエアギャップが生じたり、第１可動子４４０及び第１磁性部材４３０の間にエアギャップが生じたりすることが抑えられる。
同様に、電磁石４２０への通電が行われることにより、第２可動子４５０の第２傾斜面４５６が電磁石４２０や第１磁性部材４３０に近づく方向に移動する場合にも、第３磁性部材７２０はプランジャ２２４の径方向に移動しながら第２可動子４５０の第２傾斜面４５６及び電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に吸着した状態を維持する。従って、電磁石４２０の通電中において、第２可動子４５０及び電磁石４２０の間にエアギャップが生じたり、第２可動子４５０及び第１磁性部材４３０の間にエアギャップが生じたりすることが抑えられる。
また、上述したように、電磁石４２０への通電が停止されることにより、電磁石４２０や第１磁性部材４３０から遠ざかる方向に第１傾斜面４４６が移動する場合にも、第２磁性部材７１０はプランジャ２２４の径方向に移動しながら第１可動子４４０の第１傾斜面４４６及び電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に接触した状態を維持する。従って、電磁石４２０の通電が再び開始されるときに、第１可動子４４０及び電磁石４２０の間にエアギャップが生じていたり、第１可動子４４０及び第１磁性部材４３０の間にエアギャップが生じていたりすることも抑えられる。
同様に、電磁石４２０への通電が停止されることにより、電磁石４２０や第１磁性部材４３０から遠ざかる方向に第２傾斜面４５６が移動する場合にも、第３磁性部材７２０はプランジャ２２４の径方向に移動しながら第２可動子４５０の第２傾斜面４５６及び電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に接触した状態を維持する。従って、電磁石４２０の通電が再び開始されるときに、第２可動子４５０及び電磁石４２０の間にエアギャップが生じていたり、第２可動子４５０及び第１磁性部材４３０の間にエアギャップが生じていたりすることも抑えられる。
図７に、上記距離ＳＫの長さと第１可動子４４０に作用する磁力の強さとの関係を示す。なお、図７に示す実線Ｌ１は、本実施形態の燃料ポンプ５０における磁力の強さを示す。また、図７に示す一点鎖線Ｌ２は、本実施形態の燃料ポンプ５０に対する比較例を示している。つまり、上記第２磁性部材７１０及び上記第３磁性部材７２０を備えていない燃料ポンプであって、第１可動子４４０が電磁石４２０及び第１磁性部材４３０から遠ざかるほど（プランジャ２２４が上昇するほど）、電磁石４２０及び第１磁性部材４３０と第１可動子４４０との間のエアギャップが大きくなる燃料ポンプでの磁力の強さを示す。
この図７の一点鎖線Ｌ２に示されるように、第２磁性部材７１０及び第３磁性部材７２０を備えていない燃料ポンプでは、距離ＳＫが長くなるほど、電磁石４２０及び第１磁性部材４３０と第１可動子４４０との間のエアギャップが大きくなるため、そうした距離ＳＫの二乗に反比例して第１可動子４４０に作用する磁力の強さは弱くなっていく。
従って、エアギャップが比較的大きくなる距離ＳＫでは、第１可動子４４０を吸引するために、エアギャップによる磁力の低下を見込んでより多くの電力を電磁石４２０に供給しなければならず、電力効率が悪化してしまう。
特に、エンジンは低負荷領域や中負荷領域で使用されることが多く、これらの負荷領域では燃料噴射量が比較的少ないため、第１可動子４４０の作動量は少なくなり、距離ＳＫが比較的長くなる領域（図７に示す領域ＳＲなど）を使う機会が多くなる。従って、上記電力効率の悪化する状態が起きやすい。なお、電磁石４２０に供給する電力を一定にする場合には、エアギャップが比較的大きくなる距離ＳＫでのエアギャップに起因した磁力の低下を見込んだうえで電磁石４２０に供給する電力を予め多くしておく必要がある。しかし、この場合には、エアギャップが比較的小さくなる距離ＳＫにおいて磁力が過剰に強くなってしまうため、電磁石４２０に供給する電力が過剰な状態になり、この場合にも電力効率が低下してしまう。
一方、本実施形態の燃料ポンプ５０は上述した第２磁性部材７１０を備えているため、距離ＳＫが変化しても、第１可動子４４０及び電磁石４２０の間にエアギャップが生じたり、第１可動子４４０及び第１磁性部材４３０の間にエアギャップが生じたりすることが抑えられる。従って、図７の実線Ｌ１に示されるように、本実施形態の燃料ポンプ５０では距離ＳＫが変化しても、第１可動子４４０に作用する磁力の強さはほとんど変化せず、第１可動子４４０が電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に直接接触しているときの磁力の強さとほぼ同等の強さの磁力が維持される。そのため、エアギャップによる磁力の低下を見込んでより多くの電力を電磁石４２０に供給する必要はなく、上述した電力効率の悪化が抑えられる。また、距離ＳＫが変化しても
なお、本実施形態の燃料ポンプ５０は上述した第３磁性部材７２０も備えているため、上記距離ＳＣが変化しても、第２可動子４５０及び電磁石４２０の間にエアギャップが生じたり、第２可動子４５０及び第１磁性部材４３０の間にエアギャップが生じたりすることが抑えられる。従って、図７において実線Ｌ１にて示した磁力の強さと同様に、本実施形態の燃料ポンプ５０では距離ＳＣが変化しても、第２可動子４５０に作用する磁力の強さはほとんど変化せず、第２可動子４５０が電磁石４２０及び第１磁性部材４３０に直接接触しているときの磁力の強さとほぼ同等の強さの磁力が維持される。
また、第２磁性部材７１０は、プランジャ２２４の径方向への移動に際して電磁石４２０に接触した状態を常に維持する第１磁性部７１１と、プランジャ２２４の径方向への移動に際して第１磁性部材４３０に接触した状態を常に維持する第２磁性部７１２と、第１磁性部７１１及び第２磁性部７１２の間に配設された非磁性部７１３とを備えている。また、第３磁性部材７２０も、上記第１磁性部７１１と同一の第１磁性部７２１と、上記第２磁性部７１２と同一の第２磁性部７２２と、上記非磁性部７１３と同一の非磁性部７２３とを備えている。
そして、上述したように、第１磁性部７１１、７２１及び第２磁性部７１２、７２２によって、各可動子に設けられた傾斜面、つまり第１傾斜面４４６や第２傾斜面４５６を吸着する磁気回路の一部が構成されている。ここで、第２磁性部材７１０及び第３磁性部材７２０がプランジャ２２４の径方向に移動するに際して、第１磁性部７１１、７２１は電磁石４２０と常に接触しており、第２磁性部７１２、７２２は第１磁性部材４３０に常に接触している。従って、第２磁性部材７１０及び第３磁性部材７２０がプランジャ２２４の径方向に移動しても、各可動子の傾斜面を吸着する磁気回路は切断されることなく繋がった状態を保つことができる。そのため、例えば各可動子の傾斜面に強い磁力が作用する状態を維持することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）プランジャ２２４に接続された第１可動子４４０とカウンタウェイトとして機能する第２可動子４５０とが、電磁石４２０及び第１磁性部材４３０及び第１スプリング４６０によって同期しながら往復移動するように構成されている。そのため第１可動子４４０の往復移動によって生じる振動を第２可動子４５０の往復移動によって生じる振動によって打ち消すことができる。
（２）第２磁性部材７１０及び第３磁性部材７２０を備えることにより、エアギャップによる電力効率の悪化を抑えることができる。
（３）第２磁性部材７１０及び第３磁性部材７２０は、上記第１磁性部７１１、７２１と、上記第２磁性部７１２、７２２と、上記非磁性部７１３、７２３とを備えている。従って、第２磁性部材７１０及び第３磁性部材７２０がプランジャ２２４の径方向に移動しても、第１傾斜面４４６や第２傾斜面４５６を吸着する磁気回路は切断されることなく繋がった状態を保つことができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・先の図２等に示したように、上記実施形態では第１傾斜面４４６の外周に向かうほど第１傾斜面４４６が電磁石４２０から離れていくように第１傾斜面４４６の傾斜方向を設定した。同様に、第２傾斜面４５６の外周に向かうほど第２傾斜面４５６が電磁石４２０から離れていくように第２傾斜面４５６の傾斜方向を設定した。
この他、図８に示すように、第１傾斜面４４６の外周に向かうほど、第１傾斜面４４６が電磁石４２０に近づくように第１傾斜面４４６の傾斜方向を設定するとともに、この変形例における第１傾斜面４４６及び第２磁性部材７１０の第３傾斜面７１０ａの傾斜角を同一にして、第１傾斜面４４６と第３傾斜面７１０ａとが接触するようにする。同様に、第２傾斜面４５６の外周に向かうほど、第２傾斜面４５６が電磁石４２０に近づくように第２傾斜面４５６の傾斜方向を設定するとともに、この変形例における第２傾斜面４５６及び第３磁性部材７２０の第４傾斜面７２０ａの傾斜角を同一にして、第２傾斜面４５６と第４傾斜面７２０ａとが接触するようにしてもよい。こうした変形例でも、上記実施形態に準じた作用効果を得ることができる。
なお、この変形例の場合には、第１傾斜面４４６と第３傾斜面７１０ａとが接触した状態を維持するように第２磁性部材７１０を付勢する上記第２スプリングとして、第２磁性部材７１０をプランジャ２２４の径方向であって中心軸Ｃから離れる方向に付勢するスプリングを設けることが好ましい。例えば、図８に示すように、第２磁性部材７１０と同第２磁性部材７１０に対向するハウジング４１０の内壁との間に引っ張りばね１８１０を設けることが好ましい。同様に、第２傾斜面４５６と第４傾斜面７２０ａとが接触した状態を維持するように第３磁性部材７２０を付勢する上記第３スプリングとして、第３磁性部材７２０をプランジャ２２４の径方向であって中心軸Ｃから離れる方向に付勢するスプリングを設けることが好ましい。例えば、図８に示すように、第３磁性部材７２０と同第３磁性部材７２０に対向するハウジング４１０の内壁との間に引っ張りばね１８２０を設けることが好ましい。
・上記ポンプ部２００と同様な構造を有する別のポンプ部を燃料ポンプ５０に更に追加して設ける。そして、その追加したポンプ部が備えるプランジャを第２可動子４５０で往復移動させるようにしてもよい。この場合には、１つの燃料ポンプで２つの異なるポンプ部を駆動することができる。
・燃料ポンプ５０の吐出量を可変設定するためにプランジャ２２４のストローク量ＳＴを変更するようにしたが、吐出量を変化させないのであれば、ストローク量ＳＴを固定された量にしてもよい。
・上記電磁石４２０、第１磁性部材４３０、第２磁性部材７１０、第３磁性部材７２０、第１可動子４４０、及び第２可動子４５０の形状は一例であり、適宜変更することができる。
１０…燃料タンク、１１…フィードポンプ、１２…低圧燃料通路、１４…レギュレータ、１９…高圧燃料通路、２０…デリバリパイプ、５０…燃料ポンプ、２００…ポンプ部、２２０…ポンプボディ、２２３…シリンダ、２２４…プランジャ、２２５…加圧室、２２８…第１逆止弁、２２９…第２逆止弁、２３２、３３２…スプリング、２３３、３３３…スプリング座、４００…駆動部、４１０…ハウジング、４２０…電磁石、４３０…第１磁性部材、４４０…第１可動子、４４１…第１平面部、４４２…接続部、４４３…第１壁部、４４４…第２平面部、４４５…第２壁部、４４６…第１傾斜面、４５０…第２可動子、４５１…第４平面部、４５３…第４壁部、４５４…第５平面部、４５５…第５壁部、４５６…第２傾斜面、４６０…第１スプリング、４７０、４８０…スプリング、６００…制御装置、７１０…第２磁性部材、７１０ａ…第３傾斜面、７２０…第３磁性部材、７２０ａ…第４傾斜面、７１１、７２１…第１磁性部、７１２、７２２…第２磁性部、７１３、７２３…非磁性部、８１０…第２スプリング、８２０…第３スプリング、１８１０、１８２０…引っ張りばね。

Claims (2)

  1. シリンダと、前記シリンダ内を往復移動するプランジャと、前記シリンダ及び前記プランジャによって区画される加圧室と、を有しており前記シリンダ内で前記プランジャを移動させることにより前記加圧室の燃料を加圧するポンプ部を備える燃料ポンプであって、
    前記プランジャの径方向に広がりながら傾斜する第１傾斜面を有しており前記プランジャに接続された第１可動子と、
    前記プランジャの軸方向において前記第１可動子と対向するように設けられて前記プランジャの径方向に広がりながら傾斜する第２傾斜面を有しており前記第１可動子の往復移動に伴い発生する振動を抑えるためのカウンタウェイトとして機能する第２可動子と、
    前記第１可動子及び前記第２可動子を内部に備えるハウジングと、
    前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に設けられた電磁石と、
    前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に設けられて前記プランジャの径方向において前記電磁石に並設されており前記ハウジングに固定された第１磁性部材と、
    前記第１可動子と前記第２可動子とが離間するように付勢する第１スプリングと、
    前記電磁石及び前記第１磁性部材と前記第１傾斜面との間に設けられるとともに、前記第１傾斜面と同一の傾斜角であって前記第１傾斜面に接触する第３傾斜面を有しており、前記電磁石及び前記第１磁性部材に接触した状態で前記プランジャの径方向に移動する第２磁性部材と、
    前記第１傾斜面と前記第３傾斜面とが接触した状態を維持するように前記第２磁性部材を付勢する第２スプリングと、
    前記電磁石及び前記第１磁性部材と前記第２傾斜面との間に設けられるとともに、前記第２傾斜面と同一の傾斜角であって前記第２傾斜面に接触する第４傾斜面を有しており、前記電磁石及び前記第１磁性部材に接触した状態で前記プランジャの径方向に移動する第３磁性部材と、
    前記第２傾斜面と前記第４傾斜面とが接触した状態を維持するように前記第３磁性部材を付勢する第３スプリングと、を備える
    ことを特徴とする燃料ポンプ。
  2. 前記第２磁性部材及び第３磁性部材は、前記プランジャの径方向への移動に際して前記電磁石に接触した状態を常に維持する第１磁性部と、前記プランジャの径方向への移動に際して前記第１磁性部材に接触した状態を常に維持する第２磁性部と、前記第１磁性部及び前記第２磁性部の間に配設された非磁性部と、を備える
    請求項１に記載の燃料ポンプ。
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