JP7248794B2 - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は車両用部品に係わり、特にエンジンに燃料を高圧で供給する高圧燃料ポンプ及びその電磁弁に関する。

本発明の電磁弁の従来技術として、特開２０１２－１３６９９４号公報（特許文献１）に記載の高圧ポンプ（以下、高圧燃料ポンプという）が知られている。特許文献１の要約には、下記構成及び効果が記載されている。

「コイル７１の径内側に固定コア７２が設けられる。固定コア７２の吸入弁側に設けられる可動コア７３は、吸入弁を開弁方向又は閉弁方向に移動する。固定コア７２の第１収容室６１及び可動コア７３の第２収容室６２に収容される第２スプリング２２は、可動コア７３を吸入弁側に付勢する。固定コア７２よりも高硬度に形成されたガイドピン８０が、第１収容室６１の深部で第２スプリング２２を係止する。可動コア７３の往復移動に起因して第１収容室６１の燃料に発生するキャビティの崩壊により第１収容室６１の内壁にエロージョンが生じることをガイドピンにより抑制することができる。」
なおこの記載における符号は、特許文献１における符号をそのまま記載しており、本明細書の符号とは関係がない。さらに特許文献１の高圧燃料ポンプでは、可動コアの第２収容室よりも径方向外側に複数の呼吸孔が設けられ、この呼吸孔は可動コアを収容する可動コア室内において可動コアの軸方向における一方と他方とを燃料が流通するように設けられている（段落００２７参照）。また可動コアには、吸入弁を押圧するニードル（ロッド）が可動コアと一体に設けられている（段落００３３参照）。

また特開２０１６－０９４９１３号公報（特許文献２）には、高圧燃料供給ポンプ（以下、高圧燃料ポンプという）において、アンカー（可動コア）が第二コア（固定コア）に引き寄せされる際に、アンカーと第二コアとの間にある体積が急速に縮小することで、その空間にある燃料は行き場を失い速い流速を持ってアンカー外周側へ押し流され、第一コアの薄肉部に衝突して壊食が発生することが記載されている（段落００８１参照）。特許文献２の高圧燃料ポンプでは、アンカーの中心側に、アンカーを中心軸方向に貫通する貫通穴を設け、アンカーが第二コア側に引き寄せられる際、アンカーと第二コアとの間の空間の燃料のほとんどは、アンカーの外周側の狭い通路を通過せず、貫通穴を通過してアンカーとばね座部材との間に形成された燃料室に移動するようにすることで、第一コアの薄肉部の壊食を回避している（段落００８３参照）。なお特許文献２の高圧燃料ポンプでは、第二コアに対する可動部がアンカーとロッドとで構成され、アンカーとロッドとは軸方向に相対変位可能に構成されている（段落００５３，００５６参照）。さらにアンカーは、第二コアと対向する端面に、第二コアに対して反対側に窪んでロッドつば部を収容する凹部を有し、この凹部の底面部にアンカーを中心軸方向に貫通する貫通穴が形成されると共に、この凹部の内周面（内周壁）は凹部の開口側から底面部に向かって拡径する逆テーパ状の面として形成されている（図７参照）。

特開２０１２－１３６９９４号公報 特開２０１６－０９４９１３号公報

特許文献１では、固定コアの第１収容室の内壁に生じる、キャビテーションの崩壊によるエロージョン（キャビテーション・エロージョン）に配慮しているものの、可動コアの第２収容室の内壁に生じるキャビテーション・エロージョンについては配慮がない。そもそも特許文献１の高圧燃料ポンプでは、吸入弁を押圧するニードル（ロッド）が可動コアと一体に設けられており、このニードルが可動コアに対して相対変位しないため可動コアの第２収容室の内壁にキャビテーション・エロージョンが生じ難い。

また、特許文献２の高圧燃料ポンプでは、ロッドつば部を収容する凹部の内周面（内周壁）が逆テーパ状の面として形成されているものの、凹部の内壁（底面及び内周面）に生じるキャビテーション・エロージョンについては配慮がない。そもそも特許文献１の高圧燃料ポンプでは、凹部の底面部にアンカーを中心軸方向に貫通する貫通穴が形成されており、凹部の内壁にキャビテーション・エロージョンが生じ難い。

本発明の目的は、可動コア（アンカー）に対してロッドが相対変位可能に構成された構造において、可動コア（アンカー）におけるキャビテーション・エロージョンの発生を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電磁弁機構は、
燃料を加圧室に供給する電磁弁機構を備え、
前記電磁弁機構は、相互の間に磁気吸引力が作用する固定コア及び可動コアと、前記可動コアを挿通するロッドと、前記可動コアに対して前記ロッドの前記固定コアの側とは反対の端部の側に設けられた吸入ポート及び吸入弁と、を有し、
前記可動コアは、前記固定コアと対向する対向面に形成された凹部と、前記ロッドの軸方向に貫通し前記ロッドが挿通する貫通孔と、を有し、
前記ロッドは、前記貫通孔に挿入される小径部と、前記小径部より外径が大きく前記軸方向において前記凹部の底面と接触するフランジ部と、を有して前記可動コアと別体に構成された高圧燃料ポンプにおいて、
前記可動コアは、前記ロッドの軸方向に貫通する貫通孔として単一の前記貫通孔のみが形成され、且つ保護膜としてのめっきが形成されない構成であり、
前記可動コアの前記凹部の内周面と前記フランジ部の外周面との間に形成される隙間が前記凹部の開口側から奥側に向かって拡大するように構成される。

本発明によれば、可動コア（アンカー）におけるキャビテーション・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。

本発明の一実施例に係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である。 本発明の一実施例に係る高圧燃料ポンプについて、プランジャ２の軸心に沿う断面（図３のII－II断面）を示す断面図である。 図２のIII－III断面を示す断面図である。 図３のIV－IV断面を示す断面図である。 図２の電磁弁機構３００の近傍を拡大して示す拡大断面図であり、電磁弁機構３００が開弁した状態を示す図である。 本発明の一実施例に係る電磁弁機構３００について、固定コア３９及びアンカー３６及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００が閉弁した状態にあるときの図である。 本発明との比較例における電磁弁機構３００’について、固定コア３９及びアンカー３６’及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００’が閉弁した状態にあるときの図である。 本発明との比較例における電磁弁機構３００’について、固定コア３９及びアンカー３６’及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００’が開弁する動作途中の状態にあるときの図である。 本発明との比較例における電磁弁機構３００’について、固定コア３９及びアンカー３６’及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００’が開弁する動作途中の状態（図６Ｂから時間が経過した状態）にあるときの図である。 本発明との比較例における電磁弁機構３００’について、固定コア３９及びアンカー３６’及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁が開弁する動作途中の状態（図６Ｃから時間が経過した状態）にあるときの図である。

以下、本発明の一実施例に係る電磁弁３００を用いた高圧燃料ポンプ１００について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る高圧燃料ポンプ１００が適用されたエンジンシステムの構成図である。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を通して高圧燃料ポンプ１００の低圧燃料吸入口１０ａに送られる。

低圧燃料吸入口１０ａ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（電磁弁機構）３００の吸入ポート３１ｂに至る。具体的には、電磁弁機構３００は加圧室１１に燃料を吸入する電磁吸入弁（電磁吸入弁機構）を構成する。

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。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。

本実施例の高圧燃料ポンプ１００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。高圧燃料ポンプ１００は、ＥＣＵ２７から電磁弁機構３００への信号により燃料流量を調整して、所望の燃料流量を吐出する。

図２は、本発明の一実施例に係る高圧燃料ポンプ１００について、プランジャ２の軸心に沿う断面（図３のII－II断面）を示す断面図である。図３は、図２のIII－III断面を示す断面図である。図４は、図３のIV－IV断面を示す断面図である。

本実施例の高圧燃料ポンプ１００は内燃機関の高圧燃料ポンプ取付け部９０に密着して固定される。以下の説明において上下方向を指定して説明する場合があるが、この上下方向は図２の上下方向に基づいており、高圧燃料ポンプ１００の内燃機関への実装状態における上下方向を指定するものではない。

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。シリンダ６はその外周面がポンプボディ１に圧入される。つまり、プランジャ２はシリンダ６の内部を往復運動することで加圧室１１の容積を変化させる。またポンプボディ１には、燃料を加圧室１１に供給するための電磁弁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（図３参照）と、が設けられている。

プランジャ２は、カム９３の回転運動を受けて上下に往復運動するように構成されている。

図３、４に示すように、ポンプボディ１の側面部には、低圧燃料吸入口１０ａを構成する吸入ジョイント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の吸入配管２８に接続されており、燃料はここから高圧燃料ポンプ１００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高圧燃料ポンプ１００内に吸収することを防ぐ。

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が配置されたダンパ室１０ｂ，１０ｃに向かう。ダンパ室１０ｂ，１０ｃはダンパカバー１４とポンプボディ１の上端面との間に形成され、低圧燃料吸入口１０ａ及び低圧燃料吸入通路と連通する。

ダンパ室１０ｂ，１０ｃを通った燃料は、次にポンプボディ１に上下方向に延設された吸入通路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（図５参照）を形成する吸入弁シート部材３１（図５参照）に上下方向に連通して形成される。

図５に基づいて電磁弁機構３００（電磁吸入弁）について詳細に説明する。図５は、図２の電磁弁機構３００の近傍を拡大して示す拡大断面図であり、電磁弁機構３００が開弁した状態を示す図である。

ボビン４５に銅線が複数回巻かれたコイル４３（電磁コイル）があり、二つの端子４６（図２記載）のそれぞれの方端にコイルの銅線の両端がそれぞ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。

コイル４３の外周を取り囲む部品には、第１ヨーク４２、第２ヨーク４４、アウターコア３８がある。第１ヨーク４２と第２ヨーク４４はコイル４３を取り囲む形で配置され、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。第１ヨーク４２の中心部の穴部に、アウターコア（第２コア）３８が圧入され固定される。アウターコア３８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の内周側は、固定コア（第１コア）３９と接触もしくは僅かなクリアランスで近接する構成とする。また、第２ヨーク４４の外周側は、第１ヨーク４２の内周と接触もしくは僅かなクリアランスで近接する構成とする。固定コア３９には固定ピン８３２が固定されており、固定ピン８３２は第２ヨーク４４を固定コア３９に押し当てるように付勢力を発生する。固定ピン８３２は内周側の角部で固定コア３９に食い込ませてもよいが、溶接等により固定してもよい。

第１ヨーク４２及び第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及びコネクタ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の内周にはシールリング４８が配置され、シールリング４８は一端がアウターコア３８に溶接固定され、その反対側の端で固定コア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の内周側には、可動部であるアンカー３６（可動コア）及びロッド３５と、固定部であるロッドガイド３７と、ロッド付勢ばね４０と、アンカー付勢ばね４１と、が配置される。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、且つ、アンカー３６を摺動自在に保持する。

アンカー３６の保持方法（支持方法）には、アンカー３６の内周とロッド３５の外周とのクリアランスで保持する方法と、アンカー３６の外周とアウターコア３８の内周とのクリアランスで保持する方法とがあるが、本実施例では、アンカー３６の内周とロッド３５の外周とのクリアランスでアンカー３６を保持している。

アンカー３６は、コイル４３に電流が流されると、発生する磁気吸引力によって固定コア３９の方向へ引き寄せられる。燃料中でアンカー３６がその中心軸方向に自在に移動できるようにするために、通常、アンカー３６に中心軸方向に貫通する貫通孔を１つ以上設け、中心軸方向におけるアンカー３６の一端側と他端側との圧力差による移動の制限を排除する手段が採用される。しかし本実施例では、敢えて貫通孔を設けないことで、アンカー３６の移動に抵抗力を作用させ、移動速度を小さくする。

ロッドガイド３７は、吸入弁シート部材３１と共に一部材で構成され、ポンプボディ１の吸入弁３０が挿入される穴１ｄの内周側に挿入され、径方向及び中心軸方向においてポンプボディ１に固定される。本実施例では、ロッドガイド３７及び吸入弁シート部材３１は、中心軸方向において、ポンプボディ１の挿入穴１ｆに溶接固定されるアウターコア３８とポンプボディ１との間に挟み込まれる形で配置され、固定される構成としている。ロッドガイド３７には、中心軸方向に貫通する貫通孔３７ａが設けられ、アンカー３６が軸方向に移動したときに、固定コア３９とロッドガイド３７との間に形成されたアンカー収容室３４内部の燃料の移動を妨げない様に構成している。

アウターコア３８は、一端部が溶接等によってポンプボディ１に固定され、他端部にはシールリング４８が固定される。シールリング４８のアウターコア３８に固定される側の端部とは反対側の端部には、固定コア３９が固定される。固定コア３９の内周側にはロッド付勢ばね４０が、ロッド３５の小径部３５ｃをガイドに配置され、ロッド３５を図右方向に付勢する。ロッド３５は、フランジ部３５ｂを介して、アンカー３６に係合する。また、同時にロッド３５は小径部３５ａの先端にて吸入弁３０と係合し、吸入弁３０を吸入弁シート３１ａから引き離す方向、すなわち吸入弁３０の開弁方向に付勢力を与える。このために、ロッド３５は吸入弁３０を開弁方向に押圧する。言い換えれば、ロッド３５はロッド付勢ばね４０の付勢力を伝達する付勢力伝達部材である。

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形の中央軸受部３７ｂに方端を挿入し、中央軸受部３７ｂと同軸を保ちながら、アンカー３６にフランジ部３５ｂ及び固定コア３９の方向（図左方向）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、及びアンカー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させる。アンカー３６と固定コア３９とは磁気吸引面Ｓ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と、吐出弁シート８ａと接離する吐出弁８ｂと、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と、吐出弁８ｂのストローク（移動距離）を決める吐出弁ストッパ８ｄと、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ている。

加圧室１１と吐出弁室１２ａと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ときに初めて、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。すなわち、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。

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、及びばねストッパ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。

高圧燃料ポンプの電磁弁機構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。

以上に説明したように、加圧室１１は、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にて構成される。

図５を用いて電磁弁機構３００の動作を詳細に説明する。カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３の方向に移動して吸入行程状態にあるときは、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。この行程で加圧室１１内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は最大開度を示しており、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穴１ｃを介して加圧室１１に流入する。なお、穴１ｃも加圧室１１の一部を構成する。

プランジャ２が吸入行程を終了した後、プランジャ２が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、磁気付勢力は発生していない。ロッド付勢ばね４０はロッド３５の外径側に凸となるフランジ部３５ｂ（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、磁気付勢力の発生していない状態では、吸入弁３０は開弁状態を維持しており、一度、加圧室１１に吸入された燃料が、再び吸入弁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１１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。

この状態で、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。固定コア３９の端面３９ａとアンカー３６の端面３６ａとの間に磁気吸引力が作用する。固定コア３９の端面３９ａ及びアンカー３６の端面３６ａは磁気吸引面Ｓを構成する。磁気吸引面Ｓに磁気吸引力が作用し、この磁気吸引力を含む閉弁方向の付勢力がロッド付勢ばね４０の付勢力に打ち勝つと、アンカー３６がフランジ部３５ｂと係合して、ロッド３５を吸入弁３０から離れる方向（閉弁方向）に移動させる。最終的に、固定コア３９及びアンカー３６は磁気吸引面Ｓで衝突する。このときの閉弁方向の付勢力には、磁気吸引力のほかに、アンカー付勢ばね４１及び吸入弁付勢ばね３３の付勢力が含まれる。

ロッド３５が閉弁方向に移動すると、吸入弁３０は、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とを受けて閉弁方向に移動し、吸入弁シート３１ａに当接して閉弁する。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とからなる。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。コイル４３へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中における、戻し行程の割合が小さくなり、吐出行程の割合が大きくなる。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が少なくなり、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、圧縮行程中における、戻し行程の割合が大きくなり、吐出行程の割合が小さくなる。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が多くなり、高圧吐出される燃料は少なくなる。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。

アウターコア３８は、アンカー３６の外周面と対向する内周面を有し、アンカー３６の外周面とアウターコア３８の内周面との間に、アンカー３６が開閉弁方向に移動する際に燃料の移動する流路（隙間）が構成される。

シールリング４８は、円筒形状である。固定コア３９とアウターコア３８は、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と同径の外周面を有する。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を用いて、本発明の構成を示す。図６は、本発明の一実施例に係る電磁弁機構３００について、固定コア３９及びアンカー３６及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００が閉弁した状態にあるときの図である。

本実施例の電磁弁機構３００は、相互の間に磁気吸引力が作用する固定コア３９及び可動コア（アンカー）３６と、可動コア３６を挿通するロッド３５とを備えている。可動コア３６は、固定コア３９の端面３９ａと対向する対向面３６ａに形成された凹部３６ｂと、ロッド３５の軸方向ＣＡに貫通しロッド３５が挿通する貫通孔３６ｄと、を有する。ロッド３５は、貫通孔３６ｄに挿入される小径部３５ａと、小径部３５ａより外径が大きく軸方向ＣＡにおいて凹部３６ｂと接触するフランジ部３５ｂと、を有している。さらにロッド３５は、可動コア３６と別体に構成されている。

可動コア３６には、軸方向ＣＡに貫通する貫通孔として、単一の貫通孔３６ｄのみが形成されている。可動コア３６の凹部３６ｂの内周面３６ｂ１とフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３との間に形成される隙間は、凹部３６ｂの開口側から奥側に向かって拡大するように構成されている。凹部３６ｂの開口は、可動コア３６の端面３６aに形成され、軸方向ＣＡにおいて固定コア３９側に位置している。凹部３６ｂの奥側（奥部）は、凹部３６ｂの開口側から見て、固定コア３９側とは反対側である。

本実施例において、ロッド３５の軸方向ＣＡは、ロッド３５の中心軸線方向を意味しており、固定コア３９、可動コア３６、ロッドガイド３７等の中心軸線と一致している。

ロッド３５は可動コア３６と別体に構成されていることにより、閉弁時に可動コア３６が固定コア３９に衝突して閉弁方向への移動を止められた際に、ロッド３５は可動コア３６から分離して閉弁方向の移動を継続する。或いは開弁時に、吸入弁３０がストッパ３２に衝突してロッド３５の開弁方向への移動が止められた際に、可動コア３６はロッド３５から分離して開弁方向の移動を継続する。

ロッド３５はフランジ部３５ｂを有しており、フランジ部３５ｂは凹部３６ｂの底面３６ｂ２と対向する端面３５ｂ１と、固定コア３９側を向く端面３５ｂ２と、外周面３５ｂ３とを有する。電磁弁機構３００が閉弁又は開弁して可動部が静止した状態にある場合、フランジ部３５ｂの端面３５ｂ１と凹部３６ｂの底面３６ｂ２とは当接した状態にある。上述した、可動コア３６とロッド３５とが分離した状態とは、フランジ部３５ｂの端面３５ｂ１と凹部３６ｂの底面３６ｂ２とが離れた状態を意味する。

本実施例では、軸方向ＣＡに可動コア３６を貫通する貫通孔を、ロッド３５が挿通する単一の貫通孔３６ｄのみにしたため、開閉弁時における可動コア３６の移動速度の上昇を抑制し、可動コア３６と固定コア３９との衝突時の衝撃力及び可動コア３６とフランジ部３５ｂとの衝突時の衝撃力を小さくすることができる。一方で、特許文献２のように、凹部３６ｂの底面部３６ｂ２に可動コア３６を軸方向ＣＡに貫通する貫通穴を形成する場合と比べて、特に凹部３６ｂの底面部３６ｂ２にキャビテーションが発生し易くなり、キャビテーションの崩壊によるエロージョン（キャビテーション・エロージョン）によるダメージを受けやすくなる。

しかし本実施例では、可動コア３６の凹部３６ｂの内周面３６ｂ１とフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３との間に形成される隙間が凹部３６ｂの開口側から奥側に向かって拡大するように構成されているため、凹部３６ｂの内周面３６ｂ１とフランジ部３５ｂとの間に構成される流路の断面積（この場合、軸方向ＣＡに垂直な断面積）を大きくすることができ、キャビテーションの発生を抑制することができる。

フランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３はロッド３５の軸方向ＣＡと平行に形成されるとよい。また可動コア３６の凹部３６ｂの内周面３６ｂ１にはテーパ面が形成されるとよい。この場合、テーパ面とフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３との間に形成される隙間の径方向における最大長さＬｃが小径部３５ａの外周面からフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３までの径方向長さＬｆよりも小さくなるように構成されるとよい。

テーパ面のテーパ角度を大きくすると、可動コア３６における磁路の断面積（この場合、軸方向ＣＡに垂直な断面積）を小さくすることになる。Ｌｃ＜Ｌｆとすることにより、磁路の断面積を確保することで閉弁動作を高速化し、高圧吐出される燃料量のコントロールを正確に行うことができる。

なお、凹部３６ｂの開口側から見た場合、内周面３６ｂ１のテーパ面は逆テーパとなる。ここで、テーパ面とフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３との間に形成される隙間は、凹部３６ｂの奥側に位置するテーパ面の端部Ｐ３６ｂ１において最大長さＬｃとなる。

可動コア３６の凹部３６ｂの内周面３６ｂ１に形成されたテーパ面の最外径部Ｐ３６ｂ１は、貫通孔３６ｄの内周面と可動コア３６の外周面３６ｃとの径方向における中心位置Ｃ３６に対し、径方向内側に位置するようにするとよい。これにより、磁路の断面積を確保することで閉弁動作を高速化し、高圧吐出される燃料量のコントロールを正確に行うことができる。

固定コア３９は、可動コア３６の側に環状を成して形成される環状端面３９ａを有するようにするとよい。また可動コア３６の凹部３６ｂの内周面３６ｂ１にはテーパ面が形成され、テーパ面の最外径部Ｐ３６ｂ１は、固定コア３９の環状端面３９ａの内径と外径との間の中心位置Ｃ３９ａに対して、径方向内側に位置するようにするとよい。これにより、磁路の断面積を確保することで閉弁動作を高速化し、高圧吐出される燃料量のコントロールを正確に行うことができる。

可動コア３６の凹部３６ｂの内周面３６ｂ１にはテーパ面が形成され、テーパ面は可動コア３６の凹部３６ｂの開口側（固定コア３９側）から奥側（反固定コア３９側）に向かって内径が拡大するように形成されるようにするとよい。図６において、凹部３６ｂの内周面３６ｂ１を３６ｂ１’のように形成した場合と３６ｂ１’’のように形成した場合とを比較する。３６ｂ１’及び３６ｂ１’’は、凹部３６ｂの内周面を円筒面で構成したものである。

３６ｂ１’の場合、固定コア３９の端面３９ａと対向する可動コア３６の端面３６ａの面積を大きくできる代わりに、内周面３６ｂ１’とフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３との間に形成される隙間の径方向長さＡｒよりも小さくなる。Ａｒは本実施例のテーパ面とフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３との間に形成される隙間の径方向長さの最小値である。すなわち３６ｂ１’の場合、キャビテーションの発生を抑制する効果が小さくなる。

一方、３６ｂ１’’ の場合、内周面３６ｂ１’とフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３との間に形成される隙間の径方向長さはＡｒとなり、本実施例と同等であるが、固定コア３９の端面３９ａと対向する可動コア３６の端面３６ａの面積は本実施例よりも小さくなる。すなわち３６ｂ１’’ の場合、可動コア３６に対する磁気吸引力が本実施例よりも低下する。

図５に示す、固定コア３９、可動コア３６及び第１ヨーク４２の配置から分かるように、可動コア３６を流れる磁束は、端面３６ａ側では可動コア３６の中心側にも流れるものの、端面３６ａとは反対側の端面側では可動コア３６の外周側に偏る傾向がある。このため、凹部３６ｂの内周面３６ｂ１にテーパ面を形成することにより、フランジ部３５ｂの外周部に流路を確保した上で、磁路をより好ましい形状にすることができる。

内周面３６ｂ１に形成されるテーパ面は、可動コア３６の凹部３６ｂの開口から奥側に向かって形成されるようにするとよい。可動コア３６の端面３６ａを径方向内側に拡げ、端面３６ａの面積を大きくすることができと共に、加工も単純化されて生産性が向上する。この場合、テーパ面は可動コア３６の凹部３６ｂの開口から凹部３６ｂの底面３６ｂ２までの全域に亘って形成されるようにするとよい。

上述した様に、本実施例では、可動コア３６と固定コア３９との衝突時の衝撃力及び可動コア３６とフランジ部３５ｂとの衝突時の衝撃力を小さくすることができる。その結果、可動コア３６は、保護膜としてのめっきが形成されないように構成することができる。可動コア３６にめっきを形成する場合、めっきに割れが生じないように、めっきの耐久性を高める必要がある。しかし、めっきを形成しないことで、めっきの耐久性等に配慮する必要がなくなり、生産性が向上し、低コスト化を実現できる。

可動コア３６を囲繞して可動コア３６の外周面３６ｃと対向する内周面３８ａを有する囲繞部材３８を備え、囲繞部材３８の内周面３８ａと可動コア３６の外周面３６ｃとの間に形成される隙間の断面積（この場合、軸方向ＣＡに垂直な断面積）が、貫通孔３６ｄの内周面と小径部３５ａの外周面との間に形成される隙間の断面積よりも大きく構成されるようにするとよい。

これにより、可動コア３６が往復動する際に、燃料は囲繞部材３８の内周面３８ａと可動コア３６の外周面３６ｃとの間に形成される隙間を通って軸方向ＣＡにおける可動コア３６の一端側と他端側とを行き来できる。このため、可動コア３６に貫通孔３６ｄ以外の貫通孔を設けなくても、可動コア３６は軸方向ＣＡに往復動することができる。なお本実施例では、囲繞部材３８はアウターコアにより構成される。

囲繞部材３８の内周面３８ａは、可動コア３６の外周面３６ｃの摺動をガイドするガイド部を構成するようにしてもよい。可動コア３６のガイド方法（支持方法）には、可動コア３６の内周とロッド３５の外周とのクリアランスでガイドする方法と、可動コア３６の外周と囲繞部材３８の内周とのクリアランスでガイドする方法とがある。囲繞部材３８の内周面３８ａをガイド部とする場合、ガイド部における摺動面積を大きくすることができるので、耐摩耗性において有利である。

貫通孔３６ｄの内周面と小径部３５ａの外周面との間に形成される隙間の径方向における長さは、囲繞部材３８の内周面３８ａと可動コア３６の外周面３６ｃとの間に形成される隙間の径方向における長さよりも小さく構成されるようにしてもよい。この場合、可動コア３６の内周とロッド３５の外周とのクリアランスで可動コア３６をガイドする。これにより、囲繞部材３８の内周面３８ａと可動コア３６の外周面３６ｃとの間に形成される隙間の径方向における長さを大きくすることができ、この隙間の断面積を調整することが容易になる。その結果、可動コア３６における往復動作の速度調整と、可動コア３６と固定コア３９との衝突時の衝撃力の調整とを適切に行うことができる。

可動コア３６は、環状を成して固定コア３９の端面３９ａと対向する環状端面３６ａを有し、可動コア３６における、環状端面３６ａが形成される部位と貫通孔３６ｄが形成される部位とは、一部品で構成されるようにするとよい。これにより、部品点数を削減し、コストを削減することができる。

電磁弁機構３００は、可動コア３６を固定コア３９の側に付勢するスプリング（アンカー付勢ばね）４１を備えるようにするとよい。これにより、ロッド３５のフランジ部３５ｂが可動コア３６の凹部３５ｂの底面３５ｂ２から離れ難くし、凹部３６ｂの底面部３６ｂ２近傍におけるキャビテーション・エロージョンの発生を抑制することができる。

次に、図７Ａ～図７Ｄを用いて、本実施例との比較例である電磁弁機構３００’の課題を説明する。図７Ａ～図７Ｄでは、ロッド３５のフランジ部３５ｂとアンカー３６の凹部３６ｂの底面３６ｂ２との当接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７Ａ～図７Ｄの比較例では、アンカー（可動コア）３６の凹部３６ｂの内周面３６ｂ１’が軸方向ＣＡに平行な円筒面で構成されている。内周面３６ｂ１’以外の構成は、上述した実施例と同様であり、上述した実施例と同様な構成には上述した実施例と同じ符号を付して説明を省略する。

図７Ａは、本発明との比較例における電磁弁機構３００’について、固定コア３９及びアンカー３６及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００’が閉弁した状態にあるときの図である。

電磁弁機構３００の閉弁状態においては、ロッド３５のフランジ部３５ｂの端面３５ｂ１がアンカー３６の凹部３６ｂの底面３６ｂ２に当接した状態である。

図６Ｂは、本発明との比較例における電磁弁機構３００’について、固定コア３９及びアンカー３６’及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００’が開弁する動作途中の状態にあるときの図である。

電磁弁機構３００’が図７Ａの状態から開弁動作を開始すると固定コア３９からアンカー３６が分離するが、図７Ｂの状態ではアンカー３６とロッド３５のフランジ部３５ｂとは当接状態を維持している。すなわち図７Ｂの状態では、ロッド３５に係合した吸入弁３０がストッパ３２に当接していない状態である。

この場合の燃料の流れとしては、アンカー３６の径方向外側から固定コア３９とアンカー３６とシールリング４８とに囲まれた燃料室（流体室）へ向かう流れが主流となる。一部の燃料は、アンカー３６の径方向外側から吸入弁３０へ向かう流れを形成する場合もある。

図７Ｃは、本発明との比較例における電磁弁機構３００’について、固定コア３９及びアンカー３６’及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００’が開弁する動作途中の状態（図６Ｂから時間が経過した状態）にあるときの図である。

図７Ｃでは、吸入弁３０が全開となり、ストッパ３２に当接した状態を示している。この場合、吸入弁３０に当接しているロッド３５は静止し、アンカー３６は慣性力によって吸入弁３０の方向へ移動を継続する。そして、アンカー３６がロッド３５のフランジ部３５ｂから離れる際に、アンカー３６とフランジ部３５ｂの当接部周囲の領域（破線で囲む領域）が急激な減圧を生じ、その圧力が飽和蒸気圧以下になるとキャビテーションＣａｖが発生する。

図７Ｄは、本発明との比較例における電磁弁機構３００’について、固定コア３９及びアンカー３６’及びロッド３５の周囲を重点的に示す断面図であり、電磁弁機構３００’が開弁する動作途中の状態（図６Ｃから時間が経過した状態）にあるときの図である。

図７Ｄでは、アンカー３６の移動に伴って流れ出した燃料が他の部品と衝突して反射した圧力波か、或いは、低圧となったことによる燃料の再流入により、キャビテーションＣａｖが発生していた領域（破線で囲む領域）の圧力が回復することにより、キャビテーションＣａｖが崩壊し（Ｃａｌ）、その衝撃力によりアンカー３６が壊食されることとなる。しかしながら、図６に示すような構成でアンカー３６の凹部３６ｂの内周面３６ｂ１に逆テーパを設けることによって、アンカー３６とフランジ部３５ｂとの当接部周囲の体積が図７Ａの比較例よりも大きくなるため、アンカー３６が可動している間に破線で囲む領域への燃料の供給がし易く、キャビテーションＣａｖの発生を抑制することができる。そのため、キャビテーション崩壊時の衝撃力の低減に寄与することができる。

本実施例では流体として燃料を扱う高圧燃料ポンプについて説明したが、本実施例の電磁弁機構３００は燃料以外の流体を扱う流体機械にも適用可能である。

なお、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、上記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、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・置換をすることが可能である。

３００…電磁弁機構、３５…ロッド、３５ａ…ロッド３５の小径部、３５ｂ…ロッド３５のフランジ部、３５ｂ３…フランジ部３５ｂの外周面、３６…可動コア（アンカー）、３６ａ…可動コア３６の端面（環状端面）、３６ｂ…可動コア３６の端面３６ａに形成された凹部、３６ｂ１…可動コア３６の凹部３６ｂの内周面、３６ｂ２…凹部３６ｂの底面、３６ｃ…可動コア３６の外周面、３６ｄ…可動コア３６の貫通孔、３８…囲繞部材（アウターコア）、３８ａ…囲繞部材３８の内周面、３９…固定コア、３９ａ…固定コア３９の端面（環状端面）、４１…アンカー付勢ばね、Ｃ３６…貫通孔３６ｄの内周面と可動コア３６の外周面３６ｃとの径方向における中心位置、ＣＡ…ロッド３５の軸方向、Ｌｃ…テーパ面とフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３との間に形成される隙間の径方向における最大長さ、Ｌｆ…小径部３５ａの外周面からフランジ部３５ｂの外周面３５ｂ３までの径方向長さ、Ｐ３６ｂ１…テーパ面の最外径部。

Claims (12)

1. 燃料を加圧室に供給する電磁弁機構を備え、
   前記電磁弁機構は、相互の間に磁気吸引力が作用する固定コア及び可動コアと、前記可動コアを挿通するロッドと、前記可動コアに対して前記ロッドの前記固定コアの側とは反対の端部の側に設けられた吸入ポート及び吸入弁と、を有し、
   前記可動コアは、前記固定コアと対向する対向面に形成された凹部と、前記ロッドの軸方向に貫通し前記ロッドが挿通する貫通孔と、を有し、
   前記ロッドは、前記貫通孔に挿入される小径部と、前記小径部より外径が大きく前記軸方向において前記凹部の底面と接触するフランジ部と、を有して、前記可動コアと別体に構成された高圧燃料ポンプにおいて、
   前記可動コアは、前記ロッドの軸方向に貫通する貫通孔として単一の前記貫通孔のみが形成され、且つ保護膜としてのめっきが形成されない構成であり、
   前記可動コアの前記凹部の内周面と前記フランジ部の外周面との間に形成される隙間が前記凹部の開口側から奥側に向かって拡大するように構成された高圧燃料ポンプ。
2. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記フランジ部の外周面は前記ロッドの軸方向と平行に形成され、
   前記可動コアの前記凹部の内周面にはテーパ面が形成され、
   前記テーパ面と前記フランジ部の外周面との間に形成される前記隙間の径方向における最大長さが前記小径部の外周面から前記フランジ部の外周面までの径方向長さよりも小さくなるように構成される高圧燃料ポンプ。
3. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記可動コアの前記凹部の内周面にはテーパ面が形成され、
   前記テーパ面の最外径部は、前記貫通孔の内周面と前記可動コアの外周面との径方向における中心位置に対し、径方向内側に位置する高圧燃料ポンプ。
4. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記固定コアは、前記可動コアの側に環状を成して形成される環状端面を有し、
   前記可動コアの前記凹部の内周面にはテーパ面が形成され、
   前記テーパ面の最外径部は、前記固定コアの前記環状端面の内径と外径との間の中心位置に対し、径方向内側に位置する高圧燃料ポンプ。
5. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記可動コアの前記凹部の内周面にはテーパ面が形成され、
   前記テーパ面は、前記可動コアの前記凹部の開口側から奥側に向かって内径が拡大するように形成される高圧燃料ポンプ。
6. 請求項５に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記テーパ面は、前記可動コアの前記凹部の開口から奥側に向かって形成される高圧燃料ポンプ。
7. 請求項５に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記テーパ面は、前記可動コアの前記凹部の開口から前記凹部の底面までの全域に亘って形成される高圧燃料ポンプ。
8. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記可動コアを囲繞して前記可動コアの外周面と対向する内周面を有する囲繞部材を備え、
   前記囲繞部材の前記内周面と前記可動コアの前記外周面との間に形成される隙間の断面積が、前記貫通孔の内周面と前記小径部の外周面との間に形成される隙間の断面積よりも大きく構成される高圧燃料ポンプ。
9. 請求項８に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
   前記囲繞部材の前記内周面は、前記可動コアの外周面の摺動をガイドするガイド部を構成する高圧燃料ポンプ。
10. 請求項８に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
    前記貫通孔の内周面と前記小径部の外周面との間に形成される隙間の径方向における長さは、前記囲繞部材の前記内周面と前記可動コアの前記外周面との間に形成される隙間の径方向における長さよりも小さく構成される高圧燃料ポンプ。
11. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
    前記可動コアは、環状を成して前記固定コアと対向する環状端面を有し、
    前記可動コアにおける、前記環状端面が形成される部位と前記貫通孔が形成される部位とは、一部品で構成される高圧燃料ポンプ。
12. 請求項１に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
    前記可動コアを前記固定コアの側に付勢するスプリングを備える高圧燃料ポンプ。

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