JP6160514B2

JP6160514B2 - 燃料ポンプ

Info

Publication number: JP6160514B2
Application number: JP2014038991A
Authority: JP
Inventors: 秀哲伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: JP2015161294A

Description

本発明は、内燃機関等に向けて燃料を圧送する燃料ポンプに係る。

従来、車両用エンジンに向けて燃料を圧送する燃料ポンプとして例えば特許文献１に開示されているものが知られている。この種の燃料ポンプは、プランジャにより燃料が加圧される加圧室と、この加圧室と燃料供給通路との間に設けられて開閉動作を行う吸入弁と、この吸入弁を開閉作動させるための電磁駆動機構とを備えている。吸入弁は、スプリング（特許文献１ではバルブ付勢ばねと称している；以下、第１スプリングと呼ぶ）により閉弁方向に付勢されている。電磁駆動機構は、コイル、固定コア（ステータコアとも呼ばれる）および可動コアなどにより構成されている。可動コアには、ニードル（特許文献１ではプランジャロッドと称している）が一体的に組み付けられている。ニードルは、吸入弁に当接可能に配置されている。固定コアと可動コアとの間には、スプリング（特許文献１ではプランジャロッド付勢ばねと称している；以下、第２スプリングと呼ぶ）が設けられており、この第２スプリングにより可動コアおよびニードルが吸入弁側に向けて付勢されている。つまり、この第２スプリングにより、吸入弁は開弁方向に付勢されている。

そして、この種の燃料ポンプの一般的な動作として、前記プランジャが後退移動して加圧室内に燃料を吸入する吸入行程では、前記コイルへの通電は行われず、第２スプリングの付勢力により、可動コアが固定コアから離間される。このとき、可動コアと一体的に設けられたニードルが吸入弁を押圧することにより、吸入弁が第１スプリングの付勢力に抗して開弁される。また、この際、吸入弁は、吸入弁の開弁位置（吸入弁の前進位置）を位置決めするためのストッパに当接している。そして、プランジャが前進移動して加圧室内の容積を縮小していく圧縮行程では、要求される燃料吐出量に応じたタイミングでコイルへの通電が行われる。具体的には、要求される燃料吐出量が多いほど早いタイミングでコイルへの通電が行われることになる。そして、このコイルに通電された場合には、電磁力によって可動コアが固定コア側に吸引され、可動コアが固定コアに接触する。このとき、ニードルが可動コアとともに固定コア側に移動されることにより、ニードルによる吸入弁への押圧が解除されることによって、吸入弁が第１スプリングの付勢力により閉弁される。これにより、プランジャの前進移動による燃料の圧縮が行われる。この閉弁時にあっては、吸入弁は、吸入弁の閉弁位置（吸入弁の後退位置）を位置決めするためのバルブシートに当接する。

また、特許文献１には、圧縮行程の途中でコイルへの通電を行って吸入弁を閉弁した後、この通電状態を、次の吸入行程の途中まで継続することで、吸入弁を開弁させるための作用力を小さくするようにしている。これにより、吸入弁の開弁時において吸入弁がストッパに衝突する際の衝撃力を小さくして衝突音の低減を図っている。

特開２０１２−２４６８５２号公報

前記特許文献１は、吸入弁の開弁時における衝突音（前記吸入弁がストッパに衝突することにより発生する音）の低減に鑑みられたものである。

前記吸入弁の開閉動作に伴う衝突音は、開弁時だけでなく、閉弁時にも発生する可能性がある。

具体的に、図６（ａ）の模式図を用いて閉弁時に発生する衝突音について説明する。この図６（ａ）では、符号ａがステータコア、符号ｂが可動コア、符号ｃがニードル、符号ｄが吸入弁、符号ｅがストッパ、符号ｆがバルブシート、符号ｇがスプリング（吸入弁ｄを閉弁側に付勢するスプリング）である。この図６（ａ）に示すように、吸入弁ｄの閉弁時にあっては、コイル（図示省略）への通電によって発生する電磁力によって可動コアｂがステータコアａに衝突すると共に、スプリングｇからの付勢力（スプリング力）を受けている吸入弁ｄがバルブシートｆに衝突する。そして、これらの衝突箇所で衝突音が発生する。

図６（ｂ）は、この吸入弁ｄの閉弁時におけるコイルへの駆動電流、加圧室内の燃料圧力、前記衝突による衝撃力それぞれの推移を示している。このように、コイルへの駆動電流が所定値に達したタイミングｔで、図６（ａ）で示すように可動コアｂがステータコアａに衝突すると共に吸入弁ｄがバルブシートｆに衝突し、これら衝突に起因する衝撃力が大きく発生して衝突音が生じている。

本発明の発明者は、吸入弁の閉弁時における衝突音の大きさが、燃料ポンプの作動状態に応じて変化していることに着目した。つまり、特に衝突音が大きくなる燃料ポンプの作動状態が存在していることに着目した。そして、この吸入弁の閉弁時において加圧室から吸入弁に作用する燃料の流体力（加圧室から燃料供給通路へ逆流する燃料の流体力）の大きさによって衝突音の大きさが変動していることを見出し、本発明に至った。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸入弁の閉弁時における衝突音を低減することが可能な燃料ポンプを提供することにある。

上記の目的を達成するために講じられた本発明の手段は、内燃機関の燃料供給系統に備えられ、シリンダ内を往復移動して燃料加圧室の容積を拡大または縮小させるプランジャと、低圧側燃料通路と前記燃料加圧室との間に設けられ、低圧側燃料通路側に移動した閉弁位置と燃料加圧室側に移動することで前記燃料加圧室を前記低圧側燃料通路に連通させる開弁位置との間で移動可能な吸入弁と、この吸入弁と一体的に移動する可動コアと、周囲に巻かれたコイルに通電することにより発生する電磁力を前記可動コアに作用させて前記吸入弁を閉弁位置に向けて移動させると共に、この際、前記可動コアが当接するステータコアと、前記コイルへの通電を制御する制御部と、を有する燃料ポンプを前提とする。この燃料ポンプに対し、前記制御部が、前記内燃機関の機関負荷が高負荷、中負荷、低負荷の順で、前記燃料加圧室の容積を縮小させている期間中でのコイル通電タイミングを遅らせるように、負荷率に応じたコイル通電タイミングを規定すると共に、前記吸入弁を閉弁させる際、前記内燃機関の機関負荷が高負荷、低負荷、中負荷の順で、前記コイルへの通電量を小さくする構成としている。

前記コイルに通電を行い、可動コアを移動させて吸入弁を閉弁位置に向けて移動させる場合には、前記燃料加圧室から前記低圧側燃料通路へ流れる燃料の流体力が吸入弁に対して閉弁位置側への付勢力として作用している。この流体力は、燃料の流速が速いほど大きいものとなっている。そして、本解決手段では、この燃料加圧室から低圧側燃料通路へ流れる燃料の流速が速いときほど（吸入弁に対して閉弁位置側への付勢力（流体力）が大きいときほど）、前記コイルへの通電量を小さくし、このコイルへの通電によって発生している電磁力（吸入弁に対して閉弁位置側への付勢力として作用する電磁力）を小さくする。つまり、吸入弁の閉弁時には、吸入弁に対し、閉弁位置側への付勢力として、前記燃料の流速に応じた流体力と前記コイルへの通電量に応じた電磁力とが作用しているが、前記燃料の流速が速いときほど、つまり前記流体力が高いときほど、前記電磁力を小さくするようにコイルへの通電量を小さくする。これにより、吸入弁に対する閉弁位置側への付勢力が必要以上に大きくなることがなくなり、可動コアがステータコアに衝突する際の衝撃力を小さくすることができて、衝突音の低減を図ることができる。また、一般に、吸入弁の閉弁時には、この吸入弁はバルブシートに当接することになるが、この吸入弁がバルブシートに衝突する際の衝撃力も小さくすることができ、これによっても衝突音の低減を図ることができる。

本発明では、吸入弁を閉弁させる際に、燃料加圧室から低圧側燃料通路へ流れる燃料の流速が速いときほどコイルへの通電量を小さくしている。これにより、吸入弁に対する閉弁位置側への付勢力が必要以上に大きくなることがなくなり、可動コアがステータコアに衝突する際の衝撃力を小さくすることができて、衝突音の低減を図ることができる。

実施形態の燃料供給系統の概略構成を模式的に示す図である。高圧燃料ポンプの吸入側バルブの構造であって、吸入側バルブの開弁状態を示す断面図である。高圧燃料ポンプの吸入側バルブの構造であって、吸入側バルブの閉弁状態を示す断面図である。エンジンの低負荷、中負荷、高負荷の各運転状態に応じたコイルへの通電信号および駆動電流と、プランジャリフト量およびプランジャリフト速度との関係を示す図である。コイル通電制御の手順を示すフローチャート図である。図６（ａ）は従来技術において閉弁時に発生する衝突音を説明するための模式図であり、図６（ｂ）は従来技術において閉弁時におけるコイルへの駆動電流、加圧室内の燃料圧力、衝突による衝撃力それぞれの推移を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、車両に搭載される筒内直噴型多気筒（たとえば４気筒）ガソリンエンジンの燃料供給系統に用いられる高圧燃料ポンプに本発明を適用した場合について説明する。

−燃料供給系統−
図１は、本実施形態の燃料供給系統の概略構成を模式的に示した図である。まず、図１を参照して、本実施形態の燃料供給系統１００の概略構成について説明する。

燃料供給系統１００は、図１に示すように、燃料タンク１から燃料を送り出すフィードポンプ２と、このフィードポンプ２によって送り出された燃料を加圧してインジェクタ３に向けて吐出する高圧燃料ポンプ４とを備えている。

高圧燃料ポンプ４は、シリンダ１１と、加圧室（燃料加圧室）１２と、プランジャ１３と、吸入側バルブ１４と、吐出側バルブ１５と、リフタ１６とを備えている。

高圧燃料ポンプ４のプランジャ１３は、ガソリンエンジンの吸気カムシャフト５に取り付けられたカム５ａの回転によって駆動され、シリンダ１１内を往復移動する。このプランジャ１３の往復移動によって加圧室１２の容積が拡大または縮小する。なお、プランジャ１３の基端側にはリテーナ１３ａが設けられており、そのリテーナ１３ａおよびリフタ１６がスプリング１７によりカム５ａ側に付勢されている。

本実施形態のカム５ａには、回転方向に１８０度の角度間隔を隔てて２つのカムノーズ（カム山）５ｂが形成されている。そして、これら２つのカムノーズ５ｂによって、高圧燃料ポンプ４のプランジャ１３が押し上げられることにより、プランジャ１３がシリンダ１１内を移動するようになっている。なお、ガソリンエンジンの１サイクルごとに、吸気カムシャフト５が１回転され、高圧燃料ポンプ４からの吐出動作が２回行われる。

高圧燃料ポンプ４の加圧室１２は、シリンダ１１の先端側に設けられており、プランジャ１３およびシリンダ１１によって区画されている。加圧室１２は、本発明でいう低圧側燃料通路を構成する低圧燃料配管６１を介してフィードポンプ２に連通されるとともに、高圧燃料配管６２を介してデリバリパイプ（蓄圧容器）７に連通されている。デリバリパイプ７には、４つのインジェクタ３が接続されている。各インジェクタ３はエンジンＥＣＵ５０に接続されており、このエンジンＥＣＵ５０からの燃料噴射指令信号に従って各インジェクタ３からの燃料噴射が個別に制御されるようになっている。なお、エンジンＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータにより構成されている。

また、前記デリバリパイプ７には、パイプ内部の燃料圧力（実燃圧）を検出する燃圧センサ７ａが設けられており、この燃圧センサ７ａの燃圧検出信号がエンジンＥＣＵ５０に出力されるようになっている。

また、デリバリパイプ７には、リリーフバルブ６３ａを介してリターン配管６３が接続されている。リリーフバルブ６３ａは、デリバリパイプ７内の燃料圧力が所定値を超えたときに開弁する。このリリーフバルブ６３ａの開弁により、デリバリパイプ７に蓄えられた燃料の一部がリターン配管６３を介して燃料タンク１に戻されるようになっている。これにより、デリバリパイプ７内の燃料圧力の過上昇が防止される。

リターン配管６３は、高圧燃料ポンプ４の燃料収容室１８に燃料排出配管６４（図１に破線で示す配管）を介して接続されている。燃料収容室１８はシールユニット１８ａの上部に設けられており、この燃料収容室１８に、高圧燃料ポンプ４のプランジャ１３とシリンダ１１との間隙から漏出した燃料が蓄積される。燃料収容室１８に蓄積された燃料は燃料排出配管６４を通じて燃料タンク１に戻されるようになっている。

低圧燃料配管６１には、フィルタ６１ａとプレッシャレギュレータ６１ｂとが設けられている。プレッシャレギュレータ６１ｂは、低圧燃料配管６１内の燃料圧力が所定値を超えたときに低圧燃料配管６１内の燃料を燃料タンク１に戻すことによって、この低圧燃料配管６１内の燃料圧力を所定値以下に維持するようになっている。

また、低圧燃料配管６１にはパルセーションダンパ６１ｃが設けられており、このパルセーションダンパ６１ｃによって高圧燃料ポンプ４の作動時における低圧燃料配管６１内の燃圧脈動が抑制されるようになっている。

吸入側バルブ１４は、低圧燃料配管６１と加圧室１２との間に設けられ、これら低圧燃料配管６１と加圧室１２とを連通または遮断する。なお、この吸入側バルブ１４の構成については、後で詳細に説明する。

吐出側バルブ１５は、高圧燃料配管６２と加圧室１２との間を連通または遮断するために設けられている。この吐出側バルブ１５は、逆止弁であり、加圧室１２側の燃料圧力と高圧燃料配管６２側の燃料圧力との差圧が所定値を超えたときに開弁するように構成されている。そして、この吐出側バルブ１５が開弁されると、高圧の燃料が高圧燃料配管６２を通じてデリバリパイプ７に吐出される。

−吸入側バルブの構造−
次に、前記吸入側バルブ１４の構造について説明する。図２および図３は、吸入側バルブ１４の構造を示した断面図である。図２は吸入側バルブ１４の開弁状態（吸入弁２１が加圧室１２側に移動した開弁位置にある状態）を、図３は吸入側バルブ１４の閉弁状態（吸入弁２１が低圧燃料配管６１側に移動した閉弁位置にある状態）をそれぞれ示している。

吸入側バルブ１４は、図２に示すように、吸入弁部２０と、この吸入弁部２０を駆動する電磁駆動部３０とを備えている。

吸入弁部２０は、低圧燃料配管６１（図１参照）を介してフィードポンプ２に連通される燃料溜り４１と、加圧室１２に連通される加圧室側通路４２との間に配置されている。

吸入弁部２０は、吸入弁２１と、バルブボディ２２と、ストッパ２３と、第１スプリング２４とを含んでいる。

吸入弁２１は、たとえばポペットバルブであり、棒状のステム部２１ａと、傘状の弁体部２１ｂとを有する。ステム部２１ａは、バルブボディ２２に形成された貫通孔２２ａに挿入されており、吸入弁２１は、バルブボディ２２に対して軸方向（図中におけるＸ１およびＸ２方向）に移動可能に構成されている。

バルブボディ２２には、吸入弁２１の弁体部２１ｂが着座および離座されるバルブシート２２ｂが形成されている。また、バルブボディ２２には、ストッパ２３が嵌め合わされる凹状部２２ｃと、この凹状部２２ｃと燃料溜り４１とを連通する燃料通路２２ｄとが形成されている。

ストッパ２３は、吸入弁２１の開弁方向（Ｘ２方向）への移動を規制するために設けられている。ストッパ２３には、第１スプリング２４が配置される凹部２３ａと、バルブボディ２２の凹状部２２ｃの内部側と加圧室側通路４２とを連通する燃料通路２３ｂとが形成されている。

第１スプリング２４は、たとえば圧縮コイルばねであり、吸入弁２１とストッパ２３との間に配置されている。この第１スプリング２４は、吸入弁２１を閉弁方向（Ｘ１方向）に付勢している。

電磁駆動部３０は、吸入弁部２０に対して加圧室１２とは反対側に配置されている。この電磁駆動部３０は、ニードル３１と、ステータコア３２と、可動コア３３と、コイル３４と、第２スプリング３５と、ガイド部材３６とを含んでいる。

ニードル３１は、棒状に形成され、前記吸入弁２１と可動コア３３とを連結している。これにより、ニードル３１、吸入弁２１および可動コア３３は、軸方向（図中におけるＸ１およびＸ２方向）に一体的に移動可能となっている。図２に示すように、可動コア３３が図中のＸ２方向に移動することでニードル３１および吸入弁２１も図中のＸ２方向に移動した場合には、吸入弁２１がストッパ２３に当接し、吸入弁２１は開弁状態となる。逆に、図３に示すように、可動コア３３が図中のＸ１方向に移動することでニードル３１および吸入弁２１も図中のＸ１方向に移動した場合には、吸入弁２１がバルブボディ２２のバルブシート２２ｂに当接し、吸入弁２１は閉弁状態となる。

第２スプリング３５は、たとえば圧縮コイルばねであり、ステータコア３２と可動コア３３との間に配置されている。この第２スプリング３５は、可動コア３３を開弁方向（Ｘ２方向）に付勢している。第２スプリング３５は、第１スプリング２４よりも付勢力が大きくなるように設定されている。なお、第２スプリング３５は、ステータコア３２の凹部３２ａに挿入されるとともに、可動コア３３の凹部３３ａに挿入されている。

ガイド部材３６は、軸方向に移動可能なニードル３１をガイドするためのものであって、前記ニードル３１の外径寸法に略一致する内径寸法を有する円筒形状となっている。

前記ステータコア３２の外周部にはコイル３４が巻かれており、このコイル３４への通電によって発生する電磁力により、可動コア３３が図中のＸ１方向に吸引されるようになっている。この際、前述したようにニードル３１および吸入弁２１も図中のＸ１方向に移動して吸入弁２１は閉弁状態となる。また、この電磁力によって可動コア３３はステータコア３２に当接することになる（図３を参照）。前記コイル３４には前記エンジンＥＣＵ５０が接続されており、このエンジンＥＣＵ５０によってコイル３４に対する通電期間および駆動電流が制御され、これにより、可動コア３３がＸ１方向に移動する期間、および、このＸ１方向に移動させるための電磁力の大きさが制御されるようになっている。このエンジンＥＣＵ５０において、コイル３４に対する通電期間および駆動電流の制御部分が本発明でいう制御部となっている。

−高圧燃料ポンプの動作−
次に、前述の如く構成された高圧燃料ポンプ４の基本動作について説明する。

［吸入行程］
まず、吸気カムシャフト５（図１参照）の回転により、プランジャ１３が上死点から下死点に向かって下降すると、加圧室１２の容積が増加され、加圧室１２内が減圧される。この際、吐出側バルブ１５は閉弁している。

また、吸入側バルブ１４では、コイル３４に通電されておらず、図２に示すように、第２スプリング３５により、可動コア３３、ニードル３１および吸入弁２１が開弁方向（Ｘ２方向）に付勢されており、吸入弁２１が第１スプリング２４の付勢力に抗して開弁方向に移動している。この状態では、吸入弁２１がストッパ２３に接触している。このように吸入弁２１が開弁していることにより、前記プランジャ１３の下降移動に伴って加圧室１２に燃料が導入される。

［調量行程］
その後、吸気カムシャフト５の回転により、プランジャ１３が下死点まで到達して上死点に向かって上昇すると、加圧室１２の容積が減少される。このとき、吸入側バルブ１４では、コイル３４に通電されておらず、前記吸入行程と同様に、第２スプリング３５により、可動コア３３、ニードル３１および吸入弁２１が第１スプリング２４の付勢力に抗して開弁方向に付勢されており、吸入弁２１の開弁状態が維持されている。このため、加圧室１２に導入されていた燃料の一部が燃料溜り４１を経て低圧燃料配管６１側に戻されていく。なお、この状態では、加圧室１２内の燃料圧力は上昇しない。

［加圧行程］
その後、吸気カムシャフト５の回転により、プランジャ１３が上死点に向かって上昇する際の所定のタイミングで、コイル３４への通電が行われる。これにより、ステータコア３２および可動コア３３が磁化され、その電磁力によって、可動コア３３が、第２スプリング３５の付勢力に抗してステータコア３２側（Ｘ１方向側）に吸引される。また、前述したように吸入弁２１には第１スプリング２４によってＸ１方向の付勢力が作用している。これら電磁力および第１スプリング２４の付勢力により、ニードル３１および吸入弁２１は、可動コア３３と共に図中のＸ１方向に移動し、吸入弁２１がバルブシート２２ｂに着座して閉弁される（図３の状態を参照）。前記コイル３４への通電が行われるタイミングは、要求される燃料吐出量（デリバリパイプ７に向けて供給される燃料の要求量）に応じたタイミングに設定される。具体的には、要求される燃料吐出量が多いほど早いタイミングでコイル３４への通電が行われることになる。

このようにして吸入弁２１が閉弁されると、プランジャ１３の上昇に伴って、加圧室１２内の燃料圧力が上昇される。その後、加圧室１２側の燃料圧力と高圧燃料配管６２（図１参照）側の燃料圧力との差圧が所定値を超えると、吐出側バルブ１５が開弁される。これにより、高圧の燃料が高圧燃料配管６２を通じてデリバリパイプ７（図１参照）に吐出される。

高圧燃料ポンプ４では、上記した吸入行程、調量行程および加圧行程が繰り返し行われる。そして、高圧燃料ポンプ４では、コイル３４への通電タイミングを制御することにより、吐出される燃料の量を調整することが可能である。

具体的には、コイル３４への通電タイミングを早くすることにより、加圧室１２から低圧燃料配管６１側に向けて戻される燃料を少なくすることによって、吐出される燃料を多くすることができる。一方、コイル３４への通電タイミングを遅くすることにより、加圧室１２から低圧燃料配管６１側に向けて戻される燃料を多くすることによって、吐出される燃料を少なくすることができる。

−コイル通電量制御−
次に、本実施形態の特徴であるコイル通電量制御について説明する。このコイル通電量制御は、前述した調量行程から加圧行程に移る際におけるコイル３４への通電量を制御するものである。つまり、吸入弁２１を閉弁させる際におけるコイル３４への通電量を制御するものである。

従来の技術にあっては、吸入弁を閉弁させる際におけるコイルへの通電量は、高圧燃料ポンプの作動状態に関わりなく一定であった。

コイルへの通電を行って可動コアを移動させて吸入弁を閉弁位置に向けて移動させる場合には、加圧室から低圧燃料配管へ流れる燃料の流体力が吸入弁に対して閉弁位置側への付勢力として作用する。特に、吸入弁がバルブシートに着座する直前においてこの流体力は大きく作用する。この燃料の流体力は、燃料の流速が速いほど大きいものとなっている。そして、この燃料の流速は、プランジャの移動速度に依存している。つまり、プランジャの移動速度が低い場合には、加圧室から低圧燃料配管へ流れる燃料の流速が低く、吸入弁に対して閉弁位置側への付勢力となる流体力も低い。これに対し、プランジャの移動速度が高い場合には、加圧室から低圧燃料配管へ流れる燃料の流速が高く、吸入弁に対して閉弁位置側への付勢力となる流体力も高くなっている。このため、コイルへの通電量を常に一定にして電磁力を一定にした場合、特に、プランジャの移動速度が高い状況では、この電磁力と高い流体力（燃料の流速に依存する流体力）とが吸入弁に作用することになり、この吸入弁の移動速度（閉弁側（図２におけるＸ１方向）への移動速度）および可動コアの移動速度（図２におけるＸ１方向への移動速度）が高くなる。そして、吸入弁がバルブシートに着座する際の衝撃力および可動コアがステータコアに当接する際の衝撃力が共に大きくなり、その結果、衝突音が大きくなる。

本実施形態は、この点に鑑み、吸入弁２１を閉弁させる際、加圧室１２から低圧燃料配管６１へ流れる燃料の流速が速いときほど、前記コイル３４への通電量を小さくするようにしている。つまり、吸入弁２１に対して閉弁位置側への付勢力となる電磁力を小さくするようにしている。これにより、吸入弁２１の移動速度（Ｘ１方向への移動速度）および可動コア３３の移動速度（Ｘ１方向への移動速度）を低くし、吸入弁２１がバルブシート２２ｂに着座する際の衝撃力および可動コア３３がステータコア３２に当接する際の衝撃力を共に小さくして、衝突音を小さくするようにしている。

以下、図４を用いて具体的に説明する。図４は、エンジンの低負荷、中負荷、高負荷の各運転状態に応じたコイル３４への通電信号および駆動電流と、プランジャ１３のリフト量およびプランジャ１３のリフト速度との関係を示している。この図４では、コイル３４への通電信号および駆動電流として、高負荷時を実線で、中負荷時を一点鎖線で、低負荷時を二点鎖線でそれぞれ示している。また、プランジャ１３のリフト量の変化を破線で、プランジャ１３のリフト速度の変化を実線でそれぞれ示している。

この図４に示すように、エンジンの高負荷時には、高圧燃料ポンプ４に要求される燃料吐出量が多くなるため、コイル３４への通電開始タイミングが早くなっている（図中のタイミングＴ１）。そして、エンジンの中負荷時、低負荷時の順で、高圧燃料ポンプ４に要求される燃料吐出量が少なくなるため、この順でコイル３４への通電開始タイミングが遅くなっている（中負荷時における通電開始タイミングが図中のタイミングＴ２であり、低負荷時における通電開始タイミングが図中のタイミングＴ３である）。

一方、プランジャ１３のリフト位置とプランジャ１３のリフト速度との関係として、プランジャ１３はシリンダ１１内を往復移動するため、プランジャ１３が下死点付近や上死点付近にある場合にはリフト速度は低く（下死点や上死点に達した時点でのリフト速度は「０」である）、プランジャ１３が下死点と上死点との中間位置にある場合にはリフト速度は最も高くなる。

このため、エンジンの高負荷時におけるコイル３４への通電開始タイミングＴ１では、プランジャ１３のリフト位置としては下死点に近い位置となっており、プランジャ１３のリフト速度は比較的低い状態である。つまり、加圧室１２から低圧燃料配管６１側に向けて戻される燃料の流速が比較的低い状況（吸入弁２１を閉弁側に付勢する流体力が比較的低い状況）においてコイル３４への通電が開始されて吸入弁２１が閉弁位置に向けて移動する状態となっている。

また、エンジンの低負荷時におけるコイル３４への通電開始タイミングＴ３では、プランジャ１３のリフト位置としては上死点に近い位置となっており、この場合も、プランジャ１３のリフト速度は比較的低い状態である。つまり、加圧室１２から低圧燃料配管６１側に向けて戻される燃料の流速が比較的低い状況（吸入弁２１を閉弁側に付勢する流体力が比較的低い状況）においてコイル３４への通電が開始されて吸入弁２１が閉弁位置に向けて移動する状態となっている。なお、図４に示すものでは、このエンジンの低負荷時におけるコイル３４への通電開始タイミングＴ３でのプランジャ１３のリフト速度は、エンジンの高負荷時におけるコイル３４への通電開始タイミングＴ１でのプランジャ１３のリフト速度よりも僅かに高くなっている。つまり、吸入弁２１を閉弁側に付勢する流体力としては、エンジンの高負荷時よりも、エンジンの低負荷時の方が僅かに高くなっている。

これに対し、エンジンの中負荷時におけるコイル３４への通電開始タイミングＴ２では、プランジャ１３のリフト位置としては下死点と上死点との中間位置となっており、プランジャ１３のリフト速度は比較的高い状態である。つまり、加圧室１２から低圧燃料配管６１側に向けて戻される燃料の流速が比較的高い状況（吸入弁２１を閉弁側に付勢する流体力が比較的高い状況）においてコイル３４への通電が開始されて吸入弁２１が閉弁位置に向けて移動する状態となっている。

このように、エンジンの負荷に応じてコイル３４への通電開始タイミングが異なっていることに起因して、エンジンの負荷に応じて加圧室１２から低圧燃料配管６１側に向けて戻される燃料の流速も異なることになる。その結果、吸入弁２１に対して閉弁位置側への付勢力として作用する流体力もエンジンの負荷によって異なることになる。

本実施形態では、この燃料の流体力（吸入弁２１に対して閉弁位置側への付勢力として作用する燃料の流体力）が高い状況であるほど、コイル３４への通電量を小さくするようにしている。言い換えると、加圧室１２から低圧燃料配管６１側に向けて流れる燃料の流速が速い状況であるほど、コイル３４への通電量を小さくするようにしている。図４に示すものにあっては、高負荷、低負荷、中負荷の順で、燃料の流速が速くなるため、この高負荷、低負荷、中負荷の順で、コイル３４への通電量（駆動電流）を小さくしている。これにより、吸入弁２１に対する閉弁位置側への付勢力が必要以上に大きくなることを抑制し、可動コア３３がステータコア３２に衝突する際の衝撃力を小さくすることができて、衝突音の低減を図ることができる。また、吸入弁２１がバルブシート２２ｂに衝突する際の衝撃力も小さくすることができ、これによっても衝突音の低減を図ることができる。

前記コイルへの通電量の制御を行う手順について図５のフローチャートを用いて簡単に説明する。

先ず、ステップＳＴ１において、現在のエンジンの負荷率を算出する。この負荷率の算出手法は公知であるため、ここでの説明は省略する。そして、ステップＳＴ２において、この負荷率に応じて、コイル３４への通電信号の発信タイミング（コイル通電タイミング）および駆動電流の電流値をエンジンＥＣＵ５０から読み出す。エンジンＥＣＵ５０には、各負荷率に応じたコイル通電タイミングおよび駆動電流値を規定したマップが記憶されており、このマップから、負荷率に応じたコイル通電タイミングおよび駆動電流値が読み出される。このマップには、例えば高負荷、中負荷、低負荷の順でコイル通電タイミングを遅らせるように、負荷率に応じたコイル通電タイミングが規定されており、高負荷、低負荷、中負荷の順で駆動電流値を小さくするように、負荷率に応じた駆動電流値が規定されている。なお、この負荷率に応じた駆動電流値は予め実験やシミュレーションによって設定されている。例えば、前記各スプリング２４，３５の付勢力、前記流体力、各部の摺動抵抗等を考慮して駆動電流値は設定されている。

そして、ステップＳＴ３において、この読み出したコイル通電タイミングおよび駆動電流値に応じた指令信号を高圧燃料ポンプ４へ送信し、コイル３４への通電期間および通電量を制御する。

この動作が繰り返されることにより、エンジンの負荷率に応じたコイル３４への駆動電流の電流値を適切に設定することができる。つまり、吸入弁２１に対して閉弁位置側への付勢力として作用する燃料の流体力が高い状況であるほど、コイル３４への通電量を小さくすることで、吸入弁２１に対する閉弁位置側への付勢力が必要以上に大きくなることを抑制し、これによって衝突音の低減を図ることができる。

また、本実施形態では、コイル３４への通電量を必要最小限に抑えることができるため、消費電力の削減を図ることができて、燃料消費率の改善を図ることもできる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、前記実施形態では、４気筒のガソリンエンジンを示したが、これに限らず、気筒数はいくつであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。

また、前記実施形態では、プランジャ１３が吸気カムシャフト５の回転により駆動される例を示したが、これに限らず、プランジャが排気カムシャフトの回転により駆動されていてもよい。

本発明は、車両用エンジンに向けて燃料を圧送する燃料ポンプに適用可能である。

４高圧燃料ポンプ
１２加圧室（燃料加圧室）
２１吸入弁
２３ストッパ
３２ステータコア
３３可動コア
３４コイル
５０エンジンＥＣＵ（制御部）
６１低圧燃料配管（低圧側燃料通路）

Claims

内燃機関の燃料供給系統に備えられ、シリンダ内を往復移動して燃料加圧室の容積を拡大または縮小させるプランジャと、
低圧側燃料通路と前記燃料加圧室との間に設けられ、低圧側燃料通路側に移動した閉弁位置と、燃料加圧室側に移動することで前記燃料加圧室を前記低圧側燃料通路に連通させる開弁位置との間で移動可能な吸入弁と、
この吸入弁と一体的に移動する可動コアと、
周囲に巻かれたコイルに通電することにより発生する電磁力を前記可動コアに作用させて前記吸入弁を閉弁位置に向けて移動させると共に、この際、前記可動コアが当接するステータコアと、
前記コイルへの通電を制御する制御部と、を有する燃料ポンプにおいて、
前記制御部は、前記内燃機関の機関負荷が高負荷、中負荷、低負荷の順で、前記燃料加圧室の容積を縮小させている期間中でのコイル通電タイミングを遅らせるように、負荷率に応じたコイル通電タイミングを規定すると共に、前記吸入弁を閉弁させる際、前記内燃機関の機関負荷が高負荷、低負荷、中負荷の順で、前記コイルへの通電量を小さくする構成となっていることを特徴とする燃料ポンプ。