JPWO2016208359A1 - 流量制御弁及び高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

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Abstract

吸入弁を閉弁動作させるために設ける電磁式の流量制御弁の応答性を向上させ、所望の吐出流量に制御する。コイルの内周側に配置される固定コアと、コイルの外周側に配置されるヨークと、コイルと軸方向に対向するカバー部とを備え、固定コアは、カバー部と軸方向に接触してコイルの側に向かって拡大する拡大部を有し、カバー部は前記固定コアとの接触部のみで軸方向に規制される。

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流量制御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において、燃焼室内へ直接的に燃料を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流量制御弁を備えた高圧燃料ポンプが広く用いられている。
一般的に燃料噴射装置に供給する圧力が大きいほど、燃料噴射装置から噴射される燃料噴霧の微粒化が促進されて燃焼効率が向上する。したがって、高圧燃料ポンプの性能として吐出圧力が大きいことが求められる。また、エンジンが高回転の条件で流量を制御するためには、所定の時間内に流量制御弁を開・閉動作させる必要があり、流量制御弁の応答性向上が求められている。
流量制御弁の応答性を向上させる駆動部構造として、特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１では、固定コア及び可動コアを形成するステンレス鋼の飽和磁束密度は、ケースを形成するステンレス鋼の飽和磁束密度よりも大きくすることで、磁気吸引力を大きし、応答性を向上させる方法が開示されている。
特開２０１２−１５４４７８号公報
コイルへの通電を停止した状態で加圧室と流量制御弁とを連通するノーマルオープン式の高圧燃料ポンプ用の流量制御弁では、燃料噴射装置への吐出流量を制御するために、所定のタイミングで吸入弁の閉弁動作を行う必要がある。
また、燃料を加圧室に吸入した後、燃料を加圧するための加圧ピストンが圧縮行程に至るまでの間に、吸入弁を開弁状態から閉弁動作させる必要があり、エンジンの回転数が増加するほど、加圧ピストンの速度が増加することから閉弁動作に要する時間を短くする必要がある。
本発明の目的は、吸入弁を閉弁動作させるために設ける電磁式の流量制御弁の応答性を向上させ、所望の吐出流量に制御することにある。
上記課題を解決するため本発明の高圧ポンプの流量制御弁は、コイルの内周側に配置される固定コアと、コイルの外周側に配置されるヨークと、コイルと軸方向に対向するカバー部とを備え、固定コアは、カバー部と軸方向に接触してコイルの外周側に向かって拡大する拡大部を有し、カバー部は前記固定コアとの接触部のみで軸方向に規制されることを特徴とする。
本発明によれば、吸入弁を閉弁動作させるために設ける電磁式の流量制御弁の応答性を向上させ、所望の吐出流量に制御することが可能となる。
本発明が適用可能な高圧燃料供給ポンプを含む燃料供給システムの全体構成の1例を示した図である。 実施例１における機構的に一体に構成された高圧燃料供給ポンプ本体１０１の具体事例を示した図である。 取り付け根部２０４が内燃機関本体に埋め込まれて、固定された状態を示した図である。本発明の第一実施例における燃料噴射装置の駆動部構造の断面拡大図を示した図である。 実施例１における高圧燃料供給ポンプ本体１０１の流量制御弁１０６の断面拡大図を示した図である。 実施例１における流量制御弁１０６の断面拡大図かつ、吐出工程において吸入弁１１３が閉弁し、アンカー部１１８と固定コア４１２が接触している状態を示した図である。 実施例１における流量制御弁１０６の断面拡大図かつ、吐出工程において吸入弁１１３が閉弁し、アンカーロッド１１７と吸入弁１１３とが接触している状態を示した図である。 ポンプ作動における各工程における各部状態などを示したタイムチャートを示した図である。 本発明の第２実施例による高圧燃料供給ポンプの流量制御弁１０６の断面拡大図を示した図である。 本発明の第２実施例による流量制御弁１０６のカバー部８１５、ヨーク４２３、固定コア８１２近傍を拡大した拡大部８３４を示した図である。 本発明の第２実施例による流量制御弁１０６のカバー部８１５、固定コア８１２、アンカー部８１８、アウターコア８１１近傍を拡大した拡大部８８６を示した図である。 本発明の第３実施例による流量制御弁１０６のカバー部１１１５、ヨーク４２３、固定コア８１２近傍を拡大した図である。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
以下、図１〜７を用いて、本発明に係る高圧燃料ポンプの実施例１について説明する。図１は、本実施例の高圧燃料供給ポンプを含む燃料供給システムの全体構成の一例を示す図である。図２は、本実施例における高圧燃料ポンプ本体の断面図である。なお、図２において、図１と同等の構成部品については同じ記号を用いる。
図１において、破線で囲まれた部分１０１が高圧燃料供給ポンプ本体を示し、この破線の中に示されている機構、部品は高圧燃料供給ポンプ本体１０１に一体に組み込まれていることを示す。高圧燃料供給ポンプ本体１０１には、燃料タンク１１０からフィードポンプ１１１を経由して燃料が送り込まれ、高圧燃料供給ポンプ本体１０１からコモンレール１２１を通って、燃料噴射装置１２２に加圧された燃料が送られる。エンジンコントロールユニット１２３は圧力センサ１２４から燃料の圧力を取り込み、これを最適化すべくフィードポンプ１１１、高圧燃料供給ポンプ本体１０１内の電磁コイル１０２(ソレノイド)、燃料噴射装置１２２を制御する。
図１において、燃料タンク１１０の燃料は、エンジンコントロールユニット１２３からの制御信号Ｓ１に基づきフィードポンプ１１１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１１２を通して高圧燃料供給ポンプ１０１の低圧燃料吸入口（吸入ジョイント）１０３に送られる。低圧燃料吸入口１０３を通過した燃料は、圧力脈動低減機構１０４、吸入通路１０５を介して容量可変機構を構成する流量制御弁１０６の吸入ポート１０７に至る。なお圧力脈動低減機構１０４は、エンジンのカム機構（図示せず）により往復運動を行うプランジャ１０８に連動して圧力を可変とする、環状低圧燃料室１０９に連通することで、流量制御弁１０６の吸入ポート１０７に吸入する燃料圧力の脈動を低減している。
流量制御弁１０６の吸入ポート１０７に流入した燃料は、吸入弁１１３を通過し加圧室１１４に流入する。吸入弁１１３の弁位置は、エンジンコントロールユニット１２３からの制御信号Ｓ２に基づき、高圧燃料供給ポンプ本体１０１内の電磁コイル１０６が制御されることで定まる。加圧室１１４では、エンジンのカム機構（図示せず）により、プランジャ１０８に往復運動する動力が与えられている。プランジャ１０８の往復運動により、プランジャ１０８の下降工程では吸入弁１１３から燃料を吸入し、プランジャ１０８の上昇工程では吸入した燃料が加圧され、吐出弁機構１１５を介して圧力センサ１２４が装着されているコモンレール１２１へ燃料が圧送される。この後、エンジンコントロールユニット１２３からの制御信号Ｓ３に基づき燃料噴射装置１２２がエンジンへ燃料を噴射する。
加圧室１１４の出口に設けられた吐出弁機構１１５は、吐出弁シート１１５ａ、吐出弁シート１１５ａと接離する吐出弁１１５ｂ、吐出弁１１５ｂを吐出弁シート１１５ａに向かって付勢する吐出弁ばね１１５ｃなどで構成されている。加圧室１１４内部圧力が吐出弁１１５ｂの下流側の吐出通路１１６側圧力よりも高く、かつ吐出弁ばね１１５ｃが定める抗力に打ち勝つときに吐出弁１１５ｂが開放され、加圧室１１４から吐出通路１１６側に加圧された燃料が圧送供給される。
また、図１の流量制御弁１０６を構成する各部品について、１１３は吸入弁、１１７は吸入弁１１３の位置を制御するロッド、４４２は可動部、４４１はアンカー部１１８に固定されロッド１１７と摺動するアンカー摺動部、１１９は吸入弁ばね、１２５はロッドを吸入弁１１３の方向へ付勢する付勢ばね、１２６はアンカー部付勢ばねである。吸入弁１１３は、吸入弁ばね１１９により閉弁方向に付勢され、ロッド付勢ばね１２５によりロッド１１７を介して開弁方向に付勢されている。また、可動部４４２はアンカー部付勢ばね１２６により閉弁方向に付勢されている。吸入弁１１３の弁位置は、ソレノイド１０２によりロッド１１７を駆動することで制御される。また、以降、可動部４４２とアンカー摺動部４４１と一体で構成される部品をアンカー部１１８と称する。
このように高圧燃料供給ポンプ１０１は、エンジンコントロールユニット１２３が流量制御弁１０６へ与える制御信号Ｓ２により高圧燃料供給ポンプ本体１０１内のソレノイド１０２が制御され、吐出弁機構１１５を介してコモンレール１２１へ圧送される燃料が所望の供給燃料となるように燃料流量を吐出する。
また高圧燃料供給ポンプ１０１においては、加圧室１１４とコモンレール１２１との間が、リリーフバルブ１３０により連通されている。このリリーフバルブ１３０は、吐出弁機構１１５と並列配置された弁機構である。リリーフバルブ１３０は、コモンレール１２１側の圧力がリリーフバルブ１３０の設定圧力以上に上昇すると、リリーフバルブ１３０が開弁し高圧燃料供給ポンプ１０１の加圧室１１４内に燃料が戻されることでコモンレール１２１内の異常な高圧状態を防止する。
リリーフバルブ１３０は、高圧燃料供給ポンプ本体１０１内の吐出弁１１５ｂの下流側の吐出通路１１６と加圧室１１４とを連通する高圧流路１３１を形成し、ここに吐出弁１１５ｂをバイパスするように設ける。高圧流路１３１には燃料の流れを吐出流路１３１から加圧室１１４への一方向のみに制限するリリーフ弁１３２が設けられている。リリーフ弁１３２は、押付力を発生するリリーフばね１３３によりリリーフ弁シート１３４に押付けられており、加圧室１１４内と高圧流路１３１内との間の圧力差がリリーフばね１３３で定まる規定の圧力以上になるとリリーフ弁１３０がリリーフ弁シート１３４から離れ、開弁するように設定されている。
この結果、高圧燃料供給ポンプ１０１の流量制御弁１０６の故障等によりコモンレール１２１が異常な高圧となった場合、吐出流路１３１と加圧室１１４の差圧がリリーフ弁１３２の開弁圧力以上になると、リリーフ弁１３０が開弁し、異常高圧となった燃料は吐出流路１３１から加圧室１１４へと戻され、コモンレール１２１等の高圧部配管が保護されるよう構成する。
図２は、機構的に一体に構成された高圧燃料供給ポンプ本体１０１の具体事例を示した図である。図２より、図示中央高さ方向にエンジンのカム機構（図示せず）により往復運動（この場合には上下動）を行うプランジャ１０８がシリンダ２０１内に配置され、プランジャ１０８上部のシリンダ２０１内に加圧室１１４が形成されている。
また、図示中央左側に流制御弁１０６側の機構を配置し、図示中央右側にリリーフ１３０の機構を配置している。また図示上部には、燃料吸入側の機構として低圧燃料吸入口（図示せず）、圧力脈動低減機構２０２、吸入通路２０３などを配置している。さらに、図１の中央下部にはプランジャ内燃機関側機構２０４を記述している。プランジャ内燃機関側機構２０４は、図３に示すように内燃機関本体に埋め込まれて固定される部分であることから、ここでは取り付け根部と称することにする。なお、図２の表示断面では、低圧燃料吸入口を図示していない。低圧燃料吸入口は、別角度の表示断面内には表示可能であるが、本発明と直接関係がないので説明、表示を割愛する。
図３は、取り付け根部（プランジャ内燃機関側機構）２０４が内燃機関本体に埋め込まれて、固定された状態を示したものである。但し図３では取り付け根部２０４を中心として記述しているので、他の部分の記述を割愛している。また、図３は、低圧燃料吸入口３０１が燃料ポンプ本体の上部に位置しているが、低圧燃料吸入口１３１は、シリンダ１０８を軸として円周上の一に設けてもよい。
図３において、３０２は内燃機関のシリンダヘッドの肉厚部分を示している。内燃機関のシリンダヘッド３０２には、取り付け根部２０４の形状に合わせて２段の径で構成される取り付け根部取り付け用孔３０３が形成される。この取り付け根部取り付け用孔３０３に、取り付け根部２０４が嵌め込まれることで、取り付け根部２０４が内燃機関のシリンダヘッド３０２に気密に固定される。
図３では、高圧燃料供給ポンプはポンプ本体１に設けられたフランジ３０４を用いシリンダヘッド３０２の平面に密着し、少なくとも２つ以上の複数のボルト３０５で固定される。取付けフランジ３０４は、溶接部３０６にてポンプ本体１に全周をレーザーにて溶接結合されて環状固定部を形成している。またシリンダヘッド３０２とポンプ本体１間のシールのためにＯリング３０７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。なお、フランジ３０４とポンプ本体１は一体に成形しても良い。
プランジャ根部２０４は、プランジャ１０８の下端３０８において、内燃機関のカムシャフトに取り付けられたカム３０９の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ１０８に伝達するタペット３１０が設けられている。プランジャ１０８はリテーナ３１１を介してばね３１２にてタペット３１０に圧着されている。これによりカム３０９の回転運動に伴い、プランジャ１０８を上下に往復運動させている。
また、シールホルダ３１３の内周下端部に保持されたプランジャシール３１４がシリンダ３１５の図中下方部においてプランジャ１０８の外周に摺動可能に接触する状態で設置されており、環状低圧燃料室３１６の燃料をプランジャ１０８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。
図２において、高圧燃料供給ポンプ本体１０１にはプランジャ１０８の往復運動をガイドし、かつ内部に加圧室１１４を形成するよう端部（図２では上側）が有底筒型状に形成されたシリンダ２０１が取り付けられている。さらに加圧室１１４流量制御弁１０６と加圧室１１４から吐出通路に燃料を吐出するための吐出弁機構１１５に連通するよう、外周側に環状の溝２０６と、環状の溝２０７と加圧室１１４とを連通する複数個の連通穴が設けられている。
シリンダ２０１はその外径において、高圧燃料供給ポンプ本体１０１と圧入で接合することで固定され、高圧燃料供給ポンプ本体１０１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２０１の加圧室１１４側外径に小径部２０７を有する。加圧室１１４の燃料が加圧されることによりシリンダ２０１が低圧燃料室２２０側に力が作用するが、ポンプ本体１０１に小径部２３０を設けることで、シリンダ２０１が低圧燃料室２０８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、高圧燃料供給ポンプ本体１０１とシリンダ２０１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。
高圧燃料供給ポンプ本体１０１の頭部にはダンパカバー２０８が固定されている。また、高圧燃料供給ポンプ本体１０１の低圧燃料室側には、吸入ジョイント（図示せず）が設けられており、低圧燃料吸入口（図示せず）を形成している。低圧燃料吸入口を通過した燃料は、吸入ジョイントの内側に固定されたフィルタ（図示せず）を通過し、圧力脈動低減機構２０２、低圧燃料流路２０３を介して流量制御弁１０６の吸入ポート２０９に至る
。
プランジャ１０８は、大径部２１０と小径部２１１を有することにより、プランジャ１０８の往復運動によって環状低圧燃料室２１２の体積は増減を行う。体積の増減分は、燃料通路３２０（図３）により低圧燃料室２２０と連通していることにより、プランジャ１０８の下降時は、環状低圧燃料室２１２から低圧燃料室２２０へ、上昇時は、低圧燃料室２２０から環状低圧燃料室２１２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２２０には高圧燃料供給ポンプ内で発生した圧力脈動が燃料配管１３０（図１）へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構２０２が設置されている。加圧室１１４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１１３を通して吸入通路１２０３（吸入ポート２０９）へと戻される場合、吸入通路２０３（吸入ポート２０９）へ戻された燃料により低圧燃料室２２０には圧力脈動が発生する。圧力脈動低減機構２０２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。２２１は金属ダンパを高圧燃料供給ポンプ本体１０１に固定するための取付金具である。
吐出弁機構は、吐出弁シート１１５ａ、吐出弁シート１１５ａと接離する吐出弁１１５ｂ、吐出弁１１５ｂを吐出弁シート１１５ａに向かって付勢する吐出弁ばね１１５ｃ、吐出弁１１５ｂと吐出弁シート１１５ａとを収容する吐出弁ホルダ１１５ｄから構成され、吐出弁シート１１５ａと吐出弁ホルダ１１５ｄとは当接部（図示せず）で溶接により接合されて一体の吐出弁機構１１５を形成している。
図２において、加圧室１１４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１１５ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１４の燃料圧力が、燃料吐出口の燃料圧力よりも大きくなった時に始めて、吐出弁１１５ｂは吐出弁ばね１１５ｃに逆らって開弁し、加圧室１１４内の燃料は燃料吐出口１２を経てコモンレール１２１へと高圧吐出される。吐出弁１１５ｂは開弁した際、吐出弁ストッパと接触し、ストロークが制限される。したがって、吐出弁１１５ｂのストロークは吐出弁ストッパ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１１５ｂの閉じ遅れにより、燃料吐出口へ高圧吐出された燃料が、再び加圧室１１４内に逆流してしまうのを防止でき、高圧燃料供給ポンプの効率低下が抑制できる。
次に本実施例の主要部である流量制御弁１０６側の構造について、図４、図５、図６を用いて説明する。図４はポンプ作動における吸入、戻し、吐出の各工程のうち、吸入工程における状態、図５、図６は吐出工程における状態を表している。まず図４により、流量制御弁１０６側の構造について説明する。流量制御弁１０６側の構造は、吸入弁１１３を主体に構成された吸入弁部４Ａと、ロッド１１７と可動部およびソレノイド１０２を主体に構成されたソレノイド機構部４Ｂに大別して説明する
まず吸入弁部Ａは、吸入弁１１３、吸入弁シート４０１、吸入弁ストッパ４０２、吸入弁付勢ばね１１９、吸入弁ホルダ４０３から構成される。吸入弁シート４０１は円筒型で、内周側軸方向にシート部４０５、円筒の軸を中心に放射状に１つが２つ以上の吸入通路部４０４を有し、外周円筒面で高圧燃料供給ポンプ本体１０１に圧入で接合されて保持される。
吸入弁ホルダ４０３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４０１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４０２が吸入弁ホルダ４０３の内周円筒面に圧入で接合されて保持される。
吸入弁付勢ばね１１９は、吸入弁ストッパ４０２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１１３が、吸入弁シート部４０５と吸入弁ストッパ４０２の間に、弁ガイド部４４４に吸入弁付勢ばね１１９が嵌合する形で構成される。吸入弁付勢ばね１１９は圧縮コイルばねであり、吸入弁１１３が吸入弁シート部４０５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１１３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Ａ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４０４を通過し流量制御弁の内部に入った燃料が、吸入弁１１３とシート部４０５の間を通過し、吸入弁１１３の外周側及び吸入弁ストッパ４０２の外径に設けた燃料通路４４５の間を通り、高圧燃料供給ポンプ本体１０１及びシリンダの通路を通過し、加圧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１１３が吸入弁シート部４０５と接触して燃料をシールすることで、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１１３の軸方向の移動量４４６は、吸入弁ストッパ４０２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１１３が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４０１、吸入弁１１３、吸入弁ストッパ４０２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４０２には、環状突起が設けられ、吸入弁１１３が開弁している状態において、吸入弁ストッパ４０２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１１３が吸入弁ストッパ４０２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１１３と吸入弁ストッパ４０２が離間する際に、吸入弁１１３と吸入弁ストッパ４０２との間の圧力が低下し、吸入弁１１３の動きを妨げる方向にスクイーズ力が働き、吸入弁１１３が吸入弁ストッパ４０２から離れにくくなる。
吸入弁１１３、吸入弁シート４０１、吸入弁ストッパ４０２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とよい。吸入弁スプリング１１９及び吸入弁ホルダ４０３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とよい。
次にソレノイド機構部４Ｂについて述べる。ソレノイド機構部Ｂは、可動部品であるロッド１１７、可動部、固定部であるガイド部４１０、アウターコア４１１、固定コア４１２、そして、ロッド付勢ばね１２５、アンカー部付勢ばね１２６、カバー部４１５、ヨーク４２３、ソレノイド１０２からなる。
可動部品であるロッド１１７とアンカー１１８は、別部材に構成している。ロッド１１７はガイド部４１０の内周側で軸方向に摺動自在に保持され、可動部のアンカー摺動部４４１の内周側は、ロッド１１７の外周側で摺動自在に保持される。すなわち、ロッド１１７及びアンカー部１１８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。アンカー摺動部４４１は、固定コア４１２側端面でロッド１１７のつば部４１７ａと接触するよう構成している。
アンカー部１１８は燃料中で軸方向に自在に滑らかに動くために、アンカー摺動部４４１に部品軸方向に貫通する貫通穴４５０を１つ以上有し、アンカー部１１８前後の圧力差による動きの制限を極力排除している。また、貫通孔４５０はロッド１１７の中心に設け、ガイド部４１０よりも吸入弁１１３側に吸入通路部４０４と実質的に平行となるよう横溝の燃料通路を設けて、アンカー部１１８の固定コア４１２側の空間と吸入弁シート４０１の上流の空間４１３とを連通させるよう構成しても良い。結果、ガイド部４１０の燃料通路４１４を設けなくてもアンカー部１１８の固定コア４１２側の空間を連通させることができ、ガイド部４１０の加工コストを抑制できる。
ガイド部４１０は、径方向には、高圧燃料供給ポンプ本体１０１の吸入弁１１３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４０５の一端部に突き当てられ、高圧燃料供給ポンプ本体１０１に溶接固定されるアウターコア４１１と高圧燃料供給ポンプ本体１０１との間に挟み込まれる形で配置される構成としている。ガイド部４１０にもアンカー部１１８と同様に軸方向に貫通する燃料通路４１４が設けられ、アンカー部１１８が自在に滑らかに動くことができる様、アンカー部１１８側の燃料室の圧力がアンカー部１１８の動きを妨げない様に構成している。
アウターコア４１１は、高圧燃料供給ポンプ本体１０１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、その内周側に固定コア４１２が挿入される形で溶接で接合して固定する。固定コア４１２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１１７が吸入弁１１３と接触し、前記吸入弁１１３が吸入弁シート４０１から引き離す方向、すなわち吸入弁１１３の開弁方向に付勢力を与える。
アンカー部付勢ばね１２６は、ガイド部４１０の中心側に設けた円筒径の中央軸受部４５２に方端を挿入し同軸を保ちながら、アンカー部１１８にロッドつば部１１７ａ方向に付勢力を与える配置としている。アンカー部１１８の移動量４７０は吸入弁１１３の移動量４４６よりも大きく設定される。吸入弁１１３が開弁状態から閉弁する際にアンカー部１１８と固定コア４１２とが接触する前に、吸入弁１１３と吸入弁シート４０１とを接触させることによって、確実に吸入弁１１３を閉弁させられ、吸入弁１１３の閉弁時の応答性を確保できる。結果、吐出流量を確保できる。また、アンカー部１１８の閉弁時の移動に伴う排除体積が、アンカー部１１８と固定コア８１２との間を流れることで、アンカー部１１８と固定コア８１２間の圧力が増加する。圧力が増加することで、アンカー部１１８には流体力、いわゆるスクイーズ力が作用して閉弁方向とは逆向きに押される。スクイーズ力は、一般的にアンカー部１１８と固定コア８１２とのギャップの３乗に比例するため、ギャップが小さいほどその影響が大きい。吸入弁１１３の移動量４４７よりもアンカー部１１８の移動量を大きくすることで、アンカー部に作用するスクイーズ力が増加する前に吸入弁１１３を閉弁させられるため、吸入弁１１３の応答性の低下によって生じる吐出流量の低下を抑制する効果がある。
ロッド１１７とガイド部４１０はお互い摺動し、また、ロッド１１７は吸入弁１１３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。アンカー部１１８と固定コア４１２は磁気回路を形成するためフェライト系の磁性ステンレスを用い、ロッド付勢ばね１２５、アンカー部付勢ばね１２６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とよい。
上記構成によれば、吸入弁部Ａとソレノイド機構部Ｂには、３つのばねが有機的に配置されて構成されている。吸入弁部Ａに構成される吸入弁付勢ばね１１９と、ソレノイド機構部Ｂに構成されるロッド付勢ばね１２５、アンカー部付勢ばね１２６がこれに相当する。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。
〔数１〕
ロッド付勢ばね１２５力＞アンカー部付勢ばね１２６力＋吸入弁付勢ばね１１９力＋流体により吸入弁１１３が閉じようとする力 ・・・（１）
（１）式の関係により、ソレノイド１０２への無通電時には、各ばね力により、ロッド１１７は吸入弁１１３を吸入弁シート部４０５から引き離す方向、すなわち弁が開弁する方向に力ｆ１として作用する。（１）式より、弁が開弁する方向の力ｆ１は下記の（２）式で表現される。
〔数２〕
ｆ１＝ロッド付勢ばね１２５力−（アンカー部付勢ばね１２６力＋吸入弁付勢ばね１１９力＋流体により吸入弁が閉じようとする力） ・・・（２）
次に、ソレノイド機構部４Ｂのソレノイド１０２周辺のソレノイド部構成について述べる。ソレノイド部は、カバー部４１５、ヨーク４２３、ソレノイド１０２、ボビン４５３、端子４５４、コネクタ４５５から成る。ボビン４５３に銅線が複数回巻かれたソレノイド１０２が、カバー部４１５とヨーク４２３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と一体にモールドされ固定される。二つの端子４５４のそれぞれの方端はソレノイド１０２の銅線の両端にそれぞれ通電可能に接続される。端子４５４も同様にコネクタ４５５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している。
固定コア４１２外径の径方向のソレノイド１０２側には、シールリング４１８が設けられている。シールリング４１８は固定コア４１２の外径部４１７とアウターコア４１１の外径部４２０に圧入で接合して固定され、圧入固定部近傍を溶接して燃料をシールしている。シールリング４１８は固定コア４１２の吸引面４２１と径方に対向する外径側に設けられている。また、ヨーク４２３の細径部４４０が、アウターコア４１１に圧入され固定される。その時、カバー部４１５の内径側は、固定コア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なる。
カバー部４１５、ヨーク４２３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４５３、コネクタ４５４は強度特性、耐熱特性を考慮し、高強度耐熱樹脂を用いる。ソレノイド１０２は銅、端子４５４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Ｂを構成することで、図４の破線４２２に示す様に、アンカー部１１８、固定コア４１２、カバー部４１５、ヨーク４２３、アウターコア４１１で磁気回路を形成し、ソレノイド１０２に電流を供給すると、固定コア４１２、アンカー部１１８間に磁気吸引力が発生し、アンカー部１１８を固定コア４１２側に引き寄せる力が発生する。シールリング４１８の材質はオーステナイト系ステンレス鋼を用いるよう構成することで、磁束が固定コア４１２とアンカー部１１８との間を通過し易くなり、磁気吸引力を向上できる。また、シールリング４１８をアウターコア４１１と一体成形する場合には、吸引面４２１の径方向の外径に位置する箇所を極力薄肉にすることで、アウターコア４１１側を流れる磁束を低減できる。結果、固定コア４１２とアンカー部１１８との間を通過する磁束が増加し、磁気吸引力を向上できる。
上記の磁気吸引力が前記（２）式の弁が開弁する方向の力ｆ１を上回った時に、可動部品であるアンカー部１１８がロッド１１７と共に固定コアに引き寄せられ、アンカー部１１８が固定コア４１２と接触するまでアンカー部は運動を継続する。
本発明に係る高圧燃料供給ポンプの上記構成によれば、ポンプ作動における吸入、戻し、吐出の各工程において、以下のように作動する。
最初に吸入工程について説明する。吸入工程では、図３のカム３０９の回転により、プランジャ１０８がカム３０９方向に移動（プランジャ１０８が下降）する。つまりプランジャ１０８位置が上死点から下死点に移動している。吸入工程状態にある時は、例えば図１、２、３を参照しながら説明すると、加圧室１１４の容積は増加し加圧室１１４内の燃料圧力が低下する。この工程で加圧室１１４内の燃料圧力が吸入通路１０５の圧力よりも低くなると、燃料は、開口状態にある吸入弁１１３を通り、高圧燃料供給ポンプ本体１０１に設けられた連通穴２０５と、シリンダ外周通路２０６を通過し、加圧室１１４に流入する。
吸入工程における流量制御弁１０６側の各部位置関係を図４を用いて説明する。この状態では、ソレノイド１０２は無通電状態であり磁気吸引力は作用していない。よって、吸入弁１１３は、ロッド付勢ばね１２５の付勢力を受けて、ロッド１１７に押圧され、かつ吸入弁ストッパ４０２と接触して開弁している。
次に戻し工程について説明する。戻し工程では、図３のカム３０９の回転により、プランジャ１０８が上昇方向に移動する。つまりプランジャ１０８位置が下死点から上死点に向かって、移動し始めている。このとき加圧室１１４の容積は、プランジャ１０８における吸入後の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度加圧室１１４に吸入された燃料が、再び開弁状態の吸入弁１１３を通して吸入通路４０４へと戻されるので、加圧室１１４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１２３からの制御信号が流量制御弁１０６に印加されると、戻し工程から吐出工程に移行する。制御信号が流量制御弁１０６に印加されると、磁気回路内に磁束が発生し、アンカー部１１８に磁気吸引力が生じる。磁気吸引力作用時における流量制御弁１０６側の各部位置関係が図５に示されているので図５を参照しながら説明する。この状態では、ソレノイド１０２に電流を与えると、固定コア４１２、アンカー部１１８間を磁束が通過して、アンカー部１１８に磁気吸引力が発生し、アンカー部１１８を固定コア４１２側に引き寄せる磁気吸引力が発生する。アンカー部１１８が固定部である固定コア４１２に吸引されると、アンカー部１１８とロッドつば部４１７ａの係止機構により、ロッド１１７が吸入弁１１３から離れる方向に移動する。このとき、吸入弁付勢ばね１１９による付勢力と燃料が吸入通路４０４に流れ込むことによる流体力により吸入弁１１３が閉弁する。閉弁後、加圧室１１４の燃料圧力はプランジャ１０８の上昇運動と共に上昇し、吐出弁機構１１５の燃料吐出口の圧力以上になると、吐出弁機構１１５を介して燃料の高圧吐出が行われ、コモンレール１２１へと供給される。この工程を吐出工程と称する。
プランジャ１０８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、流量制御弁１０６のソレノイド１０２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できる。ソレノイド１０２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４０４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４０４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。ソレノイド１０２への通電タイミングは、エンジンコントロールユニット１２３からの指令によって制御することで、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できる。
図６には、吐出工程における流量制御弁１０６側の各部位置関係が示されている。ここには、ポンプ室の圧力が十分増加した後の吸入弁１１３が閉まった状態（閉弁）でのソレノイド１０２への通電が解除された無通電の状態の図を示している。この状態では、次の周期の工程に備えて、次回の磁気吸引力発生、作用を有効に行わせるための体制を整えている。本構造では、この体制整備を行うことに特徴を有している。
図７のタイミングチャートには、上から順にａ）プランジャ１０８の位置、ｂ）ソレノイド１０２の電流、ｃ）吸入弁１１３の位置、ｄ）アンカーロッド１１７の位置、ｅ）アンカー部１１８の位置、ｆ）加圧室１１４内圧力を示している。また横軸には、吸入工程から戻し工程、吐出工程を経て吸入工程に戻る一周期期間における各時刻ｔを時系列的に表示している。
図７の、ａ）プランジャ１０８の位置によれば、吸入工程はプランジャ１０８の位置が上死点から下死点に至る期間であり、戻し工程と吐出工程の期間がプランジャ１０８の位置が下死点から上死点に至る期間である。またｂ）コイル電流によれば、戻し工程の中でソレノイド１０２に吸引電流を流し、それに引き続いて保持電流を流している状態の中で、吐出工程に移行する。
さらに、Ｃ）吸入弁１１３の位置、ｄ）ロッド１１７の位置、ｅ）アンカー部１１８の位置は、ｂ）ソレノイド１０２への電流供給による磁気吸引力の発生に対応してそれぞれの位置が変化し、吸入工程の初期に元の位置に復帰している。これらの位置変化を受けて、ｆ）加圧室内圧力は吐出工程の期間に高い圧力となる。
以下、各工程での各部動作とその時の各物理量との関係について、説明する。まず、吸入工程について、時刻ｔ０においてプランジャ１０８が上死点から下降を始めると、ｆ）加圧室内の圧力が例えば３０ＭＰａレベルの高圧の状態から急激に小さくなる。この圧力低下に伴い、前述の（２）式の、弁が開弁する方向の力ｆ１により、時刻ｔ１においてロッド１１７、アンカー部１１８、吸入弁１１３が、吸入弁１１３の開弁方向に移動を始め、時刻ｔ２において吸入弁１１３が全開、ロッド１１７とアンカー部１１８が図３の開弁位置状態となる。これにより吸入弁１１３が開弁することで、吸入弁シート４０１の通路４６０から吸入弁シート４０５内径側に流入した燃料が、加圧室１１４内に吸入され始める。
吸入工程初期における移動の際に、吸入弁１１３は吸入弁ストッパ４０２に衝突し、吸入弁１１３はその位置で停止する。同じくロッド１１７も先端が吸入弁１１３に接触する位置（図７におけるプランジャロッドの開弁位置）で停止する。
これに対しアンカー部１１８は、当初ロッド１１７と同速度で吸入弁１１３開弁方向に移動するが、ロッド１１７が吸入弁１１３に接触し停止した時刻ｔ２後でも慣性力で移動を続けようとする。図７のＯＡに示す部分がこのオーバーシュートの領域である。この際、アンカー部付勢ばね１２６がその慣性力に打ち勝ち、アンカー部１１８は再び固定コア４１２に近付く方向に移動し、ロッドつば部４１７ａにアンカー部１１８が押し当てられる形で接触する位置（図７におけるアンカー部開弁位置）で停止できる。ロッド１１７とアンカー部１１８の再接触によるアンカー部１１８の停止時刻がｔ３で示されている。停止時刻ｔ３以降の安定状態における時刻ｔ４でのアンカー部１１８、ロッド１１７、吸入弁１１３の各位置を示す状態が図４に示されている。
なお前述及び図７においては、ＯＡに示す部分で、ロッド１１７とアンカー部１１８とが完全に離れる説明としているが、ロッド１１７とアンカー部１１８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４１７ａとアンカー部１１８との接触部に作用する荷重は、アンカーロッド１１７の運動停止後減少し、０になるとアンカー部１１８がアンカーロッド１１７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部付勢ばね１２６の設定力でも良い。吸入弁１１３が吸入弁ストッパ４０２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、本発明ではロッド１１７とアンカー１１８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１１３の質量とアンカーロッド１１７の質量のみで発生することとなる。すなわちアンカー部１１８の質量は衝突エネルギーに寄与しないため、ロッド１１７とアンカー部１１８とを別体に構成することで、異音の問題を低減することができる。
なおロッド１１７とアンカー部１１８とを別体に構成したとしても、アンカー部付勢ばね１２６が無い構成の場合、前記慣性力でアンカー部１１８は吸入弁１１３の開弁方向に移動を続け、ガイド部１１７の固定コア４１２側端面に衝突し、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場合がある。異音の問題に加え、衝突することでアンカー部１１８の構成部品である摺動部４４１とガイド部４４２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。しかしながら、磁気回路を構成する可動部４４２と衝突、摺動するために強度が要求される摺動部４４１を別部材で構成することで、吸入弁ソレノイド機構の機能が損なわれるのを抑制できる。また、可動部４４２には磁性特性が良いフェライト系ステンレス鋼を使用し、摺動部４４１は硬度が高いオーステナイト系ステンレス鋼を用いるとよい。例えば、摺動部４４１には、焼き入れの熱処理によって硬度を確保できＳＵＳ４２０を用いると良い。
また、アンカー部付勢ばね１２６が無い構成の場合、アンカー部１１８が前記慣性力で開弁方向に運動を継続するために、アンカー部１１８の固定コア４１２と対向する面と、固定コア４１２の吸引面４２１との距離が大きく（図７のＯＡ部）なる。その結果、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ソレノイド１０２に電流を供給した時に、固定コア４２１とアンカー部１１８との間の磁気抵抗が増加し、必要な磁気吸引力が得られない問題が発生する。必要な磁気吸引力が得られない場合、高圧燃料供給ポンプから吐出する燃料の最大流量が低下してしまう場合がある。
このため、アンカー部付勢ばね１２６は前記の流量の低下を発生させないための重要な機能を持っている。
吸入弁１１３が開弁した後、さらにプランジャ１０８が降下を行い下死点に到達（時刻ｔ５）する。この間、加圧室１１４には燃料が流入し続け、この工程が吸入工程である。下死点まで降下したプランジャ１０８は、上昇工程に入り、戻し工程に移行する。
このとき、吸入弁１１３は前記弁が開弁する方向の力ｆ１で開弁状態に停止したままであり、吸入弁１１３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４０５の通路から加圧室１１４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１１４から吸入弁シート４０５の通路の方向に戻される。この工程が戻し工程である。
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１０８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１１３の閉弁力が増大し、前記弁が開弁する方向の力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、弁が開弁する方向の力ｆ１が負の値になった場合、吸入弁１１３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１０８の上昇速度が最も大きい条件で、前記弁が開弁する方向の力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。
また、環境負荷低減の観点から、バイオ燃料に代表されるエタノール混合ガソリンの普及が拡大している。エタノール混合ガソリンでは、エタノールが含まれないガソリンに比べてエネルギー密度が低いため、同じ出力を得ようとした場合、インジェクタ１２２で噴射する必要がある燃料量が増加する。吸入弁１１３に作用する流体による閉弁力は、吸入弁シート４０５を流れる燃料の流速が早くなるほど大きくなるため、インジェクタ１２２で噴射する燃料が増加すると、閉弁力が増加する。
この戻し工程の途中の時刻ｔ６においてソレノイド１０２に電流を供給して、戻し工程から吐出工程への遷移状態を作り出す。なお図７においてｔ７は吸入弁１１３の閉弁運動開始時刻、ｔ８は保持電流開始時刻、ｔ９は吸入弁１１３の閉弁時刻、ｔ１０はソレノイド１０２への通電終了時刻を意味している。
この場合に、所望の吐出時刻よりも、磁気吸引力の発生遅れ、吸入弁１１３の閉弁遅れを考慮した早い時刻において、ソレノイド１０２に電流を供給すると、アンカー部１１８と固定コア４１２の間を磁束が通過し、アンカー部１１８に磁気吸引力が働く。電流は前記弁が開弁する方向の力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、前記弁が開弁する方向の力ｆ１に打ち勝った時点ｔ７で、アンカー部１１８が固定コア４１２方向へ移動を開始する。アンカー部１１８が閉弁方向に移動することで、軸方向につば部４１７ａで接触しているロッド１１７も同じく閉弁方向に移動し、吸入弁１１３が吸入弁付勢ばね１２６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（時刻ｔ９）する。
ソレノイド１０２に電流が供給された時、アンカー部１１８と固定コア４１２が規定の距離より離れすぎている場合、すなわちアンカー部１１８が図７の「開弁位置」を超えて、ＯＡの状態が継続した場合、アンカー部１１８に作用する磁気吸引力が小さいために前記弁が開弁する方向の力ｆ１に打ち勝つことができず、アンカー部３６が固定コア３９側に移動することに時間を要したり、所定の時間内に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本発明ではアンカー部付勢ばね１２６を設けている。アンカー部１１８が所望のタイミングで固定コア４１２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１１３が開いた状態を維持するため、吐出工程が開始できず、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、アンカー部付勢ばね１２６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。
図７において、移動を始めたｃ）吸入弁１１３は、シート部４０１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１１３は筒内圧により閉弁方向に前記弁が開弁する方向の力ｆ１よりも遥かに大きい力で強固に押し付けられ、閉弁状態が維持される。
ｅ）アンカー部１１８は吸入弁１１３が閉弁後に、アンカーロッド１１７が吸入弁１１３から離間することで固定コア４１２の方向に運動し、固定コア４１２に衝突し停止する。ロッド３５はアンカー部３６停止後も慣性力で運動を続けるが、ロッド付勢ばね１２６が慣性力に打ち勝ち押し戻され、つば部４１７ａがアンカー部１１８に接触する位置まで戻ることができる構成としている。
アンカー部１１８が固定コア４１２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。閉弁動作中は、開弁動作中にくらべて閉弁方向に作用する磁気吸引力が大きいことから、アンカー部１１８と固定コア４１２との衝突速度が、開弁動作時の吸入弁１１３と吸入弁ストッパ４０２との衝突速度よりも大きくなる場合がある。したがって、この異音は、前述した吸入弁１１３と吸入弁ストッパ４０２とが衝突する異音の大きさよりも大きくより問題となる場合がある。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、アンカーロッド１１７とアンカー部１１８とを別体に構成しているために、固定コア４１２に衝突するエネルギーは、アンカー部１１８の質量のみが寄与する。すなわちロッド１１７の質量は衝突エネルギーに寄与しないため、ロッド１１７とアンカー部１１８とを別体に構成することで、異音の問題を低減している。
一度アンカー部１１８が固定コア４１２に接触した時刻ｔ８後は、接触することによりアンカー部１１８と固定コア４１２間の磁気抵抗が小さいために、十分な磁気吸引力が発生しており、接触を保持するためだけの小さな電流値（保持電流）とすることができる。
ここで、ソレノイド機構部４Ｂ内に発生する懸念のある、流体による壊食の問題について述べる。ソレノイド１０２に電流を供給し、アンカー部１１８が固定コア４１２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い、速い流れを持ってアンカー部１１８外周側へ押し流され、シールリング４１８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部１１８の外周を通過しガイド部側に流れるが、アンカー部外周側の通路が狭いために流速が大きくなり、すなわち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、シールリング４１８においてキャビテーション壊食が発生する懸念がある。実施例１の図４における高圧燃料ポンプ本体１０１の構造によれば、シールリング４１８を用いることで、吸引面４２１以外を通過する漏れ磁束を提言するために、アウターコア４１１に薄肉部を形成する必要がなく、キャビテーションを抑制できる効果がある。
これらの問題を回避するためにアンカー部１１８を構成する摺動部４４１の中心側に１つ以上の軸方向の貫通穴４５０（図４）を設置している。貫通穴４５０を設けることで、アンカー部１１８が固定コア４１２側に引き寄せられる際にその空間の流体が、可動部４４２外周側の狭い通路を通過する流量が小さくなる効果が得られる。この様に構成することで、上記壊食の問題を解決することができる。
アンカー部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１０８の上昇速度が大きい条件において、ソレノイド１０２に電流が供給されアンカー部１１８が固定コア４１２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１１３を閉じる力が追加付与力として増加され、アンカーロッド１１７及びアンカー部１１８が固定コア４１２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。アンカー部１１８の貫通穴４５０の容量が不足する場合、壊食の問題が解決できない。また、貫通孔４５０を可動部４４２の固定コア４１２側端面に設けると、吸引面積が減少して磁気吸引力が低下する。可動部４４２と摺動部４４１を別体で構成することで、磁気回路の主経路ではない可動部４４２下流の位置に貫通孔４５０を設けることが可能となるため、磁気吸引力確保と燃料通路の確保が両立できる。なお、貫通孔４５０の径方向の位置は固定コア４１２の内径または可動部４４２の固定コア４１２側端面の内径よりも外径側に設けると良い。このような構成にすることで、幾何学的に貫通孔４５０の断面積を大きく確保することができるため、可動部４４２外周を流れる流量を低減できる。結果、キャビテーション壊食の抑制効果が高まる。
アンカー部１１８とロッド１１７を別体で構成すれば、吸入弁１１３を閉じる力がロッド１１７に与えられた場合においても、ロッド１１７のみが固定コア４１２側に押し出され、アンカー部１１８は取り残されながら、通常の磁気吸引力のみの力で固定コア４１２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。
アンカー部１１８とロッド１１７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、本構造ではアンカー部付勢ばね１２６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。
次に吐出工程について説明する。図７において、プランジャ１０８が下死点から上昇工程に転じ、所望のタイミングでソレノイド１０２に電流を供給して吸入弁１１３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、省電力の観点からソレノイド１０２に供給する電力を低減することが望ましいため、ソレノイド１０２に供給する電流を切断する。これにより、アンカー部１１８に磁気吸引力が作用しなくなり、アンカー部１１８及びロッド１１７が、ロッド付勢ばね１２５とアンカー部付勢ばね１２６の合力により、固定コア４１２から離れる方向へ移動する。ところが、加圧室の圧力が高く、吸入弁１１３には大きな流体力が作用して閉弁位置にあるためロッド１１７は閉弁状態の吸入弁１１３に衝突した位置で停止する。すなわちこの時のロッド１１７の移動量は、図４の４７０から４４６を引いた値となる。
ロッド１１７とアンカー部１１８はソレノイド１０２への電流の供給を停止した後、アンカー部１１８に作用する磁気吸引力がアンカー部１１８およびロッド１１７に作用する開弁方向の力を下回ったタイミングで同時に移動をするが、ロッド１１７が上記のロッド１１７先端と閉弁している吸入弁１１３とが接触した状態で停止した後も、アンカー部１１８は慣性力で吸入弁１１３の方向へ移動を継続する（図７のＯＢの状態）。ところが、アンカー部付勢ばね１２６が慣性力に打ち勝ち、アンカー部１１８に固定コア４１２方向に付勢力を与えるため、アンカー部１１８はロッド１１７のつば部４１７ａに接触した状態（図６の状態）で停止することができる。
アンカー部付勢ばね１２６が無い場合は、吸入工程について前述したと同じく、アンカー部１１８が停止することなく吸入弁１１３方向に移動し、ガイド部４１０に衝突する異音の問題や機能障害の問題が懸念されるが、アンカー部付勢ばね４１を設置しているため、上記問題を防ぐことが可能となる。
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１１３、ロッド１１７、アンカー部１１８は図６の状態となっている。プランジャ１０８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（図示せず）に導かれた燃料はポンプ本体としての高圧燃料供給ポンプ本体１０１の加圧室１１４にてプランジャ１０８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（図示せず）からコモンレール１２１に圧送されるのに好適な高圧燃料供給ポンプを提供することができる。
なお吸入弁１１３は、早く閉まることが必要であるため、吸入弁ばね１１９のばね力は、極力大きくし、アンカー部付勢ばね４１のばね力を小さく設定するのがよい。これにより吸入弁１１３の閉じ遅れによる流量効率の悪化を阻止できる。
以上で説明したように、アンカー部１１８とロッド１１７を別体で構成し、アンカー部付勢ばね１２６を設けると、図７に示すＯＡやＯＢのようにアンカー部１１８がオーバーシュートする。このため、アンカー部１１８とロッド１１７は離間と接触を繰り返すことになり、そこで磨耗が発生する可能性がある。この磨耗を防止することは、アンカー部１１８とロッド１１７を別体で構成し、アンカー部付勢ばね１２６を設けたことにより発生する新たな課題である。とくに、
本発明の実施例１に係る流量制御弁では、アンカー部１１８は、磁路を形成する可動部４４２と、ロッド１１７との摺動を行う摺動部４４１から形成されている。そして、摺動部４４１にめっき処理等の表面処理や焼入れ処理等の熱処理を施すことで、硬度を高めている。以上の構成により、アンカー部１１８全体に前述した高硬度化処理を施した場合に一般に発生する磁性ステンレス材の磁気特性悪化を防止でき、磁気吸引力の低下を抑制することができる。めっき処理の場合、処理が不要な部分にマスキングをすることで摺動部４４１のみに処理を施す方法が考えられる。また、焼入れ処理の場合、高周波焼入れやレーザー焼入れ、または処理が不要な部分に防炭剤を塗布する部分浸炭焼入れなどの方法が考えられる。処理が不要な可動部４４２を外周側に、処理が必要な摺動部４４１を内周側に、それぞれ分けて配置することで、前述した部分高硬度化処理を施すことが容易になるよう工夫している。
そして、このようにして硬度を高めた摺動部４４１に、他部材と衝突や摺動する機能を集約する構成とした。これにより、摺動および衝突によって生じる磨耗を防止することができる。総じて、本実施例の構成を用いれば、磁気吸引力を低下させることなく信頼性の高い電磁弁と、それを搭載した低騒音な高圧燃料供給ポンプの提供を実現することができる。また、本発明の流量制御弁１０６は、高圧燃料ポンプ本体１０１に限らず、インジェクタなどの流量を制御するための装置に適用しても応答性向上の効果が得られる。
また、通路４６０の軸方向の位置は、吸入通路４０４よりも固定コア側に構成するとよい。また、通路４６０と吸入通路４０４とは、その燃料通路の断面が互いに重なるよう構成する。この構成によって、高圧ポンプボディの外径を大きくすることなく、吸入弁１１３、吸入弁シート４０１、吸入弁ストッパ４０２を高圧ポンプボディに内包するためのスペースを確保しつつ、吸入通路４０４からくる燃料は、通路４６０に対して斜めの方向に流れるため、燃料の通路断面積を確保できるメリットがある。
また、ガイド部４５２とアンカーロッド１１７との摺動長さを確保するため、カイド部４５２のアンカーロッド１１７との摺動面を通路４６０と径方向に対向する位置にまで延長するよう構成するとよい。この構成によって、摺動長さを確保できるため、摺動による摺動部の磨耗に対する強度を確保でき、かつアンカー部１１８の傾きを抑制できる。アンカー部１１８の傾きを抑制することで、アンカー部１１８外径とアウターコア４１１内径との隙間を小さく設計できるため、磁気抵抗が小さくなり、磁気吸引力を向上できる。
次に図８、９、１０を用いて、本発明の実施例２に係る電磁式の流量制御弁１０６の構成について説明する。図８は実施例２における流量制御弁１０６の拡大図である。なお図８において図１、４と同等の部品については同じ記号を用いる。図９は、図８の拡大部８３４で示す磁気回路の構成部品であるカバー部８１５、固定コア８１２、ヨーク４２３の拡大図である。なお、図９の図中には、点線で磁気回路中に生じる磁束線を示す。図９において図４、８と同様の構成部品については同じ記号を用いる。図１０は、図８のカバー部８１５、固定コア８１２、アンカー部８１８、アウターコア８１１で構成される拡大部８８６の拡大図である。
実施例１における電磁弁との差異について以下の通り説明する。固定コア８１２は、カバー部８１５と軸方向に接触してソレノイド１０２の外周側に向かって外径が拡大する拡大部８３０が設けられ、外径が縮小する細径部８３１が設けられている。また、カバー部８１５は、固定コア８１２の外周側の端面である細径部８３１と径方向に対抗する内周側対向面８３５を有している。実施例１における可動部４４２と摺動部４４１は、実施例２では一体に成形されており、アンカー部４１８と称する。
固定コア８１２には軸方向外側、すなわちアンカー部１１８とは反対側に細径部８３１が設けられている。また、細径部８３１には固定ピン８３２が固定されており、カバー部８１５が外径拡大部８３０と接触するよう押し付けることで、カバー部８１５の軸方向の動きを規制している。
また、拡大部８３０と軸方向に対向する吸入弁１１３側にシールリング８１８が設けられている。固定コア８１２の拡大部８３０の外径はシールリング８１８の内径よりも大きく構成される。シールリング８１８は固定コア４１２の外径部４１９とアウターコア４１１の外径部４２０に圧入固定されており、たとえば溶接で接合して燃料をシールしている。シールリング８１８は固定コア４１２の吸引面４２１および可動コア１１８と径方向に対向する位置に設けられ、可動コア１１７と固定コア８１２の間の以外の磁気の流れを遮断し、漏れ磁束を低減する。結果、固定コア８１２と可動コア１１８を流れる磁束が増加し、磁気吸引力を向上できる。
また、実施例１におけるガイド部４５２と、吸入弁シート４０１とは、一体成形されており、ガイド部４５２と吸入弁シート４０１で構成される部材をあらたにガイド部８５２と称する。
次に、実施例２の流量制御弁の構成における作用および効果について説明する。
図８より、カバー部８１５と拡大部８３０とが接触することで、カバー部８１５と固定コア８１２間の磁気ギャップがなくなり、磁気抵抗が小さくなる。結果、磁気吸引力を大きくでき、アンカー部４１８の応答性が向上することで吸入弁８１３の応答性も向上する。とくに、磁気回路に発生可能な磁束は、磁気抵抗が小さいほど増加し、アンカー部８１８と固定コア８１２の間を通過する磁束も相対的に増加する。
また、磁気回路を等価回路に置き換えるパーミアンス法によると、磁気抵抗Ｒは、磁気回路を構成する磁性材の透磁率をμ、磁束が通過する断面の断面積をＳとすると、下記（３）式で求められる。
Figure 2016208359
 式（３）より、透磁率μが大きく、断面積Ｓが大きいほど磁気抵抗Ｒは小さくなり、発生可能な磁束数が増加し、磁気吸引力を向上できる。結果として、アンカー部１１８の閉弁時の応答性が向上し、燃焼に必要なインジェクタ１２２で噴射する燃料の流量を確保できる。実施例２における電磁式の流量制御弁の構成では、外径拡大部８３０を設けることで、カバー部８１５と固定コア８１２が接触する断面積が大きくなるため、磁気抵抗を低減できる。また、カバー部８１５と固定コア８１２を軸方向に接触させることで、カバー部８１５と固定コア８１２の間の磁気ギャップを低減できるため、固定コア８１２とカバー部８１５との間の透磁率が真空の透磁率からカバー部８１５および固定コア８１２を構成する磁性材の透磁率となる。結果、透磁率が増加して磁気抵抗を低減でき、磁気吸引力を向上できる。また、カバー部８１５外径とヨーク４２３の内径との間の隙間８４２は、カバー部８１５内径と固定コア８１２の細径部８３１との間の隙間８４０より小さくなるよう構成するとよい。磁束は、磁気抵抗が小さい箇所を流れやすい性質をもつため、固定コア８１２からカバー部８１５へ流れる磁束は、カバー部８１５と細径部８３１との間には流れにくく、固定コア８１２とカバー部８１５との接触面８３３に流れやすい。また、カバー部８１５とヨーク４２３との間は、磁束の主経路となっているため、磁気回路に発生した磁束が多く通過する。したがって、磁束が多く通過するカバー部８１５とヨーク４２３の磁気ギャップを小さく構成することで、磁気抵抗を低減し、磁気吸引力を向上できる
。
カバー部８１５を細径部８３１に圧入固定した場合、圧入時の荷重がシールリング４１８に作用するため、シールリング４１８およびシールリング４１８の溶接部が圧入時の荷重を受けて変形する可能性がある。とくにシールリング４１８と固定コア８１２との溶接部およびシールリング４１８とインナーコア８１１の溶接部に応力が作用しやすい。
本発明の実施例２における構成によれば、カバー部８１５は固定コア８１２の外径拡大部８３０のみで軸方向に規制されるよう固定ピン８３３で押し付け力を発生させているため、シールリング４１８およびその溶接部には圧入時の大きな荷重は作用せず、シールリング４１８が変形もしくは荷重を受けて変形して、アンカー部１１８の移動量が変化することで生じる磁気吸引力がばらつきを抑制する効果がある。
また、カバー部８１５、ヨーク４２３およびアウターコア８１１と比較して、固定コア８１２およびアンカー部４１８の材料は磁性特性とくに、飽和磁束密度が高い材料を用いるとよい。カバー部８１５、ヨーク４２３、アウターコア８１１より軸方向に近い内径側に内包されている固定コア８１２およびアンカー部４１８は、幾何学的に磁路断面積の確保が難しく、磁気抵抗が大きくなる場合がある。したがって、カバー部８１５、ヨーク４２３およびアウターコア８１１と比較して、固定コア８１２およびアンカー部４１８の磁性特性がよい材料を用いることで、式（３）より、固定コア８１２およびアンカー部４１８の透磁率μが大きくなるため、磁気抵抗が小さくなって、磁気吸引力を向上できる。さらに、アンカー部４１８に作用する磁気吸引力は、電流の変化がない静的な状態においては、式（４）で表され、アンカー部４１８の吸引面の磁束密度Ｂと、アンカー部４１８と固定コア８１２との対向面積できまる吸引面積Ｓおよび真空の透磁率μ０で求められる。したがって、固定コア８１２およびアンカー部４１８に最も飽和磁束密度が高い材料を用いることで、磁気吸引力を向上でき、閉弁時の応答性を向上できる。
Figure 2016208359
 また、磁気回路で発生した主磁束が空気中(燃料中)を通過する箇所は、固定コア８１２では、アンカー部４１８との対向面であり、可動部４１８では固定コア８１２との対向面と、アウターコア８１１と径方向に対向する側面８７０となる。固定コア８１２に比べてアウターコア８１１の方が、側面８７０の断面積分、空気中を磁束が通過する際の磁束と対向する面の面積が大きいため、固定コア８１２よりもアンカー部４１８の方に磁気特性が高い材料をもちいてもよい。
また、アンカー部８１８よりもアンカーロッド８１７の方が、磁気特性が低い材料を用いるとよい。アンカーロッド８１７は、アンカー部８１８と吸入弁８１３と衝突するため、材料の機械強度、とくに硬度が高いことが求められるため、マルテンサイト系ステンレス鋼、例えばＳＵＳ４２０を用いるとよい。また、ＳＵＳ４２０は、焼入れによって硬度が高くなり、かつ熱処理を行うことで、磁性が小さくなる性質を持つ。したがって、ガイド部８１７に使用するＳＵＳ４２０には焼き入れ処理を施すことで、硬度の向上と磁性の低下を両立できる。アンカーロッド８１７の磁気特性を低くすることで、固定コア８１２からアンカーロッド８１７側に漏れる磁束を低減でき、磁気吸引力の向上が可能となる。
また、一般的に磁性特性がよい材料は高価な場合があるため、固定コア８１２およびアンカー部４１８に比べてカバー部８１５、ヨーク４２３およびアウターコア８１１には磁気特性が劣る材料を用いることで、流量制御弁１０６のコストを低減できる。
また、カバー部８１５、ヨーク４２３と比較して、アウターコア８１１には磁性特性がよい材料を用いるとよい。アウターコア８１１にはアンカー部４１８の側面８７０から流れる磁束が通過するため、磁気特性を向上させて磁束が通りやすくすることで、磁気抵抗を低減できる。結果、磁気吸引力が大きくなり、応答性を向上できる。
次に、アンカー部４１８の構成について説明する。アンカー部４１８には段差８７１を設け、アンカーロッド８１７の吸入弁８１３側端面と段差８７１が接触するよう構成される。このとき、アンカーロッド８１７の固定コア８１２側の端面８７２の軸方向の位置は、固定コア８１２のアンカー部４１８側端面よりも吸入弁８１３側とするとよい。アンカーロッド８１７の端面８７２の軸方向の位置が、固定コア８１２のアンカー部４１８側端面よりもカバー部８１５側にあると、固定コア８１２と端面８７２の間の距離が小さくなり、アンカーロッド８１７側に磁束が漏れて磁気吸引力が低下して、応答性が遅くなる場合がある。したがって、本発明の第２実施例における構成によれば、アンカー部４１８と固定コア８１２の間を通過せず、アンカーロッド８１７に漏れる磁束を低減できるため、応答性を向上できる。
また、アンカー部４１８の吸入弁８１３側端面には内径が縮小するアンカー部付勢ばね１２６の台座面８７８が設けられており、アンカー部付勢ばね１２６を径方向にガイドする機能を備える。また、吸入弁８１３が開弁している状態において、アンカー部４１８の吸入弁８１３側端面の軸方向の位置がガイド部８５２の固定コア８１２側端面よりも吸入弁８１３側となるよう構成するとおい。この構成によって、アンカー部４１８の高さとガイド部８５２のアンカーロッド８１７との摺動長さを確保したまま、アウターコア８１１よりも上流の部品を下流側へシフトすることができ、流量制御弁１０６の全長が短くなって、材料費を抑制することができる。また、アンカー部付勢ばね１２６を径方向にガイドする機能をアウターコア８１１の内径に持たせる場合、アンカー部付勢ばね１２６の外径を大きくして、アンカー部４１８の下流側端面にアンカー部付勢ばね１２６の台座を構成してもよい。この構成の場合、アンカー部付勢ばね１２６と燃料通路８７３が径方向に重ならないため、燃料通路８７３の断面積を大きく確保できる。結果、アンカー部４１８の移動に伴う排除体積によって、アンカー部４１８の上部の圧力が上昇することで生じるキャビテーションを抑制できる。
また、ガイド部８５２の構成について説明する。ガイド部８５２は、アンカーロッド８１７と摺動する機能と、吸入弁８１３との間で燃料をシールする機能とを備える。また、ガイド部８５２には燃料通路８８１が円周上に少なくとも２つ以上設けられており、アンカー部４１８の移動に伴う排除体積を下流へ流す機能を備える。
また、ガイド部８５２の固定コア８１２側端面には、アンカー部付勢ばね８２６の台座面を備え、外径でアンカー部付勢ばね８２６をガイドするガイド部８８２を有する。ガイド部８８２を設けることで、アンカー部付勢ばね８２６の傾きを抑制できるため、結果として、アンカー部４１８に作用する軸方向に対するモーメントを低減でき、アンカー部４１８の傾きを抑制できる。アンカー部４１８が傾く場合、アンカーサイドギャップの磁気抵抗が軸に対して円周方向で不均一になって磁気吸引力の低下する場合がある。本実施例の構成により、アンカー部４１８の傾きを抑制でき、磁気吸引力が大きくなるため、応答性を向上できる。
また、吸入弁８１３の移動量４４６は、アンカー部８１８の移動量８８４よりも小さく、アンカー部８１８とガイド部８８２との間の隙間８８５はアンカー部８１８の移動量よりも小さく設定するとよい。この構成によって、ガイド部８８２において、アンカーロッド８１７との摺動部の長さを確保できるため、アンカー部８１８の傾きを抑制でき、磁気吸引力を向上できる。また、吐出工程から吸入工程において吸入弁８１３が開弁しアンカーロッド８１８が吸入弁８１３方向に運動を継続する際に、アンカー部８１８がガイド部８８２の固定コア８１２側端面に衝突しないように隙間８８５を設定するとよい。隙間８８５を十分確保することで、アンカー部８１８がガイド部８８２に衝突することにより生じる異音を低減できる。また、アンカー部８１８のガイド部８８２と対向する端面と、ガイド部８１８のアンカー部８１８と対向する面は、互いに実質的平面で構成されるとよい。この構成によって、アンカー部８１８がガイド部８８２に近接する際、アンカー部８１８の移動に伴う排除体積によってアンカー部８１８とガイド部８８２との間の圧力が上昇し、アンカー部８１８に吸入弁８１３の閉弁方向の力であるスクイーズ力が生じる。スクイーズ力は、一般的に隙間８８５の3乗に比例して大きくなるため、アンカー部８１８がガイド部８８２に近づくほど大きくなり、アンカー部８１８を減速させる効果が高まる。アンカー部８１８が減速されることで、隙間８８５を小さく設定できるため、ガイド部８８２をアンカー部８１８側に延長でき、アンカーロッド８１７とガイド部８８２との摺動長さを大きくとれる効果が得られる。摺動長さを大きくする効果については前述したとおりである。
また、アンカー部４１８には、アンカー部４１８の上流と下流を連通するための燃料通路８７２を設ける。燃料通路８７２を設ける効果については、実施例１と重複するため、詳細説明を割愛する。燃料通路８７２は、固定コア８１２の内径と軸方向に対向する位置に設けて、軸に対して円周状に2個乃至複数設けるとよい。また、アンカー部１１８外径とアウターコア８１１内径との間（サイドギャップ）の径方向の断面積は、燃料通路８７２の総断面積よりも大きく設計するとよい。アンカー部４１８の排除体積に伴う流量は、燃料通路８７２とサイドギャップに分かれて流れるが、アンカー部４１８と固定コア８１２との間のギャップが小さくなると、アンカー部４１８の固定コア４１８側の空間の流量抵抗が大きくなり、内径側すなわち燃料通路８７２側へ燃料が流れにくくなる。したがって、燃料通路８７２の総断面積よりもサイドギャップの断面積を大きくすることで、排除体積に伴う燃料を効率的に下流側へ流すことができ、急激な圧力変化に伴って生じるキャビテーションを抑制できる効果がある。
図９における図８の流量制御弁の拡大部８３４において、アンカー部１１８に磁気吸引力が生じている場合の磁束線を示した図である。図９において、図８と同等の部品意ついては同じ記号を用いる。図中には、固定コア８１２、カバー部８１５、ヨーク４２３を通過する磁束線を点線で記載する。
図８、図９より、実施例１における流量制御弁１０６において、カバー部８１５の軸方向の厚みは、ヨーク４２３の径方向の厚みよりも厚く構成すると良い。幾何学的に磁路断面積は、ソレノイド１０２の中心軸８５０に近い内径側よりも中心軸８５０から遠い外径側の方が大きくなる。したがって、カバー部８１５に比べて幾何学的に断面積が小さくなるカバー部８１５の軸方向の厚みをヨーク４２３の径方向の厚みよりも厚くすることで、磁路断面積を確保でき、磁気抵抗を低減できる。結果、磁気吸引力を大きくできるため、応答性が向上し、流量の制御性が向上する。また、カバー部８１５の外径とヨーク４２３の内径との間にギャップがある場合、そのギャップ部を磁束が通過しにくいため、図９の点線に示すようにカバー部８１５からヨーク４２３に流れる磁束がギャップ部で軸方向に広がる。結果、カバー部８１５の固定コア８１２と対向する反対側の端面９０２近傍を通る磁束９０３が、拡大部９０１に示すようにカバー部８１５とヨーク４２３との間のギャップを通過できず、空気中に漏れる場合がある。式（４）で示したとおり、漏れ磁束は空気中を通過するため、カバー部８１５を構成するフェライト系のステンレス鋼に比べて透磁率が小さく、磁気抵抗が大きくなる。結果としてアンカー部１１７に働く磁気吸引力が低下する。
カバー部８１５の軸方向の厚みをヨーク４２３の径方向の厚みよりも大きくすることで、拡大部９０１の空気中を通過する漏れ磁束を低減でき、磁気吸引力を向上できる。
また、カバー部８１５の固定コア８１２の細径部８３１と対向する内周側対向面８３５と固定コア８１２の細径部の外周側との間の隙間８４０は概ね１２μｍ〜１００μｍの範囲で形成するとよい。カバー部８１５の外径とヨーク４２３の内径でカバー部の径方向の位置を規定する場合、カバー部の内径と外径での２重圧入を抑制するため、カバー部８１５の内径もしくは外径のどちらか一方で径方向の位置が規定できるよう、カバー部８１５の内径もしくは外径のどちらか一方に隙間を設けるとよい。このとき、カバー部８１５の内径に比べて、カバー部外径４２３の方が磁束の主経路となっているため、カバー部８１５外径とヨーク４２３内径の隙間を小さくできるようにカバー部８１５外径とヨーク４２３内径を隙間嵌めもしくは軽圧入とするとよい。この場合、カバー部８１５内径と固定コア８１２の細径部８３１とが接触しないように隙間８４０は０より大きい１２μｍ〜１００μｍ程度の範囲のギャップを設けるとよい。たとえば、カバー部８１５の外径とヨーク４２３内径でカバー部８１５の径方向の位置を規定する場合、隙間８４０が確保できるようにカバー部８１５の同軸と、ヨーク４２３の内径、固定子８１２の同軸の寸法公差を考慮して決める必要がある。一般的な切削加工を行った場合の寸法公差の最小値として、カバー部８１５の同軸が０．０１ｍｍ、ヨーク４２３の内径がφ０．０１ｍｍ、固定子８１２の同軸が０．０２とすると、各寸法の２乗平均が０．０２ｍｍとなり、片側の隙間８４０は０．０１２ｍｍ以上確保する必要がある。また、寸法公差の最大値として、カバー部８１５の同軸が０．０５ｍｍ、ヨーク４２３の内径がφ０．１ｍｍ、固定子８１２の同軸が０．０５とすると、各寸法の単純和で０．２ｍｍとなり、片側の隙間８４０は０．１ｍｍ以上確保する必要がある。したがって、隙間８４０は１２μｍ〜１００μｍ程度の範囲のギャップを設けることで、カバー部８１５の径方向の位置を規定しつつ、カバー部８１５の内径と細径部８３１の外径との隙間８４０を最小化でき、磁気吸引力の向上との両立が可能となる。また、効果については後述するが、固定コア８１２の細径部８３１には逃げ９０４を設けない場合、細径部８３１と固定コア８１２のカバー部との接触面８３３との隅部には加工による曲率のＲが形成される。この構成の場合、隙間８４０の最大値はＲを考慮して設定する必要があり、Ｒが一般的な機械寸法のＲ０．２ｍｍの場合は、隙間８４０の最大値１００μｍに２００μｍを加算して３００μｍに設定する必要がある。
また、隙間８４０が大きすぎると、隙間８４０を通る漏れ磁束の磁気抵抗が大きくなり、磁気吸引力が低下する。隙間８４０を大きくする場合には、カバー部８１５の内径を大きくするか、固定コア８１２の細径部８３１の外径を小さくする必要があるが、前述の場合、カバー部８１５と固定コア８１２との接触面積が低下して、磁気吸引力が低下する場合がある。また、後述の場合には、細径部８３１とばね室８６０内径の肉厚が小さくなり、固定コア８１２の強度の確保が難しい課題がある。したがって、隙間８４０の最大値を１００μm以下の範囲とすることで、磁気吸引力の向上と、固定コア８１２の強度の確保を両立することができる。
また、固定コア８１２の細径部８３１には逃げ９０４を設けるとよい。固定コア８１２に逃げ９０４がない場合、細径部８３１と接触面の隅部に加工上の曲率Ｒが形成される。結果、カバー部８１５と固定コア８１２を接触させるためには、隅部に曲率Ｒがあってもカバー部８１５の内周側対向面と固定コア８１２とが干渉しないように、細径部８３１とカバー部８１５の内周側対向面との間には曲率Ｒの径に応じた隙間をあける必要性がある。磁気回路に発生する磁束が多い場合、磁束が接触面８３３を通過できず、細径部８３１とカバー部８１５の内周側対向面との間を通過する可能性がある。細径部８３１には逃げ９０４を設けることで、細径部８３１とカバー部８１５の内周側対向面との隙間を小さくでき、細径部８３１とカバー部８１５の内周側対向面との間の磁気抵抗を小さくすることで、アンカー部１１８に作用する磁気吸引力を向上できる。結果、吸入弁１１３が開弁状態から閉弁する際の応答性を向上できる。
また、固定コア８１２に設けたロッド付勢ばね１２５の台座面８６０の軸方向の位置は、カバー部８１５と固定コア８１２との接触面８３３よりも上流側、すなわち吸入弁１１３と逆の方向に設けるとよい。実施例１で説明した通り、大流量が要求される場合、吸入弁１１３の外径を通過する燃料の流速が大きくなり、吸入弁１１３に閉弁方向に作用する流体力が大きくなる。結果、流体力よりもロッド付勢ばね１２５とアンカーばね８２６と吸入弁ばね１１９の合力が小さいと、意図しないタイミングで吸入弁８１３が閉弁し、必要な最大流量が確保できない場合がある。吸入弁８１３が閉弁しないようにするためには、吸入弁８１３の軸方向の移動量４４６を大きくして吸入弁シート部４０５の流路断面積を確保して、燃料の流速を低減するか、もしくはロッド付勢ばね１２５の荷重を強く設計する必要がある。移動量４４６を大きくする場合、ロッド付勢ばね１２５の変位量も大きくなるため、ロッド付勢ばね１２５が変位した際にばねが接触しないようにロッド付勢ばね１２５全長を大きくする必要がある。
固定コア８１２に設けたロッド付勢ばね１２５の台座面８６０の軸方向の位置を、カバー部８１５と固定コア８１２との接触面８３３よりも上流側に構成することで、ロッド付勢ばね１２５を格納するための隙間を確保でき、流量が大きくなった場合であっても吸入弁１１３を開弁状態で維持することができる。結果、インジェクタ１２２に供給する流量を大きくでき、エンジン要求の高出力に対応でき、かつエタノール混合燃料を用いる場合であっても必要な出力を維持できる効果が得られる。また、固定コア８１２の細径部８３１の外径が、固定コア８１２のロッド付勢ばね１２５が内包されている部分の内径よりも大きく構成するとよい。この結果、細径部８３１と固定コアの内径との肉厚８６１を確保することができ、ロッド付勢ばね１２５のばね荷重や、固定ピン８３２による荷重が固定コア８１２に作用した場合であっても必要な強度を確保できる。
また、シールリング８１８のカバー部８１５側端面は固定コア８１２と接触しており、シールリング８１８の吸入弁８１３側端面とアウターコア8１１との間には隙間８８５をもうけるとよい。この構成によって、シールリング４１９を固定コア８１２に圧入した後、シールリング４１９をアウターコア８１１に圧入する際、シールリング４１９の圧入深さを調整することで、可動部８１８の変位量８８４を調整することができる。変位量８８４を小さくすることで、固定コア８１２とアンカー部８１８との距離が小さくなるため、磁気吸引力が向上する。可動部８１８の移動量８８４は、吸入弁８１３の変位量４４６よりも大きく設定することで、吸入弁８１３を確実に閉弁させることができる。なお、シールリング４１９とアウターコア８１１との隙間８８３で変位量８８４を調整する場合には、先に吸入弁８１３の移動量４４６を測定しておき、移動量４４６と寸法公差のばらつきの最大値以上となるように隙間８３３を決めるとよい。
また、隙間８８５は、固定コア８１２とシールリング４１９の間に設けてもよい。この場合、シールリング４１９の吸入弁８１３側端面とアウターコア８１１の固定コア８１２側端面とは接触させるとよい。シールリング４１９の片側端面を固定コア８１２もしくはアウターコア８１１と接触させることで、シールリング４１９溶接時の熱影響による変形を最小限に抑制することができ、かつ変位量８８４の調整と両立できる。
また、アウターコア８１１の外径には外径が縮小する窪み８７４をもうけるとよい。アウターコア８１１は、高圧燃料ポンプのボディー８７５と、溶接部８７６で溶接接合されて固定される。窪み８７４を構成することで溶接機の入射角８７７を確保することができるため、安定的に溶接部８７６を溶接でき、溶接部の強度が向上して、信頼性が高まる。
次に図１０を用いて、固定コア８１２、アンカー部８１８、アウターコア８１１の構成の詳細について説明する。
固定コア８１２の吸引面１００５の外径には軸に並行となる平坦部１００３と、平坦部１００２より上流に外径拡大部８３０と比較して外径が縮小する外径縮小部１００２を設けるとよい。式（４）より、磁気吸引力は、吸引面１００５の磁束密度の2乗に比例する
。固定コア８１２では、拡大部８３０によって磁路断面積を確保して、磁気抵抗を低減する。実施例２では、吸引面１００５の磁束密度を向上させるため、吸引面１００５近傍に外径が縮小する外径縮小部１００２を設けて磁気抵抗を低減しつつ、吸引面１００５の磁束密度を向上できる。結果、磁気吸引力が大きくなり、閉弁時の応答性を向上できる。また、外径縮小部１００２の近傍を通過する磁束は、軸方向に対して斜めに流れるが、平坦部１００３を設けることで、外径縮小部１００２を流れてきた磁束の流れが軸方向に沿う様に偏向されて、アンカー部８１８の吸引面１００６に対して垂直方向に通過する。吸引面１００６に対して磁束が垂直に通過することで、磁束は最短距離を通過するため磁気抵抗が小さくなり、磁気吸引力を向上できる。また、平坦部１００３および外径縮小部１００２を設けることで、固定コア８１２の吸引面１００５からアウターコア８１１のシールリング４１９との接触する突出部１００７へ漏れる磁束を抑制できる結果、吸引面１００５を通過する磁束が増加し、磁気吸引力が大きくなる。
また、固定コア８１２の内径には、吸引面１００５に向かって内径が拡大する拡大部１０１４をもうけるとよい。拡大部１０１４によって、局所的に吸引面１００５の吸引面積を絞ることで、吸引面１００５の磁束密度が向上して磁気吸引力を向上させることができる。アンカー部８１８の燃料通路の断面積を確保するため、アンカー部８１８の内径を大きくする場合があるが、固定コア８１２内径よりもアンカー部８１８の内径の方が小さくなると、固定コア８１２の内径付近を通過してきた磁束がアンカー部８１８の吸引面１００６に対して斜めに通過することで、真空の透磁率となる上部空間１０１２の通過距離が長くなり磁気抵抗が増加する場合がある。固定コア８１２の内径に拡大部１０１４を設けることで、磁気吸引力を大きくして応答性を向上する効果が得られる。また、拡大部１０１４と外径縮小部１００２とを設けることで、磁気吸引力を大きくする相乗効果が得られる。
なお、拡大部１０１４の軸方向の位置は、外径縮小部１００２よりも吸入弁８１３側に構成するとよい。固定コア８１２の外径では、シールリング４１９の内径から吸引面１００５に向かって断面積がシールリング４１９内径と吸引面１００５の外径の径の差分による断面積変化に比べて、内径側の固定コア８１２の内径の拡大部１０１４の断面積変化の方が小さくなる。したがって，拡大部１０１４の軸方向の位置は、外径縮小部１００２よりも吸入弁８１３側であっても吸引面１００５の断面積を絞る効果が得られ、磁気吸引力の向上が可能となる。
また、拡大部８３０の外径は、シールリング４１９の外径よりも僅かに大きく設定するとよい。シールリング４１９と固定コア８１２を溶接する場合、溶接部の外径が僅かに大きくなる。したがって、拡大部８３０の外径でソレノイド１０２のボビン４５３の径方向の位置を決めることで固定コア８１２、アンカー部８１８との径方向の位置を精度よく決めることができ、ソレノイド１０２の位置がずれることによる磁気吸引力の低下を抑制できる。
また、拡大部８３０の外径をシールリング４１９の外径よりも小さく設定するもしくは、拡大部８３０の外径とシールリング外径を同じ図面寸法に設定する場合には、シールリング４１９の溶接部外径に外径が縮小する窪みを設けるとよい。この構成によって、シールリング４１９を溶接した場合であっても溶接後の外径がシールリング４１９の外径よりも小さく抑えることができ、ソレノイド１０２の位置を正確に決めることができる。
また、アウターコア８１１のヨーク４２３と対向する端面１００９には、逃げ部１００４を設けるとよい。ヨーク４２３は、アウターコア８１１の圧入部１００８に圧入固定されているが、逃げ部１００４によって、圧入時にアウターコア８１１のヨーク４２３側の端面１００９とヨーク４２３の端面１００９側の端面とを接触させることができる。アンカー部８１８の側面からアウターコア８１１側へ通過してきた磁束は、圧入部１００８を通過するが、ヨーク４２３の内径は外径に比べて幾何学的に断面積が小さいため、圧入部１００８を通過できなかった磁束は、端面１００９を通過する。端面１００９とヨーク４２３との間に隙間があると、磁気抵抗が大きくなって磁気吸引力が低下する。実施例２による構成によれば、逃げ部１００４によって端面１００９とヨーク４２３とを接触させることで、磁気吸引力を大きくでき、応答性を向上できる。
また、アンカーロッド８１７のつば部１０１７ａの外径には、アンカー部８１８との接触面１０１１に向かった外径が縮小する傾斜面１０１０をもうけるとよい。アンカー部８１８が固定コア８１２側に移動する際、アンカー部８１８の移動に伴う排除体積が燃料通路８７３とアンカー部８１８の側面を通過する。燃料通路８７３を通過する燃料は、アンカー部８１８の吸引面１００６の上部空間１０１２から燃料通路８７３側に流れるが、つば部１０１７ａによって燃料通路８７３の断面積が局所的に絞られた後、つば部１０１７ａを流れる燃料の流速が早くなり、つば部１０１７ａの下流で剥離が生じることで、キャビテーション壊食が生じる場合がある。傾斜面１０１０をもうけることで、つば部１０１７aから下流に向けて燃料通路の断面積が段階的に拡大するため、つば部で早くなった流速を下流に向けて低下させることができ、剥離によるキャビテーション壊食を抑制できる。結果、キャビテーション壊食によってアンカーロッド８１７とアンカー部８１８の接触面が磨耗し、アンカー部８１８の移動量８８４が変化して磁気吸引力が変化するのを抑制できる。なお、傾斜面１０１０は、テーパーもしくは、Ｒを含む曲率で構成しても同等の効果が得られる。
また、アンカー部８１８の燃料通路８７３の入口には傾斜面１０１３を設けるとよい。傾斜面１０１３によって、上部空間１０１２から流れてきた燃料が燃料通路８７３の入り口で剥離して生じるキャビテーション壊食を抑制できる。燃料通路８７３の孔径を大きくしてもキャビテーション壊食を抑制する効果がえられるが、燃料通路によって吸引面積が減少して磁気吸引力が低下してしまう。本発明の実施例２では、傾斜面１０１０よび傾斜面１０１３を設けることで、キャビテーション壊食を抑制しつつ、磁気吸引力を維持することが可能となる。なお、傾斜面１０１３はテーパー、Ｒを含む曲率もしくはテーパーとＲを含む曲率で構成するとよい。
次に図１１を用いて、本発明の実施例３に係る電磁式の流量制御弁１０６の構成について説明する。図１１は実施例３における磁気回路の構成部品であるカバー部８１５、固定コア８１２、ヨーク４２３の拡大図である。なお、図１１において、図１、８と同等の部品については同じ記号を用いる。
実施例３における実施例２の流量制御弁１０６との差異について説明する。実施例３では、カバー部１１１５をプレスで成形する。プレス成形の場合、板材から金型でカバー部１１１５の外径、内径寸法となるように抜き加工を行うため、切削に比べて短時間で加工できることからコストを低減できるメリットがある。
カバー部１１１５をプレスで成形した場合、カバー部１１１５の外径を金型で抜く際に、材料にクラックが生じてカバー部１１１５の外径に外径が小さくなる破断面１１０１と、外径が概ね金型と同一となるせん断面１１０２が生じる。破断面１１０１が形成されると、ヨーク４２３の内径と破断面１１０１との隙間１１０３は、ヨーク４２３の内径とせん断面１１０２との隙間１１０４よりも大きくなる。破断面１１０１が形成される場合、せん断面１１０１がソレノイド１０２側に位置するようにカバー部１１１５の向きを調整するとよい。磁束は、磁気抵抗が小さい箇所に流れやすい性質をもち、かつ式、（５）に示す通り磁気回路の内部磁場Hinは、電流Aとソレノイド１０２の巻数Tの積に比例し、磁束が通過する磁路の長さｌに反比例する。したがって、磁束はソレノイド１０２に近い磁性材内を通過する方が磁路の長さが短くなるため、磁気回路に発生する内部磁場Hinが大きくなる。結果、磁気回路に発生する磁束が増加し、磁気吸引力が大きくなることでアンカー部８１８の応答性が向上する。
Figure 2016208359
 また、カバー部１１１５を金型でプレス加工する場合に、金型とカバー部１１１５外径のクリアランスが小さいと、２次せん断が発生する場合がある。この場合であっても破断面１１０１側にプレスによるダレが生じるため、せん断面１１０２に比べて外径が小さくなる。したがって、せん断面１１０２をソレノイド１０２側にくるようカバー部１１１５の向きをきめることで、前述した通り吸引力が増加して、アンカー部８１５の応答性を向上できる。
１０１：ポンプ本体
１０８：プランジャ
１２２：インジェクタ
１２３：エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１２５：ロッド付勢ばね
１２６：アンカー部付勢ばね
１０２：ソレノイド
１０６：流量制御弁
１１４：加圧室
１１５：吐出弁機構
２０１：シリンダ
３１３：シールホルダ
２０２：圧力脈動低減機構
１０ａ：低圧燃料吸入口
１２：燃料吐出口
３１４：プランジャシール
１１３：吸入弁
４０５：吸入弁シート
４４１：摺動部
１１９：吸入弁ばね
１１７：アンカーロッド
１１８：アンカー部
４１５：カバー部
４２３：ヨーク
４１８：シールリング
４４２：可動部
４４１：摺動部
４１１：アウターコア
４１２：固定コア
１１０１：破断面
１１０２：せん断面

Claims (13)

  1. コイルの内周側に配置される固定コアと、
    前記コイルに対して軸方向外側に位置するカバー部と、を備えた電磁式の流量制御弁において、
    前記固定コアは、前記カバー部と軸方向に接触し前記コイルの外周側に向かって拡大する拡大部を有し、
    前記カバー部は前記固定コアの外周側と対向する内周側対向面を有するとともに、前記カバー部の軸方向内側は前記拡大部を有する前記固定コアとの接触のみで軸方向に規制される流量制御弁。
  2. コイルの内周側に配置される固定コアと、
    前記コイルに対して軸方向外側に位置するカバー部と、
    前記固定子と対向してカバー部と反対側に配置される可動子と、前記可動子を固定コアとは反対側に付勢するばね部と、を備えた流量制御弁において、
    前記固定コアは、軸方向外側に細径部を有し、該細径部の外周側において前記カバー部の内周側対向面と対向するように構成され、
    前記固定コアは、内周側に形成されるスペースに前記ばね部を保持するように構成されるとともに、前記固定コアの前記スペースの径に対して前記細径部の径が大きくなるように構成されることを特徴とする流量制御弁。
  3. コイルの内周側に配置される固定コアと、
    前記コイルに対して軸方向外側に位置するカバー部と、
    前記コイルの外周側に配置されるヨークと、により磁気回路を構成する流量制御弁において、
    前記ヨークは前記カバー部と反対側の端部において他の部材と圧入乃至溶接で接合され、前記固定コアは、前記カバー部と軸方向に接触する接触部を有し、かつ前記カバー部は径方向でヨークと接触していることを特徴とする流量制御弁。
  4. 請求項１又は２に記載の流量制御弁において、
    前記コイルの外周側に配置されるヨークを備え、
    前記カバー部の軸方向厚みは前記ヨークの径方向厚みよりも厚く構成されることを特徴とする流量制御弁。
  5. 請求項１に記載の流量制御弁において、
    前記コイルの外周側に配置されるヨークを備え、
    前記カバー部は、前記ヨークの内周部と対向する外周側対向面を有することを特徴とする流量制御弁。
  6. 請求項５に記載の流量制御弁において、
    前記カバー部の前記内周側対向面は前記固定コアの外周側と所定の隙間を介して配置されるとともに、前記カバー部の前記外周側対向面は前記ヨークの内周部と所定の隙間を介して配置されることを特徴とする流量制御弁。
  7. 請求項６に記載の流量制御弁において、
    前記カバー部の前記内周側対向面と前記固定コアの外周側との間の隙間は、前記カバー部の前記外周側対向面と前記ヨークの内周部との間より大きく形成されることを特徴とする流量制御弁。
  8. 請求項６に記載の流量制御弁において、
    前記カバー部の前記内周側対向面と前記固定コアの外周側との間の隙間は概ね１２μｍ〜１００μｍで形成されることを特徴とする流量制御弁。
  9. 請求項１又は２に記載の流量制御弁において、
    前記固定コアは、前記カバー部と対向するカバー側対向面と可動子と対向する可動子側対向面とを有し、前記カバー側対向面と前記可動子側対向面との間の中央位置よりも前記カバー側対向面の側において前記拡大部を有することを特徴とする流量制御弁。
  10. 請求項１に記載の流量制御弁において、
    前記固定コアは、軸方向外側に細径部を有し、該細径部の外周側において前記カバー部の内周側対向面と対向するように構成されることを特徴とする流量制御弁。
  11. 請求項９に記載の流量制御弁において、
    可動子を開弁方向に付勢するばね部を備え、
    前記固定コアは、内周側に形成されるスペースに前記ばね部を保持するように構成されるとともに、前記固定コアの前記スペースの径に対して前記細径部の径が大きくなるように構成されることを特徴とする流量制御弁。
  12. 請求項１又は２に記載の流量制御弁において、
    前記固定コアは、軸方向外側に細径部を有し、該細径部の外周側において前記カバー部の内周側対向面と対向するように構成され、
    前記固定コアの前記細径部に前記カバー部を前記固定コアと軸方向に接触するよう付勢する固定ピンが固定され、前記固定コアは、軸方向外側に細径部を有し、該細径部の外周側において前記カバー部の内周側対向面と対向するように構成され、前記固定コアは、内周側に形成されるスペースに前記ばね部を保持するように構成されるとともに、前記固定コアの前記スペースの径に対して前記細径部の径が大きくなるように構成されることを特徴とする流量制御弁。
  13. 燃料を加圧する加圧室と、
    前記加圧室の出口側に配置され燃料を吐出する吐出弁と、
    前記加圧室の入口側に配置され、燃料を前記加圧室に送る吸入弁と、
    前記加圧室を往復運動可能なプランジャと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記吸入弁に前記請求項１又は２に記載の流量制御弁を用いたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
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