JP6817316B2 - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプに関し、特には、吐出する燃料の量を調節する電磁吸入弁を備えた高圧燃料ポンプに関する。

自動車等の内燃機関の内、燃焼室へ直接的に燃料を燃焼室内部へ噴射する直接噴射タイプにおいて、燃料を高圧化し所望の燃料流量を吐出する電磁吸入弁を備えた高圧燃料供給ポンプが広く用いられている。たとえば以下の特許文献１（特開２０１２−２５１４４７号公報）においては、次世代の高圧燃料ポンプとして、アンカーとロッドとが別体で構成された構造が記載されている。

特開２０１２−２５１４４７号公報

上記特許文献１の高圧燃料供給ポンプにおいて、ソレノイド部の部品の構成上、ソレノイド部内は燃料で満たされている。すると可動子の移動に伴って燃料通路内の係合部材突出部付近に流体剥離が生じ、キャビテーションが発生しやすくなる。

本発明の高圧燃料ポンプは、上記課題に鑑み、加圧室の吸入側に設けられた吸入弁と、外周側に突出する突出部を有し、バネの力により吸入弁を付勢する係合部材と、磁気吸引力を発生させる固定子と、磁気吸引力により吸引され、突出部と係合することで固定子に向かって係合部材を駆動する可動子とを備え、突出部の外周部と可動子の内周部との間の燃料通路の通路面積が最も小さくなっており、さらに前記突出部は、前記外周部のうち前記内周部との間の流路面積が最も小さい部位から前記固定子の側に向かって外径を小さくし流路面積を広げるテーパ部と、前記内周部との間の流路面積が最も小さい前記部位から前記燃料通路に向かって外径を小さくし流路面積を広げるテーパ部と、が形成され、係合部材は突出部よりも小径でバネの側に向かって延びる円筒部を有し、突出部と円筒部の一部とは可動子に形成された凹み部の内周側に配置され、かつ、凹み部の内周側において円筒部に前記バネが巻かれて保持され、円筒部と固定子との間の燃料流路よりも突出部の外周部と可動子の内周部との間の流路面積が小さい構成とする。

このように構成した本発明によれば、係合部材突出部近傍の剥離領域を低減し、キャビテーションの抑制に寄与することが出来る。

本発明の第一実施例及び第二実施例の高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明の第一実施例及び第二実施例の高圧燃料供給ポンプの別の縦断面図であり、エンジンへの取付けについても示した断面図である。 本発明の第一実施例及び第二実施例の高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が開弁状態にある状態を示す。 本発明の第一実施例及び第二実施例の高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁初期の状態であり、電磁吸入弁に通電中の状態を示す。 本発明の第一実施例及び第二実施例の高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁後期の状態であり、電磁吸入弁への通電を解除した状態を示す。 本発明の第一実施例及び第二実施例の高圧燃料供給ポンプのプランジャ及び電磁吸入弁の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第一実施例及び第二実施例の高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の分解斜視図である。 本発明の第一実施例及び第二実施例の高圧燃料供給ポンプを含む燃料供給システム図の一例である。 本発明第一実施例の高圧燃料供給ポンプのロッド突出部の気相体積分率図。 請求項５の対策形状を実施した本発明の第一実施例の高圧燃料供給ポンプのロッド突出部の気相体積分率図。 本発明の第二実施例による高圧燃料供給ポンプのロッド突出部の断面図。

以下、図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明する。

図１の高圧燃料供給ポンプの縦断面図及び図８に示すシステムの全体構成図を用いてシステムの構成と動作を説明する。 図８において、破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプ（以下高圧ポンプと呼ぶ）本体を示し、この破線の中に示されている機構、部品は高圧ポンプ本体１に一体に組み込まれていることを示す。

燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づきフィードポンプ２１によって汲み上げられ、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。吸入ジョイント１０ａを通過した燃料は圧力脈動低減機構９、吸入通路１０ｄを介して容量可変機構を構成する電磁吸入弁３００の吸入ポート３１ｂに至る。

電磁吸入弁３００に流入した燃料は、吸入弁３０を通過し加圧室１１に流入する。エンジンのカム機構によりプランジャ２に往復運動する動力が与えられ、プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降工程には吸入弁３０から燃料を吸入する。また、プランジャ２の上昇工程には、燃料が加圧される。この上昇行程において加圧室１１の燃料圧力が吐出通路１２の燃料圧力より高くなると、吐出弁８が開く。すると吐出弁８を介し、圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ燃料が圧送される。コモンレール２３の高圧燃料は、ＥＣＵ２７からの信号に基づきインジェクタ２４によりエンジンへ噴射される。

高圧ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁吸入弁への信号により、所望の供給燃料となるよう燃料流量を吐出する。異常な高圧を防止するためにリリーフバルブ１００が構成され、コモンレール２３、又は吐出通路１２の燃料圧力がリリーフバルブ１００の設定圧力以上の異常高圧に上昇すると、リリーフバルブ１００が開弁する。これによりコモンレール２３、又は吐出通路１２の燃料が高圧ポンプの加圧室１１内に戻されることでコモンレール内の異常な高圧状態を防止する。

ポンプ本体１にはさらに、吐出弁８ｂの下流側の吐出通路１２と加圧室１１とを連通するリリーフ通路１１０が吐出弁をバイパスして設けられている。リリーフ通路１１０には燃料の流れを吐出通路１２から加圧室１１への一方向のみに制限するリリーフ弁１０２が設けられている。リリーフ弁１０２は、押付力を発生するリリーフばね１０５によりリリーフ弁シート１０１に押付けられており、加圧室１１内とリリーフ通路１１０内との間の圧力差が予め設定された設定圧力以上になるとリリーフ弁１０２がリリーフ弁シート１０１から離れ、開弁するように設定されている。

高圧ポンプの電磁吸入弁３００の故障等によりコモンレール２３が異常な高圧となった場合、吐出通路１２と連通するリリーフ通路１１０と加圧室１１の差圧がリリーフ弁１０２の開弁圧力以上になると、リリーフ弁１０２が開弁する。これにより、吐出通路１２の異常高圧となった燃料がリリーフ通路１１０から加圧室１１へと戻され、コモンレール２３等の高圧側配管が保護される。
図１、図２及び図８を用い高圧ポンプの構成及び動作について述べる。
一般に高圧ポンプは、ポンプ本体１に設けられたフランジ１ｅが内燃機関のシリンダヘッド９０の平面に密着し、複数のボルト９１で固定される。取付けフランジ１ｅは溶接部１ｆにてポンプ本体１に全周を溶接結合されて環状固定部を形成している。本実施例では、レーザー溶接を用いている。

シリンダヘッド９０とポンプ本体１間のシールのためにＯリング６１がポンプ本体１に嵌め込まれ、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。ポンプ本体１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、かつ内部に加圧室１１を形成するよう端部が有底筒型状に形成されたシリンダ６が取り付けられている。さらに加圧室１１は燃料を供給するための電磁吸入弁３００と加圧室１１から吐出通路に燃料を吐出するための吐出弁機構８に連通するよう、外周側に環状の溝６ａと、前記環状の溝と加圧室とを連通する複数個の連通穴６ｂが設けられている。
シリンダ６はその外径において、ポンプ本体１と圧入固定され、ポンプ本体１との隙間から加圧した燃料が低圧側に漏れないよう圧入部円筒面でシールしている。また、シリンダ６の加圧室側外径に小径部６ｃを有し、加圧室１１の燃料が加圧されることによりシリンダ６が低圧燃料室１０ｃ側に力が作用するが、ポンプ本体１に小径部１ａを設けることで、シリンダ６が低圧燃料室１０ｃ側に抜けることを防止している。お互いの面を軸方向に平面に接触させることで、ポンプ本体１とシリンダ６との前記接触円筒面のシールに加え、二重のシールの機能をも果たす。
プランジャ２の下端には、内燃機関のカムシャフトに取り付けられたカムの回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するタペット９２が設けられている。プランジャ２はリテーナ１５を介してばね４にてタペット９２に圧着されている。これによりカム９３の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に往復運動させることができる。

また、シールホルダ７の内周下端部に保持されたプランジャシール１３がシリンダ６の図中下方部においてプランジャ２の外周に摺動可能に接触する状態で設置されており、低圧室７ａの燃料をプランジャ２が摺動した場合にでもシール可能な構造とし、外部に燃料が漏れることを防止する。同時に内燃機関内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がポンプ本体１の内部に流入するのを防止する。

ポンプ本体１の頭部にはダンパカバー１４が固定されている。ダンパカバー１４には吸入ジョイント５１が設けられており、低圧燃料吸入口１０ａを形成している。低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、吸入ジョイント５１の内側に固定されたフィルタ５２を通過し、圧力脈動低減機構９、低圧燃料流路１０ｄを介して電磁吸入弁３００の吸入ポート３１ｂに至る。

吸入ジョイント５１内の吸入フィルタ５２は、燃料タンク２０から低圧燃料吸入口１０ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂを有する。大径部２ａと小径部２ｂとにより、プランジャ２が往復運動すると、環状低圧燃料室７ａの体積を増減させる。体積の増減分は、燃料通路１ｄにより低圧燃料室１０と連通していることにより、プランジャ２の下降時は、環状低圧燃料室７ａから低圧燃料室１０へ、上昇時は、低圧燃料室１０から環状低圧燃料室７ａへと燃料の流れが発生する。このことにより、ポンプの吸入工程もしくは、戻し工程におけるポンプ内外への燃料流量を低減することができ、脈動を低減する機能を有している。
低圧燃料室１０には高圧ポンプ内で発生した圧力脈動が燃料配管２８へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構９が設置されている。一度加圧室１１に流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３０を通して吸入通路１０ｄ（吸入ポート３１ｂ）へと戻される場合、吸入通路１０ｄ（吸入ポート３１ｂ）へ戻された燃料により低圧燃料室１０には圧力脈動が発生する。しかし、低圧燃料室１０に設けた圧力脈動低減機構９は、波板状の円盤型金属板２枚をその外周で張り合わせ、内部にアルゴンのような不活性ガスを注入した金属ダンパで形成されており、圧力脈動はこの金属ダンパが膨張・収縮することで吸収低減される。９ｂは金属ダンパをポンプ本体１の内周部に固定するための取付金具であり、燃料通路上に設置されるため、複数の穴を設け前記取付金具９ｂの表裏に流体が自由に行き来できるようにしている。

加圧室１１の出口には吐出弁機構８が設けられている。吐出弁機構８は吐出弁シート８ａ、吐出弁シート８ａと接離する吐出弁８ｂ、吐出弁８ｂを吐出弁シート８ａに向かって付勢する吐出弁ばね８ｃ、吐出弁８ｂと吐出弁シート８ａとを収容する吐出弁ホルダ８ｄから構成され、吐出弁シート８ａと吐出弁ホルダ８ｄとは当接部８ｅで溶接により接合されて一体の吐出弁機構８を形成している。

なお、吐出弁ホルダ８ｄの内部には、吐出弁８ｂのストロークを規制するスットパーを形成する段付部８ｆが設けられている。加圧室１１と燃料吐出口１２に燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、燃料吐出口１２の燃料圧力よりも大きくなった時に始めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁し、加圧室１１内の燃料は燃料吐出口１２を経てコモンレール２３へと高圧吐出される。吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ８ｆと接触し、ストロークが制限される。

したがって、吐出弁８ｂのストロークは吐出弁ストッパ８ｄによって適切に決定される。これによりストロークが大きすぎて、吐出弁８ｂの閉じ遅れにより、燃料吐出口１２へ高圧吐出された燃料が、再び加圧室１１内に逆流してしまうのを防止でき、高圧ポンプの効率低下が抑制できる。また、吐出弁８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、吐出弁８ｂがストローク方向にのみ運動するように、吐出弁ホルダ８ｄの内周面にてガイドしている。以上のようにすることで、吐出弁機構８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。

これらの構成により、加圧室１１は、ポンプハウジング１、電磁吸入弁３００、プランジャ２、シリンダ６、吐出弁機構８にて構成される。カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３方向に移動して吸入工程状態にある時は、加圧室１１の容積は増加し加圧室１１内の燃料圧力が低下する。この工程で加圧室１１内の燃料圧力が吸入通路１０ｄの圧力よりも低くなると、燃料は、開口状態にある吸入弁３０を通り、ポンプ本体１に設けられた連通穴１ｂと、シリンダ外周通路６ａを通過し、加圧室１１に流入する。

プランジャ２が吸入工程を終了した後、プランジャ２が圧縮工程に移る。ここで電磁コイル４３は無通電状態を維持したままであり磁気付勢力は作用しない。よって、吸入弁３０は、ロッド付勢ばね４０の付勢力により開弁したままである。加圧室１１の容積は、プランジャ２の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度加圧室１１に吸入された燃料が、再び開弁状態の吸入弁３０を通して吸入通路１０ｄへと戻されるので、加圧室の圧力が上昇することは無い。この工程を戻し工程と称する。

この状態で、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと呼ぶ）からの制御信号が電磁吸入弁３００に印加されると、電磁コイル４３には電流が流れ、磁気付勢力によりロッド３５が吸入弁３０から離れる方向に移動し、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入通路１０ｄに流れ込むことによる流体力により吸入弁３０が閉弁する。閉弁後、加圧室１１の燃料圧力はプランジャ２の上昇運動と共に上昇し、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁機構８を介して燃料の高圧吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この工程を吐出工程と称する。

すなわち、プランジャ２の圧縮工程（下始点から上始点までの間の上昇工程）は、戻し工程と吐出工程からなる。そして、電磁吸入弁３００のコイル４３への通電タイミングを制御することで、吐出される高圧燃料の量を制御することができる。電磁コイル４３へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮工程中の、戻し工程の割合が小さく、吐出工程の割合が大きい。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が少なく、高圧吐出される燃料は多くなる。一方、通電するタイミングを遅くすれば圧縮工程中の、戻し工程の割合が大きく吐出工程の割合が小さい。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が多く、高圧吐出される燃料は少なくなる。電磁コイル４３への通電タイミングは、ＥＣＵ２７からの指令によって制御される。
以上のように構成することで、電磁コイル４３への通電タイミングを制御することで、高圧吐出される燃料の量を内燃機関が必要とする量に制御することが出来る。

ここで、本発明の対象とする、電磁吸入弁について、図３から図５の断面図及び図６のタイミングチャートを用い詳細に説明する。
図３は電磁吸入弁３００の拡大図で、電磁コイル４３に通電されていない無通電の状態であり、加圧室１１の圧力が低い（フィードポンプ２１で圧送される圧力）状態の図である。この状態で、吸入工程と戻し工程とが行われる。

図４は電磁吸入弁３００の拡大図で、電磁コイル４３に通電され、可動部であるアンカー３６が電磁吸引力により第二コア３９に接触し、吸入弁３０が閉弁した状態の図である。

図５は電磁吸入弁３００の拡大図で、ポンプ室の圧力が十分増加した後の吸入弁が閉まった状態での、電磁コイル４３への通電が解除された無通電の状態の図である。吸入弁部は、吸入弁３０、吸入弁シート３１、吸入弁ストッパ３２、吸入弁付勢ばね３３、吸入弁ホルダ３４からなる。

吸入弁シート３１は円筒型で、内周側軸方向にシート部３１ａ、円筒の軸を中心に放射状に２つ以上の吸入通路部３１ｂを有し、外周円筒面でポンプ本体１に圧入保持される。吸入弁ホルダ３４は、放射状に２方向以上の爪を有し、爪外周側が吸入弁シート３１の内周側で同軸に嵌合保持される。さらに円筒型で一端部につば形状を持つ吸入ストッパ３２が吸入弁ホルダ３４の内周円筒面に圧入保持される。

吸入弁付勢ばね３３は、吸入弁ストッパ３２の内周側に、一部前記ばねの一端を同軸に安定させるための細径部に配置され、吸入弁３０が、吸入弁シート部３１ａと吸入弁ストッパ３２の間に、弁ガイド部３０ｂに吸入弁付勢ばね３３が嵌合する形で構成される。吸入弁付勢ばね３３は圧縮コイルばねであり、吸入弁３０が吸入弁シート部３１ａに押し付けられる方向に付勢力が働く様に設置される。圧縮コイルばねに限らず、付勢力を得られるものであれば形態を問わないし、吸入弁と一体になった付勢力を持つ板ばねの様なものでも良い。

この様に吸入弁部を構成することで、ポンプの吸入工程においては、吸入通路３１ｂを通過し内部に入った燃料が、吸入弁３０とシート部３１ａの間を通過し、吸入弁３０の外周側及び吸入弁ホルダ３４の爪の間を通り、ポンプ本体１及びシリンダの通路を通過し、ポンプ室へ燃料を流入させる。また、ポンプの吐出工程においては、吸入弁３０が吸入弁シート部３１ａと接触シールすることで、燃料の入口側への逆流を防ぐ逆止弁の機能を果たす。

吸入弁３０の動きを滑らかにするために、吸入弁ストッパの内周側の液圧を吸入弁の動きに応じて逃がすために、通路３２ａが設けられている。吸入弁３０の軸方向の移動量３０ｅは吸入弁ストッパ３２によって有限に規制されている。移動量が大きすぎると吸入弁３０の閉じる時の応答遅れにより前記逆流量が多くなりポンプとしての性能が低下するためである。この移動量の規制は、吸入弁シート３１ａ、吸入弁３０、吸入弁ストッパ３２の軸方向の形状寸法及び、圧入位置で規定することが可能である。

吸入弁ストッパ３２には、環状突起３２ｂが設けられ、吸入弁３２が開弁している状態において、吸入弁ストッパ３２との接触面積を小さくしている。開弁状態から閉弁状態へ遷移時、吸入弁３２が吸入弁ストッパ３２から離れやすい様、すなわち閉弁応答性を向上させるためである。前記環状突起が無い場合、すなわち前記接触面積が大きい場合、吸入弁３０と吸入弁ストッパ３２の間に大きなスクイーズ力が働き、吸入弁３０が吸入弁３２から離れにくくなる。

吸入弁３０、吸入弁シート３１ａ、吸入弁ストッパ３２は、お互い作動時に衝突を繰返すため、高強度、高硬度で耐食性にも優れるマルテンサイト系ステンレスに熱処理を施した材料を使用する。吸入弁スプリング３３及び吸入弁ホルダ３４には耐食性を考慮しオーステナイト系ステンレス材を用いる。
次にソレノイド機構部について述べる。ソレノイド機構部は、可動部であるロッド３５、アンカー３６、固定部であるロッドガイド３７、第一コア３８、第二コア３９、そして、ロッド付勢ばね４０、アンカー付勢ばね４１からなる。

可動部であるロッド３５とアンカー３６は別部材に構成している。ロッド３５はロッドガイド３７の内周側で軸方向に摺動自在に保持され、アンカー３６の内周側は、ロッド３５の外周側で摺動自在に保持される。すなわち、ロッド３５及びアンカー３６共に幾何学的に規制される範囲で軸方向に摺動可能に構成されている。

アンカー３６は燃料中で軸方向に自在に滑らかに動くために、部品軸方向に貫通する貫通穴３６ａを１つ以上有し、アンカー前後の圧力差による動きの制限を極力排除している。

ロッドガイド３７は、径方向には、ポンプ本体１の吸入弁が挿入される穴の内周側に挿入され、軸方向には、吸入弁シートの一端部に突き当てられ、ポンプ本体１に溶接固定される第一コア３８とポンプ本体１との間に挟み込まれる形で配置される構成としている。
ロッドガイド３７にもアンカー３６と同様に軸方向に貫通する貫通穴３７ａが設けられ、アンカーが自在に滑らかに動くことができる様、アンカー側の燃料室の圧力がアンカーの動きを妨げない様に構成している。

第一コア３８は、ポンプ本体と溶接される部位との反対側の形状を薄肉円筒形状としており、その内周側に第二コア３９が挿入される形で溶接固定される。第二コア３９の内周側にはロッド付勢ばね４０が、細径部をガイドに配置され、ロッド３５が吸入弁３０と接触し、前記吸入弁が吸入弁シート部３１ａから引き離す方向、すなわち吸入弁の開弁方向に付勢力を与える。

アンカー付勢ばね４１は、ロッドガイド３７の中心側に設けた円筒径のガイド部３７ｂに方端を挿入し同軸を保ちながら、アンカー３６にロッドつば部３５ａ方向に付勢力を与える配置としている。アンカー３６の移動量３６ｅは吸入弁３０の移動量３０ｅよりも大きく設定される。確実に吸入弁３０が閉弁するためである。

ロッド３５とロッドガイド３７にはお互い摺動するため、またロッド３５は吸入弁３０と衝突を繰返すため、硬度と耐食性を考慮しマルテンサイト系ステンレスに熱処理を施したものを使用する。アンカー３６と第二コア３９は磁気回路を形成するため磁性ステンレスを用い、さらにアンカー３６と第二コア３９のそれぞれの衝突面には、硬度を向上させるための表面処理を施している。特には硬質Ｃｒめっき等であるがその限りでは無い。ロッド付勢スプリング４０、アンカー付勢スプリング４１には耐食性を考慮しオーステナイト系ステンレスを用いる。
吸入弁部とソレノイド機構部には、３つのばねが構成されることになる。吸入弁部に構成される吸入弁付勢ばね３３と、ソレノイド機構部に構成されるロッド付勢ばね４０、アンカー付勢ばね４１で構成される。本実施例ではいずれのばねもコイルばねを使用しているが付勢力を得られる形態であればいかなるものでも構成可能である。

この３つのばね力の関係は、下記の式で構成する。 ロッド付勢ばね４０力＞アンカー付勢ばね４１力＋吸入弁付勢ばね３３力＋流体により吸入弁が閉じようとする力 ‥‥（１）式
この関係により、無通電時では、各ばね力により、ロッド３５は吸入弁３０を吸入弁シート部３１ａから引き離す方向、すなわち弁が開弁する方向に力ｆ１が作用する。（１）式より、ｆ１は下記である。
ｆ１＝ロッド付勢ばね力−（アンカー付勢ばね力＋吸入弁付勢ばね力＋流体により吸入弁が閉じようとする力） ‥‥（２）式
次にコイル部の構成について述べる。コイル部は、第一ヨーク４２、電磁コイル４３、第２ヨーク４４、ボビン４５、端子４６、コネクタ４７から成る。ボビン４５に銅線が複数回巻かれたコイル４３が、第一ヨーク４２と第二ヨーク４４により取り囲まれる形で配置され、樹脂部材であるコネクタ４７と一体にモールドされ固定される。二つの端子４６のそれぞれの方端はコイルの銅線の両端にそれぞれ通電可能に接続される。端子４６も同様にコネクタ４７と一体にモールドされ残りの方端がエンジン制御ユニット側と接続可能な構成とする。

コイル部は第一ヨーク４２の中心部の穴部が、第一コア３８に圧入され固定される。その時、第二ヨーク４４の内径側は、第二コア３９と接触もしくは僅かなクリアランス近接する構成となる。

第一ヨーク４２、第二ヨーク４４共に、磁気回路を構成するために、また耐食性を考慮し磁性ステンレス材料とし、ボビン４５、コネクタ４７は強度特性、耐熱特性を考慮し、高強度耐熱樹脂を用いる。コイル４３は銅、端子４６には真鍮に金属めっきを施した物を使用する。
上述の様にソレノイド機構部とコイル部とを構成することで、図３の矢印部に示す様に、第一コア３８、第一ヨーク４２、第二ヨーク４４、第二コア３９、アンカー３６で磁気回路を形成し、コイルに電流を与えると、第二コア３９、アンカー３６間に電磁力が発生し、互いに引き寄せられる力が発生する。第一コア３８において、第二コア３９とアンカー３６とがお互い吸引力を発生させる軸方向部位を極力薄肉にすることで、磁束のほぼ全てが第二コア３９とアンカー３６の間を通過するため、効率良く電磁力を得ることができる。

上記電磁力が前記ｆ１を上回った時に、可動部であるアンカー３６がロッド３５と共に第二コア３９に引き寄せられる運動、またコア３９とアンカー３６が接触し、接触を継続することを可能とする。

以下、図３〜５、及び図６のタイミングチャートを用いて動作と効果について詳細に述べる。
≪吸入工程≫
プランジャ２が上死点から下降を始めると、加圧室内の圧力が例えば２０ＭＰａレベルの高圧の状態から急激に小さくなり、前述の力ｆ１によりロッド３５、アンカー３６、吸入弁３０とが、吸入弁３０の開弁方向に移動を始める。吸入弁３０が開弁することで、吸入弁シートの通路３１ｂからバルブシート３１内径側に流入した燃料が、加圧室内に吸入され始める。

吸入弁３０が吸入弁ストッパ３２に衝突し、吸入弁３０はその位置で停止する。同じくロッド３５も先端が吸入弁３０に接触する位置（図６におけるプランジャロッドの開弁位置）で停止する。

アンカー３６についてもロッド３５と同速度で吸入弁３０開弁方向に移動する。しかし、図６のＡに示すように、ロッド３５が吸入弁３０に接触し停止した後でも慣性力で移動を続けようとする。ところが、アンカー付勢ばね４１がその慣性力に打ち勝ち、アンカー３６は再び第二コア３９に近付く方向に移動し、ロッドつば部３５ａにアンカー３６が押し当てられる形で接触する位置（図６におけるアンカー開弁位置）で停止することができる。この時点におけるアンカー３６、ロッド３５、吸入弁３０の位置を示す状態が図３の状態である。

前述及び図６においては、Ａに示す部分で、ロッド３５とアンカー３６とが完全に離れる説明としているが、ロッド３５とアンカー３６とが接触したままの状態でも良い。言い換えると、ロッドつば部３５ａとアンカー３６との接触部に作用する荷重は、ロッドの運動停止後減少し、０になるとアンカー３６がロッドに対し分離を開始するが、０にならず僅かの荷重を残すアンカー付勢ばね４１の設定力でも良い。

吸入弁３０が吸入弁ストッパ３２に衝突する時には、製品としての重要な特性となる異音の問題が発生する。異音の大きさは前記衝突時のエネルギーの大きさに起因するが、ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成しているために、吸入弁ストッパ３２に衝突するエネルギーは、吸入弁３０の質量とロッド３５の質量のみで発生することとなる。すなわちアンカー３６の質量は衝突エネルギーに寄与しないため、ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成することで、異音の問題を低減している。

ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成したとしても、アンカー付勢ばね４１が無い構成の場合、前記慣性力でアンカー３６は吸入弁３０の開弁方向に移動を続け、ロッドガイド３７の中央軸受部３７ｂに衝突し、前記衝突部とは相違する部分で異音が発生する問題が起こる。異音の問題に加え、衝突することでアンカー３６とロッドガイド３７の摩耗や変形等が起こるばかりでなく、前記摩耗により金属異物が発生し、その異物が摺動部やシート部に挟まることで、又、変形し軸受機能を損なうことで、吸入弁ソレノイド機構の機能を損なう恐れがある。

また、アンカー付勢ばね４１が無い構成の場合、アンカーが前記慣性力でコア３９から離れ過ぎてしまう（図６のＡ部）ため、動作時刻として後工程である、戻し工程から吐出工程に遷移させるためにコイル部に電流を加えた時に、必要な電磁吸引力が得られない問題が発生する。必要な電磁吸引力が得られない場合、高圧ポンプから吐出する燃料を所望の流量に制御出来ない大きな問題となる。

このため、アンカー付勢ばね４１は前記問題を発生させないための重要な機能を持っている。吸入弁３０が開弁した後、さらにプランジャ２が降下を行い下死点に到達する。この間、加圧室１１には燃料が流入し続け、この工程が吸入工程である。

≪戻し工程≫
下死点まで降下したプランジャ２は、上昇工程に入る。吸入弁は前記ｆ１の力で開弁状態に停止したままであり、吸入弁を通過する流体の方向が真逆になる。すなわち吸入工程では燃料が、吸入弁シート通路３１ｂから加圧室に流入していたのに対し、上昇工程となった時点で、加圧室から吸入弁シート通路３１ｂ方向に戻される。この工程を戻し工程と呼ぶ。

この戻し工程において、エンジン高回転時すなわちプランジャ２の上昇速度が大きい条件において、戻される流体による吸入弁の閉弁力が増大し、前記力ｆ１が小さくなる。この条件において、各ばね力の設定力を誤り、ｆ１が負の値になった場合、吸入弁３０は意図せず閉弁してしまう。所望の吐出流量よりも大きな流量が吐出されてしまうため、燃料配管内の圧力が所望の圧力以上に上昇し、エンジンの燃焼制御に悪影響を及ぼすことになる。そのため、プランジャ２の上昇速度が最も大きい条件で、前記力ｆ１が正の値を保つように各ばね力を設定する必要がある。

≪戻し工程〜吐出工程への遷移状態≫
所望の吐出時刻よりも、電磁力の発生遅れ、吸入弁の閉弁遅れを考慮した早い時刻において、電磁コイル４３に電流が与えられ、アンカー３６と第二コア３９の間に磁気吸引力が働く。電流は前記力ｆ１に打ち勝つに必要な大きさの電流を与える必要がある。この磁気吸引力が前記力ｆ１に打ち勝った時点で、アンカー３６が第二コア３９方向へ移動を開始する。アンカー３６が移動することで、軸方向につば部３５ａで接触しているロッド３５も同じく移動し、吸入弁３０が吸入弁付勢ばね３３の力と、流体力、主には、加圧室側からシート部を通過する流速による静圧の低下により閉弁を開始する。

電磁コイル４３に電流が与えられた時、アンカー３６と第二コア３９が規定の距離より離れすぎている場合、すなわちアンカー３６が図６の「開弁位置」を超えて、Ａの状態が継続した場合、前記磁気吸引力が弱いために前記力ｆ１に打ち勝つことができず、アンカーが第二コア３９側に移動することに時間を要したり、移動できない問題が発生する。

この問題を起こさない為にアンカー付勢ばね４１を設けている。アンカー３６が所望のタイミングで第二コア３９に移動できない場合、吐出したいタイミングにおいても吸入弁が開いた状態を維持するため、吐出工程が開始できない。つまり、すなわち必要な吐出量が得られないため所望のエンジン燃焼ができない懸念がある。このため、アンカー付勢ばね４１は、吸入工程で発生が懸念される異音問題を防止するため、また吐出工程が開始できない問題を防止するための重要な機能を持っている。

移動を始めた吸入弁３０は、シート部３１ａに衝突し停止することで、閉弁状態となる。閉弁すると、筒内圧が急速に増大するため、吸入弁３０は筒内圧により閉弁方向に前記力ｆ１よりも遥かに大きい力で強固に押し付けられ、閉弁状態の維持を開始する。

ここで、本実施例で課題とするソレノイド機構部内に発生する虞のある壊食の問題について説明する。コイルに電流が与えられアンカー３６が第二コア３９に引き寄せられる際、二物体の間にある空間体積が急速に縮小することで、その空間にある流体は行き場を失う。よって、速い流れを持ってアンカー外周側へ押し流され、第一コア薄肉部に衝突し、そのエネルギーによる壊食発生の懸念がある。また、押し流された流体がアンカーの外周を通過しロッドガイド側に流れるが、アンカー外周側の通路が狭いために流速が大きくなる。すると静圧が急速に低下することによるキャビテーションが発生し、第一コア薄肉部においてキャビテーション壊食が発生する懸念がある。

これらの問題を回避するためにアンカー中心側に１つ以上の軸方向の貫通穴３６ａを設置している。アンカー３６が第二コア３９側に引き寄せられる際、その空間の流体が、極力、アンカー外周側の狭い通路を通過しない様、貫通穴３６ａを通過させるためである。

本実施例ではこのキャビテーション壊食の原因となるキャビテーションの発生を低減することを目的としている。燃料通路が狭く、燃料の流速が速くなる箇所では流れは直線的なであるため、急な角度をもった形状では剥離が発生しやすくなるため圧力が低下し、キャビテーション発生の主要因となる。そこで、燃料通路が狭いところから流路を緩やかに広げることで流速が徐々に低下し、圧力降下を抑えることが出来るため上記壊食の問題を解決することができる。

アンカー３６とロッド３５を一体で構成している場合、上記問題がさらに懸念される事象が発生する。エンジン高回転時すなわちプランジャの上昇速度が大きい条件において、コイルに電流が付与されアンカー３６が第二コア３９に移動しようとする力に、さらに非常に速度の大きい流体による吸入弁３０を閉じる力が追加付与力として増加され、ロッド３５及びアンカー３６が第二コア３９へ急激に接近するため、その空間の流体が押し出される速度がさらに大きくなり、前記壊食の問題がさらに大きなものになる。アンカー３６の貫通穴３６ａの容量が不足する場合、壊食の問題が解決できない。
今回の実施例ではアンカー３６とロッド３５が別体で構成されているため、吸入弁３０を閉じる力がロッド３５に与えられた場合においても、ロッド３５のみが第二コア３９側に押し出され、アンカー３６は取り残されながら、通常の電磁吸引力のみの力で第二コア３９側に移動を行う。すなわち急激な空間の減少は起こらず、壊食の問題の発生を防ぐことができる。

アンカー３６とロッド３５を別体で構成する弊害は前述した通り、所望の磁気吸引力を得られない問題、異音、機能低下があるが、アンカー付勢ばね４１を設置することで、この弊害を取り払うことが可能となる。

≪吐出工程≫
プランジャが下死点から上昇工程に転じ、所望のタイミングでコイル４３に電流が与えられ吸入弁３０が閉じるまでの戻し工程が終了した直後、加圧室内の圧力が急速に増大し、吐出工程となる。吐出工程後には、省電力の観点からコイルに与える電力を削減することが望ましいため、コイルに与える電流を切断する。電磁力が付加されなくなりアンカー３６及びロッド３５が、ロッド付勢ばね４０とアンカー付勢ばね４１の合力により、第二コア３９から離れる方向へ移動する。ところが、吸入弁３０が強固な閉弁力で閉弁位置にあるためロッド３５は閉弁状態の吸入弁３０に衝突した位置で停止する。すなわちこの時のロッドの移動量は３６ｅ−３０ｅとなる。

この様に、燃料が吐出される吐出工程が行われ、次の吸入工程直前においては、吸入弁３０、ロッド３５、アンカー３６は図５の状態となっている。プランジャが上死点に達した時点で、吐出工程が終了し、再び吸入工程が開始される。

かくして、低圧燃料吸入口１０ａに導かれた燃料はポンプ本体としてのポンプ本体１の加圧室１１にてプランジャ２の往復動によって必要な量が高圧に加圧され、燃料吐出口１２からコモンレール２３に圧送されるのに好適な高圧ポンプを提供することができる。

本実施例の高圧ポンプは、図９のアンカーロッド突出部拡大図に示すように、バネ空間４８からアンカー３６に形成された燃料通路３６ａに至る間において、突出部３５ａの外周部３５ｄとアンカー３６の内周部３６ｃとの間の流路面積が最も小さくなるように形成される。そして突出部３５ａは、外周部３５ｄのうち内周部３６ｃとの間の流路面積が最も小さい部位３６ｄから燃料通路３６ａに向かって外径を小さくし流路面積を広げるテーパ部３５ｃが形成されることを特徴とする。

これにより、図４の吸入弁３０の開閉弁によるアンカー３６の移動に伴って生じる液体の流れに際して、最小流路面積３６ｄ通過後に流路が緩やかに拡大するため流速が徐々に小さくなり、圧力降下が抑えられるため剥離部が低減されることで、キャビテーションの抑制に寄与する。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図３の高圧燃料ポンプソレノイド部断面図よりアンカー３６が第二コア３９に向かって移動する場合に、燃料通路３６ａと燃料通路３６ｆを介してバネ４０が配置されたバネ空間４８の燃料を吸入弁３０側に流すことを特徴としている。これにより、アンカーの動作によって燃料の移動を可能にする。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図９のアンカーロッド突出部拡大図よりテーパ部３５ｃは、燃料通路３６ａに向かって徐々に外径が小さくなり流路面積を広げることを特徴としている。これにより、最小流路面積３６ｄ通過後の流路面積が広がるため燃料の流速が減少し、剥離部の低減に寄与する。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図１０のアンカーロッド突出部の拡大図に示すように、本実施例では、アンカー３６の燃料通路３６ａよりも内周側において、テーパ３５ｃはアンカー３６と係合するように構成することを特徴としている。これにより、燃料が最小流路面積部３６ｄ通過後に流路面積が拡大し、流速が減少することに寄与する。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図９の構成でも上記したように、キャビテーションの抑制に寄与することができる。しかし、図９の構成でも剥離による圧力低下よりキャビテーション発生が生じ得る箇所がある。そこで図１０に示す本発明の実施例では、テーパ部３５ｃは、テーパ部の燃料通路側の端部が燃料通路３６ａの最も内周側に対応する位置になるように形成されることを特徴とする。つまり、図９に示すようなテーパ部３５ｃからロッド部までの段部が無く、テーパ部３５ｃとロッド部とが滑らかに接続される。これにより、最小流路面積部３６ｄに流路面積が拡大することで燃料の流速が減少し、剥離部の低減によるキャビテーションの抑制に寄与する。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図３の吸入弁開弁時におけるソレノイド部断面図よりロッド３５は突出部３５ａよりも小径でバネ４０の側に向かって延びる円筒部３５ｅを有し、円筒部は、円筒部の端部３５ｆが第二コア３９におけるアンカー３６と対向する端面と対応する位置になるように形成されることを特徴とする。これにより、円筒部から第二コアへの磁気漏れを防ぐ働きに寄与する。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図３の吸入弁開弁時におけるソレノイド部断面図よりロッド３５は突出部３５ａよりも小径でバネ４０の側に向かって延びる円筒部３５ｅを有し、突出部及び円筒部はアンカーに形成された凹み部３６ｇの内周側に配置され、かつ、円筒部３５ｅは、円筒部の端部３５ｆが第二コア３９におけるアンカー３６と対向する端面と対応する位置になるように形成されることを特徴とする。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図４の吸入弁閉弁時におけるソレノイド部断面図よりロッド３５は突出部３５ａよりも小径でバネ４０の側に向かって延びる円筒部３５ｅを有し、突出部３５ａ及び円筒部３５ｅはアンカー３６に形成された凹み部３６ｇの内周側に配置するとともに凹み部の内周側において、円筒部３５ｅにバネ４０が巻かれて保持されることを特徴とする。これにより、バネ４０の姿勢を安定させる効果がある。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図４の吸入弁閉弁時におけるソレノイド部断面図よりバネ４０は円筒部３５ｅに１．５周以上巻かれることを特徴とする。これにより、バネ４０の姿勢を安定させる効果がある。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図４の吸入弁閉弁時におけるソレノイド部断面図よりロッド３５は突出部３５ａよりも小径でバネ４０の側に向かって延びる円筒部３５ｅを有し、アンカー３６の燃料通路３６ａはアンカー３６の移動方向において、第二コア３９に形成された凹み部の内周面と重なるように形成され、円筒部３５ｅの外周部は燃料通路３６ａの最も内周側よりもさらに内周側に位置することを特徴とする。これにより、バネ空間４８の燃料が移動する流路を確保することでできる。

また上記構成の高圧燃料供給ポンプにおいて、図４の吸入弁閉弁時におけるソレノイド部断面図よりロッド３５は突出部３５ａよりも小径でバネ４０の側に向かって延びる円筒部３５ｅを有し、円筒部３５ｅと第二コア３９との間の燃料流路３６ａよりも突出部３５ａの外周部３５ｄとアンカー３６の内周部との間の流路面積が小さいことを特徴とする。
これにより、外周部３５ｄとアンカー３６の内周部との間の流路での流速が速くなるため、本発明のテーパによって剥離部を低減することが出来る。

上記したように図９の構成は図１０に比べるとキャビテーションが発生し易い。この理由を説明する。図９にアンカー３６内の燃料通路を示すが、電磁コイル４３に通電することによってアンカー３６と第二コア３９間に磁気吸引力が発生し、アンカー３６とロッド３５が第二コア側に移動することによって流体は押し出され、燃焼通路３６ａを通って吸入弁側へ向かって流れる。その際、ロッド突出部３５ａ付近通過後の流れの影響によって剥離部が生じて圧力が低下し、キャビテーションが発生する。

これに対して図１０は上記したように本実施例におけるアンカーロッド突出部の拡大図を示す図９では、ロッド３５が第二コア側に移動することによって流体が吸入弁側へ押し出されてロッド突出部３５ａ付近で剥離が生じていた。これに対して図１０に示すように、本実施例では突出部３５ａにテーパを設けることによって燃料通路内の段差を無くした滑らかな形状とした。これより燃料流れの整流化によって剥離を低減し、キャビテーション発生を抑制できる。

図１１に本実施例におけるアンカー・アンカーロッド突出部の拡大図を示す。ロッド突出部３５ａに示す通り、テーパを突出部の第二コア側３５ｂと吸入弁側３５ｃの両側に設けることにより、吸入弁開閉弁時のアンカーの移動に伴って突出部近傍に発生する剥離部を低減することができ、キャビテーション発生を抑制できる。
図１１に示す通り、ロッドの突出部３５ａとアンカーの突出部３６ｂにテーパもしくは緩やかな曲面を設けることで吸入弁開閉弁時のロッド３５の移動に伴って突出部近傍に発生する流体剥離部を低減でき、キャビテーション発生を抑制できる。

１ ポンプ本体
２ プランジャ
６ シリンダ
７ シールホルダ
８ 吐出弁機構
９ 圧力脈動低減機構
１０ａ 低圧燃料吸入口
１１ 加圧室
１２ 燃料吐出口
１３ プランジャシール
３０ 吸入弁
３１ 吸入弁シート
３３ 吸入弁ばね
３５ ロッド
３５ａ ロッド突出部
３５ｂ ロッド突出部第二コア側
３５ｃ ロッド突出部吸入弁側
３５ｄ ロッド突出部外径
３６ アンカー
３６ａ 燃料通路
３６ｂ アンカー突出部
３６ｃ アンカー内周部
３６ｄ 流路面積最小部
３６ｆ 燃料通路（サイドギャップ部）
３８ 第一コア
３９ 第二コア
４０ ロッド付勢ばね
４１ アンカー付勢ばね
４３ 電磁コイル
４８ バネ空間
３００ 電磁吸入弁

Claims (8)

1. 加圧室の吸入側に設けられた吸入弁と、
   外周側に突出する突出部を有し、バネの力により前記吸入弁を付勢する係合部材と、
   磁気吸引力を発生させる固定子と、
   前記磁気吸引力により吸引され、前記突出部と係合することで前記固定子に向かって前記係合部材を駆動する可動子と、を備え、
   前記バネが配置されたバネ空間から前記可動子に形成された燃料通路に至る間において、前記突出部の外周部と前記可動子の内周部との間の流路面積が最も小さくなるように形成され、
   さらに前記突出部は、前記外周部のうち前記内周部との間の流路面積が最も小さい部位から前記固定子の側に向かって外径を小さくし流路面積を広げるテーパ部と、前記内周部との間の流路面積が最も小さい前記部位から前記燃料通路に向かって外径を小さくし流路面積を広げるテーパ部と、が形成され、
   前記係合部材は前記突出部よりも小径で前記バネの側に向かって延びる円筒部を有し、
   前記突出部と前記円筒部の一部とは前記可動子に形成された凹み部の内周側に配置され、かつ、前記凹み部の内周側において前記円筒部に前記バネが巻かれて保持され、
   前記円筒部と前記固定子との間の燃料流路よりも前記突出部の外周部と前記可動子の前記内周部との間の前記流路面積が小さいことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記燃料通路は、前記可動子が前記固定子に向かって移動する場合に前記バネ空間の燃料を前記加圧室に流すように構成された燃料通路が形成されたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記テーパ部は、前記突出部の外径が徐々に小さくなるように形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記可動子の前記燃料通路よりも内周側において、前記突出部は前記可動子と係合することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項４に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記テーパ部は、前記テーパ部の前記燃料通路の側の端部が前記燃料通路の最も内周側に対応する位置になるように形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記吸入弁の開弁時に、前記円筒部は、前記円筒部の端部が前記固定子の前記可動子と対向する端面と対応する位置になるように形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
7. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記バネは前記円筒部に１．５周以上巻かれることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
8. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記可動子の前記燃料通路は前記可動子の移動方向において、前記固定子に形成された凹み部の内周面と重なるように形成され、
   前記円筒部の外周部は前記燃料通路の最も内周側よりもさらに内周側に位置することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

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