JP6991112B2 - 電磁弁機構及びこれを備えた燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は車両用部品について、電磁弁機構及びこれを備えた燃料ポンプに関する。

本発明の電磁弁機構の従来技術として、特許文献１に記載のものがある。特許文献１の段落００３０では、「ガイドピンは、例えばマルテンサイト系のステンレスを焼き入れ処理することで、固定コア、可動コア及び第２スプリングよりも高硬度に形成されている。ガイドピンは、ビッカース硬さがＨｖ４００以上である。好ましくは、Ｈｖ６５０以上である。」と記載されている。また、段落００５７には「ガイドピンには、軸方向に通じる孔が設けられている。これにより、ガイドピンの圧入時に第１収容室の深部の空気を抜くことができる。したがって、ガイドピンを小径孔の内壁に確実に圧入することができる。 」と記載されている。さらには、同段落には「ガイドピンの基部の外壁と小径孔の内壁との隙間を略０にすることが可能になる。したがって、基部の径外側に位置する小径孔の内壁にエロージョンが生じることを確実に抑制することができる。」とも記載されている。

特開２０１２－１３６９９４号公報

特許文献１では、固定コアの内部円筒空間にばね受けとしてのガイドピンを圧入固定し、当該ばね受けを固定コア、可動コア及び第２スプリングよりも高硬度部材で構成することが記載されており、また、当該ガイドピンの中心には、圧入時にガイドピンと固定コアの間に形成される密閉空間の空気を抜くための貫通孔が形成され、ガイドピン基部の径外側に発生するエロージョンの対策に関しては触れている。しかしながら、その貫通孔の奥端面の固定コアに発生するエロージョンに関しては言及されていない。

近年、燃料の高圧化、大流量化、燃料の多様化、さらには使用環境の複雑化に伴い、貫通孔の奥端面の固定コアにおいて、キャビテーションによるエロージョンが生じ得る虞があることを本発明者らは見出した。そこで本発明では、このような厳しい環境下においても貫通孔の奥端面の固定コアにおいて、キャビテーションによるエロージョンが発生することを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、固定コアと、前記固定コアに吸引される可動コアと、を備えた電磁弁機構において、前記固定コアの凹み部に配置され、前記固定コアと別部材で構成される固定部材を備え、前記固定コアの前記凹み部の内径部と前記固定部材の外径部とが前記凹み部の底面から離れた位置において接触することで、前記固定部材の軸方向外側端面と前記凹み部の前記底面との間に空間が形成され、前記固定部材には、前記空間と、前記固定部材を間にして前記空間と反対側に形成される空間と、を連通する連通穴が形成された。

本発明によれば、貫通孔の奥端面の固定コアにおいて、キャビテーションによるエロージョンが発生することを抑制する電磁弁機構及びこれを備えた燃料ポンプを提供することが可能となる。
本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例において詳細に説明する。

高圧燃料ポンプが適用されたエンジンシステムの構成図を示す。 図１に記載の高圧燃料ポンプの縦断面図である。 図１に記載の高圧燃料ポンプの上方から見た水平方向断面図である。 図１に記載の高圧燃料ポンプの図２と別方向から見た縦断面図である。 図１に記載の高圧燃料ポンプの電磁弁機構の拡大縦断面図であり、電磁弁機構が開弁状態にある状態を示す。 電磁吸入弁機構３００の可動コア３６が固定コア３９の方向（閉弁方向）へ移動する状態を示す。 電磁吸入弁機構３００の可動コア３６が固定コア３９とが当接した状態を示す。 電磁吸入弁機構３００の流体の慣性力により凹み部３９ａの流体が流出を続ける状態を示す。 電磁吸入弁機構３００においてエロージョンが発生するメカニズムを説明する図面である。 電磁吸入弁機構３００の固定コア３９と可動コア３６が分離する前の状態を示す。 電磁吸入弁機構３００の可動コア３６が開弁方向へと移動して固定コア３９と分離する状態を示す。 電磁吸入弁機構３００においてキャビテーションが発生するメカニズムを説明する図面である。 電磁吸入弁機構３００においてエロージョンが発生するメカニズムを説明する図面である。 本開示の実施形態に係る構成を示す電磁弁機構の拡大縦断面図。 図８に示す電磁弁の効果を説明する高硬度部材（ばね支持部）周りの拡大縦断面図。 図８に示す電磁弁の効果を説明する高硬度部材（ばね支持部）周りの拡大縦断面図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。以下、本実施例の電磁弁機構を備えた高圧燃料供給ポンプ（以下、燃料ポンプと呼ぶ）について説明する。
図１に、エンジンシステムの全体構成図を示す。破線で囲まれた部分が燃料ポンプの本体を示し、この破線の中に示されている機構・部品はポンプボディ１に一体に組み込まれていることを示す。なお、図１はエンジンシステムの動作を模式的に示す図面であり、詳細な構成は図２以降の燃料ポンプの構成と異なるところがある。図２は本実施例の燃料ポンプの縦断面図を示し、図３は燃料ポンプを上方から見た水平方向断面図である。また図４は燃料ポンプを図２と別方向から見た縦断面図である。図５は電磁弁機構３００（電磁吸入弁機構）の拡大図である。

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る。この燃料は適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して燃料ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。

低圧燃料吸入口１０ａから吸入ジョイント５１（図３）を通過した燃料は、圧力脈動低減機構９が配置されるダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）を介して容量可変機構を構成する電磁弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。

電磁弁機構３００に流入した燃料は、吸入弁３０により開閉される吸入口を通過し加圧室１１に流入する。エンジンのカム９３（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る。プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降行程には吸入弁３０から燃料を吸入し、上昇行程には、燃料が加圧される。加圧された燃料は、吐出弁機構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。

そしてＥＣＵ２７からの信号に基づきインジェクタ２４がエンジンへ燃料を噴射する。本実施例はインジェクタ２４がエンジンのシリンダ筒内に直接、燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンシステムに適用される燃料ポンプである。燃料ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁弁機構３００への信号により、所望の供給燃料の燃料流量を吐出する。

図２、３に示すように本実施例の燃料ポンプは内燃機関の燃料ポンプ取付け部９０に密着して固定される。具体的には図３に示すようにポンプボディ１に設けられた取付けフランジ１ａにねじ孔１ｂが形成されており、これに図示しない複数のボルトが挿入される。これにより取付けフランジ１ａが内燃機関の燃料ポンプ取付け部９０に密着し、固定される。燃料ポンプ取付け部９０とポンプボディ１との間のシールのためにＯリング６１がポンプボディ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。

図２、４に示すようにポンプボディ１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、ポンプボディ１と共に加圧室１１を形成するシリンダ６が取り付けられている。つまり、プランジャ２はシリンダの内部を往復運動することで加圧室の容積を変化させる。また燃料を加圧室１１に供給するための電磁弁機構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が設けられている。プランジャ２は大径部２ａと小径部２ｂとから構成され、大径部２ａの上端面が加圧室１１に面している。

シリンダ６はその外周側においてポンプボディ１に圧入される。ポンプボディ１にはシリンダ６を下側から挿入するための挿入孔が形成され、挿入孔の下端でシリンダ６の固定部６ａの下面と接触するように内周側に変形させた内周凸部が形成される。ポンプボディ１の内周凸部の上面がシリンダ６の固定部６ａを図中上方向へ押圧し、シリンダ６の上端面で加圧室１１にて加圧された燃料が低圧側に漏れないようシールしている。

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９３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いる。これにより、プランジャ２が摺動したとき、副室７ａの燃料をシールし内燃機関内部へ流入するのを防ぐ。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）がポンプボディ１の内部に流入するのを防止する。

図３、４に示すように燃料ポンプのポンプボディ１の側面部には吸入ジョイント５１が取り付けられている。吸入ジョイント５１は、車両の燃料タンク２０からの燃料を供給する低圧配管に接続されており、燃料はここから燃料ポンプ内部に供給される。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燃料ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。

低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、図４に示すポンプボディ１に上下方向に連通した低圧燃料吸入通路を通って圧力脈動低減機構９に向かう。圧力脈動低減機構９はダンパカバー１４とポンプボディ１の上端面との間のダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）に配置され、ポンプボディ１の上端面に配置された保持部材９ａにより下側から支持される。具体的には、圧力脈動低減機構９は２枚の金属ダイアフラムが重ね合わせて構成される金属ダンパである。圧力脈動低減機構９の内部には０．３ＭＰａ～０．６ＭＰａのガスが封入され、外周縁部が溶接で固定される。そのために外周縁部は薄く、内周側に向かって厚くなるように構成される。

そして図２に示すように、保持部材９ａの上面には圧力脈動低減機構９の外周縁部を下側から固定するための凸部が形成される。一方でダンパカバー１４の下面には圧力脈動低減機構９の外周縁部を上側から固定するための凸部が形成される。これらの凸部は円形状に形成されており、これらの凸部により挟まれることで圧力脈動低減機構９が固定される。なお、ダンパカバー１４はポンプボディ１の外縁部に対して圧入されて固定されるが、この際に保持部材９ａが弾性変形して、圧力脈動低減機構９を支持する。

このようにして圧力脈動低減機構９の上下面には低圧燃料吸入口１０ａ、低圧燃料吸入通路と連通するダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）が形成される。なお、図には表れていないが、保持部材９ａには圧力脈動低減機構９の上側と下側とを連通する通路が形成されており、これによりダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）は圧力脈動低減機構９の上下面に形成される。

ダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）を通った燃料は次にポンプボディに上下方向に連通して形成された吸入通路１０ｄ（低圧燃料吸入通路）を介して電磁弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。なお、吸入ポート３１ｂは吸入弁シート３１ａを形成する吸入弁シート部材３１に上下方向に連通して形成される。なお、プランジャ２の大径部２ａの下端面は副室７ａ（シール室）に面しており、この大径部２ａの下端面が上下に往復運動することにより副室７ａの容積が加圧室１１の容積とは逆に増減する。ここでダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）と副室７ａ（シール室）とはポンプボディ１にプランジャ軸方向に形成された連通路１ｄにより連通されている。

図５に基づいて電磁弁機構３００（電磁吸入弁機構）について詳細に説明する。ボビン４５には銅線が複数回巻かれたコイル４３（電磁コイル）が巻かれている。図２に記載した端子４６は二つの接続端子を有し、コイル４３の銅線の両端はそれぞれの接続端子と電気的に接続され、通電可能に接続される。端子４６はコネクタ４７（図２記載）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となっている。

第１ヨーク４２はカップ状の金属部材でありコイル４３の軸方向内側（図５の右側）とコイルの径方向外側（図５の上側又は下側）に配置される。第２ヨーク４４はコイル４３の軸方向外側（図５の左側）に配置され、磁気コア３９の大径部及びボビン４５を軸方向外側から覆うカバー部材として機能する金属部材である。第１ヨーク４２及び第２ヨーク４４は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。第１ヨーク４２の中心部の孔部には、アウターコア３８が圧入され固定される。アウターコア３８の圧入部と反対側はポンプボディ１に溶接等により固定されている。

第２ヨーク４４の内周部は、固定コア３９の小径部の外周部と接触もしくは僅かなクリアランスが形成されるように構成される。また、第２ヨーク４４の外周部は、第１ヨーク４２の円筒側面部の内周部と接触もしくは僅かなクリアランスが形成されるように構成される。固定コア３９の小径部の外周部には固定ピン８３２が取り付けられ、第２ヨーク４４の軸方向外側ヨーク部４４ａを固定コア３９の大径部を軸方向外側から押し当てるように付勢力を発生する。固定ピン８３２は内周側の角部を固定コア３９に食い込ませることで固定してもよく、あるいは溶接等により固定してもよい。

第１ヨーク４２、第２ヨーク４４は共に、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する。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。

ボビン４５及びコイル４３の径方向内側において、シールリング４８の一端がアウターコア３８に溶接固定され、その他端が固定コア３９に溶接固定される。シールリング４８またはアウターコア３８の径方向内側において、可動部であるアンカー３６（可動子）及びロッド３５が配置される。ロッド３５は開弁方向に向かってロッド付勢ばね４０により付勢され、アンカー３６は逆に閉弁方向に向かってアンカー付勢ばね４１により付勢される。ロッド３５はロッドガイド３７の内周側、及びアンカー３６の内周側で軸方向に摺動自在に保持される。

コイル４３に電流が流れると磁気吸引力が発生することによりアンカー３６が固定コア３９の方向へ引き寄せられる。アンカー３６は軸方向に貫通する貫通孔３６ａを１つ以上有することで、燃料中で軸方向に自在に滑らかに動くことができ、これによりアンカー前後の圧力差による動きの制限を排除している。

ロッドガイド３７の軸方向内側部は、ポンプボディ１に形成される挿入孔の内周部に挿入され、ロッドガイド３７の軸方向端部によりシート部３１ａが形成される。ロッドガイド３７はアウターコア３８とポンプボディ１との間に挟み込まれる配置となる。ロッドガイド３７にも軸方向に貫通する貫通孔３７ａが設けられ、アンカーが軸方向に移動したときに、内部燃料の移動を妨げない様に構成している。

固定コア３９の径方向内側には軸方向外側に凹む凹み部が形成され、この凹み部にロッド付勢ばね４０が配置され、ロッド３５のつば部３５ａを開弁方向に付勢する。ロッド３５のつば部３５ａのロッド付勢ばね４０と反対側の端面がアンカー３６に係合する。ロッド３５の先端部は吸入弁３０を吸入弁シート３１ａから引き離す方向（開弁方向）に付勢する。

アンカー付勢ばね４１の一端が、ロッドガイド３７の中心側に設けた円筒形の中央軸受部３７ｂに挿入され、他端によりアンカー３６を閉弁方向を付勢する。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ており、吸入弁３０が閉弁時に干渉することを防ぐ。

アウターコア３８、第１ヨーク４２、第２ヨーク４４、固定コア３９、アンカー３６はコイル４３の周りで磁気回路を形成し、コイル４３に電流を与えると、固定コア３９とアンカー３６との間に磁気吸引力を発生する。アンカー３６と固定コア３９は磁気吸引面を形成するため、性能的に磁気特性の良い材料を使うことが望ましい。

シールリング４８は、アンカー３６と固定コア３９との間に磁束を流すために、非磁性材であることが望ましい。また、衝突時の衝撃を吸収するために、薄肉で伸びの大きいステンレス材を使うことが望ましい。具体的にはオーステナイト系ステンレスを使う。

図３に示すように加圧室１１の出口に設けられた吐出弁機構８は、吐出弁シート８ａ、吐出弁シート８ａと着座、又は離座する吐出弁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のリフト量を決める吐出弁ストッパ８ｄから構成される。吐出弁ストッパ８ｄとポンプボディ１は当接部８ｅで溶接により接合され燃料と外部を遮断している。

加圧室１１と吐出弁室１２ａ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、吐出弁室１２ａの燃料圧力よりも大きくなった時に初めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁する。そして、加圧室１１内の高圧の燃料は吐出弁室１２ａ、燃料吐出通路１２ｂ、燃料吐出口１２を経てコモンレール２３へと吐出される。

吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ８ｄと接触し、リフト量が制限される。これによりリフト量が大きすぎて、吐出弁８ｂの閉じ遅れにより、吐出弁室１２ａ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、燃料ポンプの効率低下が抑制できる。また、吐出弁８ｂは吐出弁ストッパ８ｄの外周面にてガイドされる。

図３に示すリリーフ弁機構２００はリリーフボディ２０１、リリーフ弁２０２、リリーフ弁ホルダ２０３、リリーフばね２０４、ばねストッパ２０５からなる。リリーフボディ２０１には、シート部が設けられている。リリーフ弁２０２はリリーフばね２０４の荷重がリリーフ弁ホルダ２０３を介して負荷され、リリーフボディ２０１のシート部に押圧され、シート部と協働して燃料を遮断している。リリーフ弁２０２の開弁圧力はリリーフばね２０４の荷重によって決定される。ばねストッパ２０５はリリーフボディ２０１に圧入固定されており、圧入固定の位置によってリリーフばね２０４の荷重を調整する。

電磁弁機構３００の故障等により、燃料吐出口１２の圧力が異常に高圧になり、リリーフ弁機構２００のセット圧力より大きくなると異常高圧燃料はリリーフ通路を介して加圧室１１にリリーフされる。以上に説明したポンプボディ１、電磁弁機構３００、プランジャ２、シリンダ６、及び吐出弁機構８により加圧室１１が構成される。

図５を用いて電磁弁機構３００の詳細な動作を説明する。カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３の方向に移動する下降運動をする場合、加圧室１１の容積が増加し加圧室１１の燃料圧力が低下する。この状態で加圧室１１の燃料圧力が吸入ポート３１ｂの圧力よりも低くなると、吸入弁３０は開弁状態になる。３０ｅは吸入弁３０の最大リフト量（開度）を示し、このとき、吸入弁３０はストッパ３２に接触する。吸入弁３０が開弁することにより、吸入弁シート部材３１に形成された開口部３１ｃが開口する。燃料は開口部３１ｃを通り、ポンプボディ１に横方向に形成された孔１ｃを介して加圧室１１に流入する。なお、孔１ｃも加圧室１１の一部を構成する。

プランジャ２が下死点に達して吸入行程を終了すると、上昇運動に転じ上昇行程に移る。ここでコイル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。ロッド付勢ばね４０はロッド３５の外径側に凸となるつば部３５ａ（ロッド凸部）を付勢し、無通電状態において吸入弁３０を開弁維持するのに必要十分な付勢力を有するよう設定されている。加圧室１１の容積は、プランジャ２の上昇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の開口部３１ｃ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。この行程を戻し行程と称する。

この戻し行程においては、プランジャ２の上昇運動に伴い吸入通路１０ｄへと戻された燃料の一部がダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）から連通路１ｄを流れ、副室７ａに流れる。一方で、プランジャ２の下降行程においては、大径部２ａの下端面が副室７ａに面していることから、副室７ａの容積が小さくなるため、逆に副室７ａの燃料が連通路１ｄを介してダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）に押し流される。このようにプランジャ２の大径部２ａの上下運動によりダンパ室（１０ｂ、１０ｃ）と副室７ａとの間を燃料が行き来することで、圧力脈動の低減効果が得られる。

戻し行程においてＥＣＵ２７からの制御信号が電磁弁機構３００に印加されると、コイル４３には端子４６を介して電流が流れる。すると固定コア３９とアンカー３６との間に磁気吸引力が作用し、固定コア３９及びアンカー３６が磁気吸引面Ｓで衝突する。磁気吸引力はロッド付勢ばね４０の付勢力に打ち勝ってアンカー３６を付勢し、アンカー３６がつば部３５ａと係合して、ロッド３５を吸入弁３０から離れる方向に移動させる。

このとき、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を介して高圧燃料の吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この行程を吐出行程と称する。

すなわち、プランジャ２の下始点から上始点までの間の上昇行程は、戻し行程と吐出行程からなる。そして、電磁弁機構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。

アウターコア３８は、アンカー３６の外周面が摺動する内周面を有する。なお、シールリング４８は、硬度が低い材料（例えば、オーステナイト系ステンレス）で形成されることが望ましい。固定コア３９及びアンカー３６が磁気吸引面Ｓで衝突した際にシールリング４８が弾性変形することで衝撃荷重を緩和できる。

固定コア３９とアウターコア３８は、円筒形状のシールリング４８へ挿入される挿入部３９ｉｎｓ、３８ｉｎｓをそれぞれ有する。固定コア３９とアウターコア３８は、シールリング４８に挿入された状態でシールリング４８の外周面ＣＳと面一の外周面を有する。これにより、例えば、ボビン４５等の他の部品の取り付けが容易となる。

次に、図６、図７を用いて、固定コア凹部がキャビテーション・エロージョンに対して厳しい環境となるメカニズムを示す。

図６（ａ）～（ｄ）は、固定コア３９と可動コア３６が当接する際の固定コア３６の凹み部近傍の環境変化を示す。まず図６（ａ）はコイル４３が通電されることにより、磁気吸引面Ｓに磁気吸引力が発生し、可動コア３６が固定コア３９の方向（閉弁方向）へ移動する状態を示す。可動コア３６の移動に伴い排除された流体が可動コア３６の連通路３６ａへと流れる一方で、固定コア３９の凹み部３９ａへも流入していく。その結果、固定コア３９の凹み部３９ａの底面３９ｂ（奥端面）の領域Ｖは、流体の逃げ場がないために高圧となっていく。

次に、図６（ｂ）は吸引された可動コア３６が固定コア３９と衝突することにより、これらが当接した状態を示す。可動コア３６が停止することにより、固定コア３９の凹み部３９ａへと流入する流体の流れも停止するため、高圧となっていた固定コア３９の凹み部３９ａの流体は凹み部３９ａから可動コア３６の連通路３６ａを通って流出していき、領域Ｖの圧力は徐々に低下していく。すると図６（ｃ）に示すように、流体の慣性力により凹み部３９ａの流体が流出を続けることにより、領域Ｖの圧力は低下を続け、流体の飽和蒸気圧を下回ることにより、キャビテーションが発生する。

これにより図６（ｄ）に示すように、凹み部３９ａより流出した流体が他の部品と衝突して反射した圧力波か、或いは、凹み部３９ａが低圧となったことによる凹み部への流体の再流入により、キャビテーションが発生していた領域Ｖの圧力が回復する。これにより、キャビテーションが崩壊し、その衝撃力により固定コア３９の凹み部３９ａの特に底面３９ｂ（奥端面）が壊食する虞があることを本発明者らは鋭意検討の末、見出したものである。

一方で、図７（ａ）～（ｄ）は、固定コア３９と可動コア３６が分離する際の固定コア３９の凹み部３９ａの近傍の環境変化を示す。まずは、図７（ａ）に示すように、分離する前については、凹み部３９ａの近傍での容積変化はないため、基本的に領域Ｖでの圧力変動はなく、静圧状態となっている。次に、図７（ｂ）に示すように、可動コア３６が開弁方向（図７（ｂ）の右方向）へと移動することにより、固定コア３９と分離する。すると、固定コア３９と可動コア３６間に発生した容積に、連通路３６ａ、又は凹み部３９ａから流体が流入することにより、結果として凹み部３９ａの底面３９ｂ（奥端面）の領域Ｖの圧力が低下していく。

さらに、図７（ｃ）に示すように、圧力が低下し続けることにより、領域Ｖの圧力が飽和蒸気圧を下回ることにより、キャビテーションを発生する。そして、図７（ｄ）に示すように、可動子３６が動きを停止したことにより生じた圧力波か、或いは、凹み部３９ａが低圧となったことによる凹み部３９ａへの流体の再流入により、キャビテーションが発生していた領域Ｖの圧力が回復する。これにより、キャビテーションが崩壊し、その衝撃力により固定コア３９の凹み部３９ａの特に底面３９ｂ（奥端面）が壊食する虞がある。

以上のメカニズムにより、可動コア３６の移動速度が大きいほど、固定コア３９の凹み部３９ａの特に底面３９ｂ（奥端面）の領域Ｖは、キャビテーション・エロージョンに対して厳しい環境下となることが分かる。

昨今の自動車の厳しい環境規制対応による燃料ポンプの高吐出圧化、大流量化に伴い、カム９３のリフト量も大きなものが必要となっている。また、前記の通りに可動コア３６の移動速度はカム９３のリフト量と定性的に相関があるため、燃料ポンプにおいてキャビテーション・エロージョンが発生し易い厳しい環境になっている。したがって燃料ポンプの固定コア３９の凹み部３９ａの底面３９ｂ（奥端面）の領域Ｖにおいてキャビテーション・エロージョンの発生を抑制することが自動車の環境規制に対応するために必須であると言える。

また、飽和蒸気圧が低い燃料はキャビテーションが発生しやすく、エタノール燃料は崩壊した際の壊食力が強い。したがって昨今の燃料の多様化も、燃料ポンプにおいてキャビテーション・エロージョンが発生し易い厳しい環境になっていると言える。

キャビテーション・エロージョンが発生することにより、部品がダメージを受けると、これにより削られた部品が異物となって燃料ポンプの性能不良などの原因となる虞がある。以上の昨今の環境の変化を踏まえ、本実施例では、電磁弁機構の特に固定コア３９の凹み部３９ａの底面３９ｂにおけるキャビテーション・エロージョンが発生する虞を低減可能な電磁弁機構を提供する。

このため図８に示すように、本実施例の電磁弁機構３００は、固定コア３９と、固定コア３９に吸引される可動コア３６と、固定コア３９の凹み部３９ａに配置され、固定コア３９と別部材で構成される固定部材７１と、を備えている。また固定コア３９の凹み部３９ａの内径部３９ｃと固定部材７１の外径部７１ｂとが凹み部３９ａの底面３９ｂから離れた位置において接触することで、固定部材７１の軸方向外側端面７１ｃと凹み部３９ａの底面３９ｂとの間に空間７２（液体チャンバー）が形成される。さらに本実施例では、固定部材７１には、空間７２と、固定部材７１を間にして空間７２と反対側に形成される空間（７５、３９ａ）と、を連通する連通孔７４（貫通孔）が形成される。

また電磁弁機構３００は固定コア３９の内径側に形成された凹み部３９ａに配置され、可動コア３６又はロッド３５を付勢するばね（ロッド付勢ばね４０）を備える。そして上記した固定部材７１は固定コア３９の凹み部３９ａに配置され、ばね（ロッド付勢ばね４０）を支持するばね支持部７１であることが望ましい。また凹み部３９ａの内径部３９ｃとばね支持部７１の外径部７１ｂとが凹み部３９ａの底面３９ｂから離れた位置において接触することで、ばね支持部７１の軸方向外側端面７１ｃと凹み部３９ａの底面３９ｂとの間に空間７２が形成される。そしてばね支持部７１には、空間７２と、ばね（ロッド付勢ばね４０）が配置されるばね空間（７５、３９ａ）と、を連通する連通孔７４が形成される。

本実施例ではカップ形状に構成されるばね支持部７１が、固定コア３９に対して圧入部７７によって締結される。つまりばね支持部７１は大径部７１ｄと小径部７１ｅとを有し、大径部７１ｄの外径部７１ｂが、固定コア３９の凹み部３９ａの内径部３９ｃに対し圧入されることで、ばね支持部７１が固定される。なお、大径部７１ｄ及び小径部７１ｅは、軸方向外側に向かって大径部７１ｄ、小径部７１ｅの順番に形成される。なお、図８に示すように大径部７１ｄの軸方向の長さが小径部７１ｅの軸方向の長さ以上となるように構成されることが望ましい。これによりばね支持部７１を固定するのに必要な圧入長さを維持することが可能である。

そして上記した連通孔７４が設けられることにより、ばね支持部７１を固定コア３９へと圧入締結する際に両者の間の空間７２が閉空間とならないようにすることができる。よって、スムーズに圧入をすることが可能であり、生産効率を高くすることが可能となり、生産コストの低下が図れる。

また、本実施例ではばね支持部７１には内径側においてばね支持面７６より軸方向外側に凹み、連通孔７４とばね空間３９ａとを連通する連通空間７５が形成され、図８の軸方向断面において、空間７２の面積が連通空間７５の面積よりも大きくなるように構成されることが望ましい。また空間７２の凹み部（３９ａ、７２）の底面３９ｂの軸方向において最も内側に位置する部位と、ばね支持部７１の軸方向外側端面７１ｃの軸方向において最も外側に位置する部位と、の間の長さ７２ａが、連通孔７４の直径７４ａよりも大きくなるよう空間７２が形成されることが望ましい。また上記した長さ７２ａが連通孔７４の軸方向長さ７４ｂよりも長いことが望ましい。また連通孔７４の軸方向長さ７４ｂが、連通孔７４の直径７４ａよりも大きくなるように形成されることが望ましい。

この連通空間７５の効果の詳細に関しては、図１０を用いて後述する。ばね支持部７１は固定コア３９に比べて高硬度な材料で構成されることが望ましく、例えば高硬度なマルテンサイト系ステンレス鋼などを使用すると良い。また固定コア３９が、高い磁性を有するフェライト系ステンレス鋼で構成されることが望ましい。なお、この可動コア３６と衝突する固定コア３９の衝突面Ｓには衝突による摩耗を抑制するために硬質な表面処理が施されている。固定コア３９の衝突面Ｓにたとえばめっき処理を施すものである。一方でばね支持部７１に対しては上記したように高硬度な材料を採用しているため、表面処理が施されないように構成された。

ここで、固定コア３９は主成分の鉄（Ｆｅ）に、０．０１０質量％の炭素（Ｃ）、０．７７質量％のシリコン（Ｓｉ）、０．２９質量％のマンガン（Ｍｎ）、０．０３１質量％のリン（Ｐ）、０．０２質量％の硫黄（Ｓ）、０．１０質量％のクロム（Ｃｒ）、０．０１質量％の銅（Ｃｕ）、０．１９質量％のニッケル（Ｎｉ）、０．２７質量％のアルミニウム（Ａｌ）、１３．９９質量％のクロムおよび０．００８質量％の窒素（Ｎ）を成分として含む材料を使うことが望ましい。これにより上記しためっき処理を容易に行うことができるとともに、ばね支持部７１を圧入により固定することが可能であるため、生産効率を向上させることが可能である。

以上の通り、本実施例の燃料ポンプは、加圧室１１の体積を増減させるプランジャ２と、加圧室１１の吐出側に配置される吐出弁機構８と、を備え、加圧室１１の吸入側に配置される吸入弁機構３００に以上で説明した電磁弁機構が採用されたものである。

次に、このような構成とした場合の効果について図９、図１０を用いて説明する。
図９は、可動コアであるアンカー３６が、固定コア３９に衝突した際（吸引時）の、ばね支持部７１の近傍での燃料の流れを示す。燃料は連通空間７５の側から液体チャンバー７２の側へと、連通孔７４を通って流れていく。このとき、連通孔７４の直径を連通空間７５の直径よりも小さくすることにより、連通孔７４内に圧損を発生させる。これにより、図９に示した通りに連通孔７４の出口付近で高速流体が剥離することによりキャビテーションが発生することとなる。

ここで、ばね支持部７１が固定コア３９の底面３９ｂ（奥端面）へと当接する構成であると、この発生したキャビテーションが、ばね支持部７１に比べて硬度が低く磁性材で構成される固定コア３９の底面３９ｂ（奥端面）の付近で発生する。そしてこれにより底面３９ｂ（奥端面）のエロージョン発生の原因となっていることを本発明者らは鋭意検討の末、突き詰めた。

そこで本実施例では、上記したように、ばね支持部７１と固定コア３９の底面３９ｂ（奥端面）との間に液体チャンバー７２を設ける。これにより、発生したキャビテーションを液中崩壊させる。よって、固定コア３９をキャビテーションによるエロージョンから守ることが可能となる。もちろんばね支持部７１の近傍でキャビテーションの崩壊は発生するが、ばね支持部７１はマルテンサイト系などの高硬度材料で構成するため、エロージョンに至ることはない。

ここで、本構成においてキャビテーションを液中崩壊させるためには、連通孔７４と液体チャンバー７２の関係が重要である。連通孔７４内で高速流となった燃料の剥離によって発生したキャビテーションを、液体チャンバー７２内で十分に液中崩壊させるためには、助走区間である連通孔７４の軸方向長さより、崩壊区間である液体チャンバー７２と奥端面７３の軸方向長さのほうが長いことが望ましい。上記したように液体チャンバ―７２の体積、軸方向長さを確保することで、発生したキャビテーションが底面３９ｂ（奥端面）に到達する前に液中で崩壊させることが可能である。

同様に、連通孔７４を細径とすることも有効である。連通孔７４を細径とし、大きな圧損を発生させることにより、連通孔７４を通過した流体の運動エネルギーを低減することが可能である。これにより、キャビテーションの連通孔７４を通過後の到達距離を減らすことが可能である。したがって、連通孔７４の軸方向長さ７４ｂは、その直径７４ａよりも長いことが望ましい。前記の構造とすることにより、組立時にはスムーズに圧入することができる。したがって生産効率を向上しつつ、ポンプ使用時において、キャビテーション・エロージョンの発生を抑制可能な高信頼性、高品質な燃料ポンプを提供できる。

一方で、図１０は、可動コアであるアンカー３６が、固定コア３９から分離する際の、ばね支持部７１の近傍での燃料の流れを示している。この場合には、ばね支持部７１の連通孔７４を流れる燃料の向きは、図９の吸引時とは逆方向となる。よって、ロッド付勢ばね４０が配置される空間３９ａの内部の部品のキャビテーション・エロージョンが懸念される。そこで本実施例では、図８で示したように、ばね支持部７１のばね支持面７６の内径側に、貫通空間７４を設ける。連通孔７４の出口より発生したキャビテーションを、貫通空間７４内で崩壊させることが可能であり、ロッド付勢ばね４０や、固定コア３９のロッド付勢ばね４０との隙間部７８を、厳しいエロージョン環境から守ることが可能である。

すなわち本実施例の構成が、電磁弁の吸引時だけでなく、電磁弁の分離時にも有効であるということを示しており、電磁弁が使用される全環境領域を網羅した、汎用的なエロージョン対策であるということを意味している。

以上、本実施例によれば、燃料ポンプの組立時にはスムーズに圧入可能であり、生産効率を向上しつつ、ポンプ使用時に、高信頼性、高品質な電磁弁と、それを搭載した燃料ポンプを提供可能となる。

以上、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、実施例の他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

なお、本実施例において、磁気コアは比較的硬度の小さいフェライト系磁気ステンレスだけでなく、高硬度を有する、析出硬化系電磁ステンレスや、ＳＵＳ６３０（１７Ｃｒ－４Ｎｉ－４ＣＵ－Ｎｂ）で形成されてもよい。

なお、図８では、連通空間７５の軸方向長さが、大径部７１ｅの軸方向長さよりも小さいが、これを逆に連通空間７５の軸方向長さを大径部７１ｅの軸方向長さよりも大きくなるように形成しても良い。また図８とは異なり、連通空間７５は軸方向において、大径部７１ｅから、小径部７１ｅに亘る範囲で形成されることが望ましい。これにより連通空間７５の体積を確保できるため、ばね支持面７６においてキャビテーション・エロージョンが発生することを抑制することができる。すなわち、連通空間７５においてキャビテーション・エロージョンを発生させることで、電磁吸入弁機構の信頼性を向上させることができる。

１…ポンプボディ
１ａ…フランジ
１ｂ…孔
１ｃ…孔
２…プランジャ
４…ばね
６…シリンダ
６ａ…固定部
７…シールホルダ
７ａ…副室
８…吐出弁機構
８ａ…吐出弁シート
８ｂ…吐出弁
８ｃ…吐出弁ばね
８ｄ…吐出弁ストッパ
８ｅ…当接部
９…圧力脈動低減機構
９ａ…保持部材
１０ａ…低圧燃料吸入口
１０ｂ、１０ｃ…ダンパ室
１０ｄ…吸入通路
１１…加圧室
１２…燃料吐出口
１２ａ…吐出弁室
１２ｂ…燃料吐出通路
１３…プランジャシール
１４…ダンパカバー
１５…リテーナ
２０…燃料タンク
２１…フィードポンプ
２３…コモンレール
２４…インジェクタ
２６…圧力センサ
２７…エンジンコントロールユニット
２８…吸入配管
３０…吸入弁
３０ｅ…移動量
３１…吸入弁シート部材
３１ａ…吸入弁シート
３１ｂ…吸入ポート
３１ｃ…開口部
３２…ストッパ
３３…吸入弁付勢ばね
３５…ロッド
３５ａ…つば部
３６…アンカー
３６ａ…貫通孔
３６ｅ…移動量
３７…ロッドガイド
３７ａ…貫通孔
３７ｂ…中央軸受部
３８…アウターコア
３９…固定コア
４０…ロッド付勢ばね
４１…アンカー付勢ばね
４２…第１ヨーク
４３…コイル
４４…第２ヨーク
４５…ボビン
４６…端子
４７…コネクタ
４８…シールリング
５１…吸入ジョイント
５２…吸入フィルタ
６１…Ｏリング
７１…ばね支持部
７２…液体チャンバー
７３…固定コア奥端面
７４…連通孔
７５…貫通空間
７６…ばね支持面
７７…ばね支持部圧入部
７８…ばねと隙間を形成する固定コアの内径部
９０…燃料ポンプ取付け部
９２…タペット
９３…カム
２００…リリーフ弁機構
２０１…リリーフボディ
２０２…リリーフ弁
２０３…リリーフ弁ホルダ
２０４…リリーフスプリング
２０５…ストッパ
３００…電磁弁機構
８３２…固定ピン

Claims (9)

1. 固定コアと、前記固定コアに吸引される可動コアと、前記固定コアの内径側に形成された凹み部に配置され、前記可動コア又はロッドを付勢するばねと、を備えた電磁弁機構において、
   前記固定コアの前記凹み部に配置され、前記ばねを支持するばね支持部を備え、
   前記凹み部の内径部と前記ばね支持部の外径部とが前記凹み部の底面から離れた位置において接触することで、前記ばね支持部の軸方向外側端面と前記凹み部の前記底面との間に空間が形成され、
   前記ばね支持部には、前記空間と、前記ばねが配置されるばね空間と、を連通する連通穴が形成され、
   前記ばね支持部には内径側において軸方向外側に凹み、前記連通穴と前記ばね空間とを連通する連通空間が形成され、
   軸方向断面において、前記空間の面積が前記連通空間の面積よりも大きくなるように構成された電磁弁機構。
2. 請求項１に記載の電磁弁機構において、
   前記空間の前記凹み部の前記底面の軸方向において最も内側に位置する部位と、前記ばね支持部の前記軸方向外側端面の軸方向において最も外側に位置する部位と、の間の長さが、前記連通穴の直径よりも大きくなるよう前記空間が形成された電磁弁機構。
3. 固定コアと、前記固定コアに吸引される可動コアと、前記固定コアの内径側に形成された凹み部に配置され、前記可動コア又はロッドを付勢するばねと、を備えた電磁弁機構において、
   前記固定コアの前記凹み部に配置され、前記ばねを支持するばね支持部を備え、
   前記凹み部の内径部と前記ばね支持部の外径部とが前記凹み部の底面から離れた位置において接触することで、前記ばね支持部の軸方向外側端面と前記凹み部の前記底面との間に空間が形成され、
   前記ばね支持部には、前記空間と、前記ばねが配置されるばね空間と、を連通する連通穴が形成され、
   前記ばね支持部は大径部と小径部とを有し、
   前記大径部の前記外径部が、前記固定コアの前記凹み部の前記内径部に対し圧入されることで、前記ばね支持部が固定され、
   前記大径部及び前記小径部は、軸方向外側に向かって前記大径部、前記小径部の順番に形成される電磁弁機構。
4. 請求項１に記載の電磁弁機構において、
   前記ばね支持部は大径部と小径部とを有し、
   前記連通空間の軸方向長さは、前記大径部の軸方向長さよりも大きくなるように形成される電磁弁機構。
5. 請求項３に記載の電磁弁機構において、
   前記ばね支持部は大径部と小径部とを有し、
   前記連通空間は軸方向において、前記大径部から、前記小径部に亘る範囲で形成される電磁弁機構。
6. 請求項１に記載の電磁弁機構において、
   前記連通穴の軸方向長さが、前記連通穴の直径よりも大きくなるように形成された電磁弁機構。
7. 請求項１に記載の電磁弁機構において、
   前記ばね支持部が、前記固定コアに比べて高硬度な材料で構成された電磁弁機構。
8. 請求項１に記載の電磁弁機構において、
   前記ばね支持部は大径部と小径部とを有し、
   前記大径部の軸方向の長さが前記小径部の軸方向の長さ以上となるように構成された電磁弁機構。
9. 加圧室の体積を増減させるプランジャと、
   前記加圧室の吐出側に配置される吐出弁機構と、を備えた燃料ポンプにおいて、
   前記加圧室の吸入側に配置される吸入弁機構に請求項１または３に記載の電磁弁機構が採用された燃料ポンプ。

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