WO2017056681A1 - 高圧燃料ポンプ及び制御装置 - Google Patents

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WO2017056681A1
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rod
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pressure fuel
solenoid
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徳尾 健一郎
亮 草壁
俊亮 有冨
悟史 臼井
菅波 正幸
稔 橋田
将通 谷貝
雄太 笹生
斉藤 淳治
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a high-pressure fuel pump and a control device.
  • a high-pressure fuel pump provided with a flow control valve for increasing the pressure of the fuel and discharging a desired fuel flow rate is widely used.
  • Patent Document 1 A technique for reducing a collision sound generated when the electromagnetic suction valve provided in the high-pressure fuel supply pump is activated is known (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 “the mass of a member that collides with a magnetic attractive force is reduced to reduce the generated sound.
  • the sound generated when the core and the anchor collide due to the magnetic attractive force depends on the magnitude of the kinetic energy of the movable part.
  • the kinetic energy consumed by the collision is only the kinetic energy of the anchor. Since the kinetic energy of the rod is absorbed by the spring and does not contribute to the sound, the energy when the anchor 31 collides with the core 33 can be reduced, and the generated sound can be reduced. (See summary).
  • High pressure fuel pumps are required to have a high pressure or a large capacity.
  • the capacity of the pump is increased, the fluid force acting on the intake valve also increases. Therefore, it is necessary to reinforce the spring force for holding the intake valve open. However, if the spring force is increased, the response of closing the intake valve is lowered.
  • the high pressure fuel pump that is held open by spring force that is, the normally open type high pressure fuel pump is pressurized in the pressurizing chamber by closing the intake valve at the required timing. The discharged fuel is discharged.
  • an object of the present invention is to provide a high-pressure fuel pump and a control device capable of maintaining the responsiveness of closing the intake valve and ensuring the discharge efficiency even when the high-pressure fuel pump is increased in pressure or capacity. Is to provide.
  • the present invention provides a rod that urges the suction valve in the valve opening direction, a mover that drives the rod in the valve closing direction, and a magnetic suction that moves the mover in the valve closing direction.
  • a high-pressure fuel pump including a solenoid for generating a force, the rod reaches the intake valve closed position after the intake valve starts moving in the valve opening direction from the intake valve closed position, and further opens the open valve. Move in the valve direction.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an overall configuration of a fuel supply system including a high-pressure fuel supply pump according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the high-pressure fuel pump body in the present embodiment.
  • a portion surrounded by a broken line indicates a pump body 101 (high-pressure fuel supply pump main body), and the mechanisms and components shown in the broken line are integrally incorporated in the pump body 101.
  • Fuel is fed into the pump body 101 from the fuel tank 110 via the feed pump 112, and pressurized fuel is sent from the pump body 101 through the common rail 121 to the fuel injection device 122 (injector).
  • An engine control unit 123 (ECU) as a control device takes in the fuel pressure from the pressure sensor 124 and controls the feed pump 112, the solenoid 102 (electromagnetic coil) in the pump body 101, and the fuel injection device 122 to optimize this. .
  • the fuel in the fuel tank 110 is pumped up by the feed pump 112 based on the control signal S1 from the engine control unit 123, pressurized to an appropriate feed pressure, and passed through the fuel pipe 130A to the low pressure fuel inlet of the pump body 101. 103 (suction joint).
  • the fuel that has passed through the low-pressure fuel suction port 103 reaches the suction port 107 of the flow rate control valve 106 that constitutes the variable capacity mechanism via the pressure pulsation reduction mechanism 104 and the suction passage 105.
  • the pressure pulsation reduction mechanism 104 communicates with an annular low-pressure fuel chamber 109 that changes the pressure in conjunction with a plunger 108 that reciprocates by an engine cam mechanism (not shown). The pulsation of the fuel pressure sucked into the suction port 107 is reduced.
  • the fuel that has flowed into the suction port 107 of the flow control valve 106 passes through the suction valve 113 and flows into the pressurizing chamber 114.
  • the valve position of the suction valve 113 is determined by controlling the solenoid 102 in the pump body 101 based on the control signal S2 from the engine control unit 123.
  • the reciprocating power is given to the plunger 108 by an engine cam mechanism (not shown).
  • the reciprocating motion of the plunger 108 sucks fuel from the suction valve 113 in the lowering process of the plunger 108, pressurizes the sucked fuel in the lifting process of the plunger 108, and the pressure sensor 124 is attached via the discharge valve mechanism 115.
  • Fuel is pumped to the common rail 121. Thereafter, based on the control signal S3 from the engine control unit 123, the fuel injection device 122 injects fuel into the engine.
  • the discharge valve mechanism 115 provided at the outlet of the pressurizing chamber 114 includes a discharge valve sheet 115a, a discharge valve 115b that contacts and separates from the discharge valve sheet 115a, and a discharge valve spring that biases the discharge valve 115b toward the discharge valve sheet 115a.
  • the discharge valve seat 115a and the discharge valve holder 115d are joined by welding at a contact portion (not shown) to form an integral discharge valve mechanism 115.
  • the discharge valve 115b is opened when the internal pressure of the pressurizing chamber 114 is higher than the pressure on the discharge passage 116 downstream of the discharge valve 115b and overcomes the drag determined by the discharge valve spring 115c.
  • the pressurized fuel is fed to the 116 side.
  • FIG. 1 is fixed to the suction valve 113, the rod 117 (rod portion) for controlling the position of the suction valve 113, the movable element 442 (movable portion), and the anchor portion 118, as shown in FIG.
  • An anchor sliding portion 441 that slides with the rod 117, a suction valve spring 119, a biasing spring 125 that biases the rod toward the suction valve 113, and an anchor portion biasing spring 126.
  • the suction valve 113 is urged in the valve closing direction by the suction valve spring 119, and is urged in the valve opening direction by the rod urging spring 125 via the rod 117. Further, the movable element 442 is biased in the valve closing direction by the anchor portion biasing spring 126. The valve position of the suction valve 113 is controlled by driving the rod 117 by the solenoid 102. Further, hereinafter, a component formed integrally with the mover 442 and the anchor sliding portion 441 is referred to as an anchor portion 118.
  • the high-pressure fuel supply pump is configured such that the solenoid 102 in the pump body 101 is controlled by the control signal S ⁇ b> 2 given to the flow control valve 106 by the engine control unit 123, and the common rail is connected via the discharge valve mechanism 115.
  • the fuel flow rate is discharged so that the fuel pumped to 121 becomes a desired supply fuel.
  • the pressurizing chamber 114 and the common rail 121 are communicated with each other by a relief valve 130.
  • the relief valve 130 is a valve mechanism arranged in parallel with the discharge valve mechanism 115.
  • the relief valve 130 opens and the fuel is returned to the pressurizing chamber 114 of the pump body 101, causing an abnormality in the common rail 121. Prevent high pressure.
  • the relief valve 130 forms a high-pressure channel 131 that connects the discharge passage 116 on the downstream side of the discharge valve 115b in the pump body 101 and the pressurizing chamber 114, and is provided so as to bypass the discharge valve 115b.
  • the high-pressure channel 131 is provided with a valve body 132 that restricts the flow of fuel in only one direction from the discharge passage 116 to the pressurizing chamber 114.
  • the valve body 132 is pressed against the relief valve seat 134 by a relief spring 133 that generates a pressing force, and a prescribed pressure at which a pressure difference between the inside of the pressurizing chamber 114 and the inside of the high-pressure channel 131 is determined by the relief spring 133. If it becomes above, it will set so that the relief valve 130 may leave
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific example of a high-pressure fuel supply pump that is mechanically integrated.
  • a plunger 108 that reciprocates (in this case, up and down) by an engine cam mechanism (not shown) in the central height direction shown in the figure is arranged in the cylinder 201,
  • a pressurizing chamber 114 is formed in the front.
  • the mechanism on the flow control valve 106 side is arranged on the left side of the center in the figure, and the mechanism of the relief valve 130 is arranged on the right side of the center in the figure.
  • a low-pressure fuel inlet (not shown), a pressure pulsation reducing mechanism 104, a suction passage 105, and the like are arranged in the upper part of the figure as a fuel suction side mechanism.
  • an attachment root portion 204 (plunger internal combustion engine side mechanism) is shown in the lower center portion of FIG. The attachment root portion 204 is a portion that is embedded and fixed in the internal combustion engine body as shown in FIG.
  • the low-pressure fuel inlet is not shown in the display cross section of FIG.
  • the low-pressure fuel inlet can be displayed in a display section at a different angle.
  • the low-pressure fuel inlet 103 is provided on the circumference of the cylinder 201 as an axis.
  • FIG. 3 shows a state in which the attachment root portion 204 is fixed by being embedded in the internal combustion engine body. However, in FIG. 3, since the attachment root portion 204 is mainly described, description of other portions is omitted. In FIG. 3, the low-pressure fuel inlet 103 is located in the upper part of the fuel pump body.
  • reference numeral 302 denotes a thick portion of the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the cylinder head 302 of the internal combustion engine is formed with an attachment root attachment hole 303 having a two-stage diameter in accordance with the shape of the attachment root 204.
  • the attachment root portion 204 is airtightly fixed to the cylinder head 302 of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel supply pump is in close contact with the plane of the cylinder head 302 using a flange 304 provided in the pump body 101, and is fixed by at least two or more bolts 305.
  • the mounting flange 304 is welded to the pump body 101 at the welded portion 306 by laser welding to form an annular fixed portion.
  • an O-ring 307 is fitted into the pump body 101 for sealing between the cylinder head 302 and the pump body 101 to prevent engine oil from leaking to the outside.
  • the flange 304 and the pump body 101 may be integrally formed.
  • the attachment root portion 204 is provided with a tappet 310 that converts the rotational motion of the cam 309 attached to the camshaft of the internal combustion engine into a vertical motion and transmits it to the plunger 108 at the lower end 308 of the plunger 108.
  • the plunger 108 is pressure-bonded to the tappet 310 by a spring 312 via a retainer 311. Thereby, the plunger 108 is reciprocated up and down with the rotational movement of the cam 309.
  • a plunger seal 314 held at the lower end of the inner periphery of the seal holder 313 is installed in a state in which the plunger seal 314 is slidably in contact with the outer periphery of the plunger 108 at the lower part of the cylinder 201 in the figure.
  • the fuel can be sealed even when the plunger 108 slides to prevent the fuel from leaking to the outside.
  • a cylinder 201 having an end (upper side in FIG. 2) formed in a bottomed cylindrical shape so as to guide the reciprocating motion of the plunger 108 and to form a pressurizing chamber 114 inside the pump body 101.
  • an annular groove 206, an annular groove 206, and a pressurizing chamber 114 are formed on the outer peripheral side so as to communicate with the discharge valve mechanism 115 for discharging fuel from the flow control valve 106 and the pressurizing chamber 114 to the discharge passage.
  • a plurality of communication holes 205 (see FIG. 3) that communicate with each other are provided.
  • the cylinder 201 is fixed at its outer diameter by being joined to the pump body 101 by press fitting, and sealed with a press-fitting cylindrical surface so that fuel pressurized from the gap with the pump body 101 does not leak to the low pressure side. Further, a small diameter portion 207 is provided on the outer diameter of the cylinder 201 on the pressure chamber 114 side.
  • a force acts on the low pressure fuel chamber 220 side of the cylinder 201, but by providing the small diameter portion 230 in the pump body 101, the cylinder 201 comes out to the low pressure fuel chamber 220 side. To prevent that.
  • a double seal function is also achieved.
  • a damper cover 208 is fixed to the head of the pump body 101. Further, a low-pressure fuel inlet 103 (see FIG. 3) is provided on the low-pressure fuel chamber 220 side of the pump body 101. The fuel that has passed through the low-pressure fuel suction port passes through a filter (not shown) fixed inside the low-pressure fuel suction port, and passes through the pressure pulsation reduction mechanism 104 and the suction passage 105 to the suction port 107 of the flow control valve 106. To.
  • the plunger 108 has a large diameter portion 210 and a small diameter portion 211, so that the volume of the annular low pressure fuel chamber 109 increases and decreases by the reciprocating motion of the plunger 108.
  • the increase / decrease in volume is communicated with the low-pressure fuel chamber 220 through the fuel passage 320 (FIG. 3), so that when the plunger 108 is lowered, the annular low-pressure fuel chamber 109 is moved to the low-pressure fuel chamber 220.
  • a fuel flow is generated from the fuel chamber 220 to the annular low pressure fuel chamber 109.
  • the low pressure fuel chamber 220 is provided with a pressure pulsation reduction mechanism 104 for reducing the pressure pulsation generated in the high pressure fuel supply pump from spreading to the fuel pipe 130A (FIG. 1).
  • a pressure pulsation reduction mechanism 104 for reducing the pressure pulsation generated in the high pressure fuel supply pump from spreading to the fuel pipe 130A (FIG. 1).
  • the fuel flowing into the pressurizing chamber 114 is returned to the suction passage 105 (suction port 107) again through the opened suction valve 113 for capacity control, the fuel returned to the suction passage 105 (suction port 107).
  • pressure pulsation occurs in the low pressure fuel chamber 220.
  • the pressure pulsation reduction mechanism 104 is formed of a metal damper in which two corrugated disk-shaped metal plates are bonded together on the outer periphery thereof and an inert gas such as argon is injected therein. Absorption is reduced by expanding and contracting.
  • Reference numeral 221 denotes a mounting bracket for fixing the metal damper to the pump body 101.
  • the stroke of the discharge valve 115b is appropriately determined by the discharge valve stopper. As a result, the stroke is too large, and the fuel discharged at high pressure to the fuel discharge port due to delay in closing of the discharge valve 115b can be prevented from flowing back into the pressurizing chamber 114 again, and the efficiency of the high pressure fuel supply pump is reduced. Can be suppressed.
  • FIG. 4 shows the state in the suction process among the steps of suction, return, and discharge in the pump operation
  • FIG. 5 shows the state in the discharge process.
  • the structure on the flow control valve 106 side is broadly described as a suction valve portion 4A mainly composed of the suction valve 113, and a solenoid mechanism portion 4B mainly composed of the rod 117, the movable element 442 and the solenoid 102.
  • the suction valve portion 4A includes a suction valve 113, a suction valve seat 401, a suction valve stopper 402, a suction valve biasing spring 119, and a suction valve holder 403.
  • the suction valve seat 401 has a cylindrical shape, has a seat portion 405 in the axial direction on the inner peripheral side, and two or more suction passages 404 radially around the cylindrical axis, and is press-fitted to the pump body 101 on the outer peripheral cylindrical surface. Held.
  • the suction valve holder 403 has claws in two or more directions radially, and the claw outer peripheral side is fitted and held coaxially on the inner peripheral side of the suction valve seat 401. Further, a suction valve stopper 402 having a cylindrical shape and a collar shape at one end is press-fitted and held on the inner peripheral cylindrical surface of the suction valve holder 403.
  • the suction valve urging spring 119 is disposed on the inner peripheral side of the suction valve stopper 402 in a small diameter portion for stabilizing one end of the spring coaxially, and the suction valve 113 includes the seat portion 405 and the suction valve stopper. Between 402, the valve guide portion 444 is configured to be fitted with a suction valve biasing spring 119.
  • the suction valve urging spring 119 is a compression coil spring and is installed so that the urging force acts in a direction in which the suction valve 113 is pressed against the seat portion 405. It is not limited to the compression coil spring, and any form may be used as long as an urging force can be obtained, and a leaf spring having an urging force integrated with the suction valve 113 may be used.
  • the suction valve portion 4A By configuring the suction valve portion 4A in this manner, in the pump suction process, the fuel that has passed through the suction passage 404 and entered the flow control valve passes between the suction valve 113 and the seat portion 405, The fuel passes through the fuel passage 445 provided on the outer peripheral side of the suction valve 113 and the outer diameter of the suction valve stopper 402, passes through the passage of the pump body 101 and the cylinder, and flows the fuel into the pressurizing chamber. Further, in the pump discharge process, the intake valve 113 comes into contact with the seat portion 405 to seal the fuel, thereby fulfilling the function of a check valve that prevents the reverse flow of the fuel to the inlet side.
  • the amount of axial movement D1 of the suction valve 113 is limited by the suction valve stopper 402. This is because if the amount of movement is too large, the reverse flow rate increases due to a response delay when the intake valve 113 is closed, and the performance as a pump decreases.
  • the movement amount can be regulated by the shape and dimension of the suction valve seat 401, the suction valve 113, and the suction valve stopper 402 in the axial direction and the press-fitting position.
  • the suction valve stopper 402 is provided with an annular protrusion so that the contact area with the suction valve stopper 402 is reduced when the suction valve 113 is open. This is because the intake valve 113 is easily separated from the intake valve stopper 402 during the transition from the open state to the closed state, that is, the valve closing response is improved.
  • the pressure between the suction valve 113 and the suction valve stopper 402 decreases, A squeeze force acts in a direction that prevents movement, and the suction valve 113 is less likely to be separated from the suction valve stopper 402.
  • suction valve 113 Since the suction valve 113, the suction valve seat 401, and the suction valve stopper 402 repeatedly collide when operated, it is preferable to use a material obtained by heat-treating martensitic stainless steel having high strength, high hardness, and excellent corrosion resistance.
  • the suction valve spring 119 and the suction valve holder 403 may be made of austenitic stainless steel in consideration of corrosion resistance.
  • the solenoid mechanism portion 4B includes a rod 117 that is a movable part, a movable element 442, a guide portion 410 that is a fixed portion, an outer core 411, a fixed core 412, a rod biasing spring 125, an anchor portion biasing spring 126, and a cover portion. 415, yoke 423, and solenoid 102.
  • the rod 117 and the anchor part 118 which are movable parts, are configured as separate members.
  • the rod 117 is slidably held in the axial direction on the inner peripheral side of the guide portion 410, and the inner peripheral side of the anchor sliding portion 441 of the mover 442 is slidably held on the outer peripheral side of the rod 117. That is, both the rod 117 and the anchor portion 118 are configured to be slidable in the axial direction as long as they are geometrically restricted.
  • the anchor sliding portion 441 is configured to come into contact with the flange portion 417a of the rod 117 at the end surface on the fixed core 412 side.
  • the anchor portion 118 has one or more through holes 450 penetrating in the axial direction of the component in the anchor sliding portion 441 in order to move freely and smoothly in the axial direction in the fuel. Further, the through hole 450 is provided at the center of the rod 117, and a lateral groove fuel passage is provided on the suction valve 113 side of the guide portion 410 so as to be substantially parallel to the suction passage 404. And a space 413 upstream of the intake valve seat 401 may be configured to communicate with each other.
  • the guide portion 410 is inserted in the radial direction on the inner peripheral side of the hole into which the suction valve 113 of the pump body 101 is inserted, and is axially abutted against one end portion of the suction valve seat 401 in the axial direction. It is set as the structure arrange
  • the outer core 411 has a thin cylindrical shape on the side opposite to the portion to be welded to the pump body 101, and is fixed by joining with a fixed core 412 inserted into the inner peripheral side thereof by welding.
  • a rod urging spring 125 is arranged on the inner peripheral side of the fixed core 412 with a narrow diameter portion as a guide, the rod 117 comes into contact with the suction valve 113, and the suction valve 113 is pulled away from the suction valve seat 401, that is, suction. An urging force is applied in the valve opening direction of the valve 113.
  • the anchor portion biasing spring 126 is arranged so as to apply a biasing force in the direction of the rod collar portion 417a to the anchor portion 118 while inserting one end into a cylindrical central bearing portion 452 provided on the center side of the guide portion 410 and maintaining the same end. Yes.
  • the movement amount D2 of the anchor part 118 is set larger than the movement amount D1 of the suction valve 113.
  • the excluded volume accompanying the movement of the anchor portion 118 when the valve is closed flows between the anchor portion 118 and the fixed core 412, whereby the pressure between the anchor portion 118 and the fixed core 412 increases.
  • a fluid force so-called squeeze force
  • the squeeze force is generally proportional to the cube of the gap between the anchor portion 118 and the fixed core 412, the smaller the gap, the greater the influence.
  • the rod 117 and the guide portion 410 slide relative to each other, and the rod 117 repeatedly collides with the suction valve 113, so that a heat-treated martensitic stainless steel is used in consideration of hardness and corrosion resistance.
  • the anchor portion 118 and the fixed core 412 are preferably made of ferritic magnetic stainless steel to form a magnetic circuit, and the rod biasing spring 125 and the anchor portion biasing spring 126 are preferably made of austenitic stainless steel in consideration of corrosion resistance.
  • the intake valve portion 4A and the solenoid mechanism portion 4B are configured by organically arranging three springs.
  • the suction valve biasing spring 119 configured in the suction valve portion 4A, the rod biasing spring 125 and the anchor portion biasing spring 126 configured in the solenoid mechanism portion 4B correspond to this.
  • any spring uses a coil spring, but any spring can be used as long as it can obtain an urging force.
  • F125 is the force of the rod biasing spring 125
  • F126 is the force of the anchor portion biasing spring 126
  • F119 is the force of the suction valve biasing spring 119
  • F113 is the suction valve 113 closed by the fluid. The power to try.
  • the solenoid part includes a cover part 415, a yoke 423, a solenoid 102, a bobbin 453, a terminal 454, and a connector 455.
  • a solenoid 102 in which a copper wire is wound around a bobbin 453 is disposed so as to be surrounded by a cover portion 415 and a yoke 423, and is molded and fixed integrally with a connector which is a resin member.
  • One end of each of the two terminals 454 is connected to both ends of the copper wire of the solenoid 102 so as to be energized.
  • the terminal 454 is molded integrally with the connector 455 so that the remaining one end can be connected to the engine control unit side.
  • a seal ring 418 is provided on the solenoid 102 side in the radial direction of the outer diameter of the fixed core 412.
  • the seal ring 418 is fixed by being press-fit to the outer diameter portion 417 of the fixed core 412 and the outer diameter portion 420 of the outer core 411, and the vicinity of the press-fit fixing portion is welded to seal the fuel.
  • the seal ring 418 is provided on the outer diameter side facing the suction surface 421 of the fixed core 412 in the radial direction. Further, the small diameter portion 440 of the yoke 423 is press-fitted into the outer core 411 and fixed. At that time, the inner diameter side of the cover portion 415 is configured to come into contact with the fixed core 412 or close with a slight clearance.
  • Both the cover part 415 and the yoke 423 are made of a magnetic stainless steel material for constituting a magnetic circuit and considering corrosion resistance, and the bobbin 453 and the connector 455 are made of high-strength heat-resistant resin in consideration of strength characteristics and heat resistance characteristics.
  • the solenoid 102 is made of copper, and the terminal 454 is made of brass plated with metal.
  • a magnetic circuit is formed by the anchor portion 118, the fixed core 412, the cover portion 415, the yoke 423, and the outer core 411 as shown by a broken line 422 in FIG.
  • a current is supplied to 102, a magnetic attractive force is generated between the fixed core 412 and the anchor portion 118, and a force that pulls the anchor portion 118 toward the fixed core 412 is generated.
  • the seal ring 418 By configuring the seal ring 418 to use austenitic stainless steel, the magnetic flux can easily pass between the fixed core 412 and the anchor portion 118, and the magnetic attractive force can be improved. Further, when the seal ring 418 is integrally formed with the outer core 411, the magnetic flux flowing on the outer core 411 side can be reduced by making the portion located on the outer diameter in the radial direction of the suction surface 421 as thin as possible. As a result, the magnetic flux passing between the fixed core 412 and the anchor portion 118 increases, and the magnetic attractive force can be improved.
  • the anchor part 118 which is a movable part is attracted to the fixed core 412 together with the rod 117, and the anchor part 118 is fixed to the fixed core.
  • the anchor 118 continues to move until it contacts 412.
  • the following operations are performed in each step of suction, return, and discharge in the pump operation.
  • the inhalation process will be explained.
  • the plunger 108 moves in the direction toward the cam 309 (the plunger 108 is lowered) by the rotation of the cam 309 in FIG. That is, the position of the plunger 108 has moved from the top dead center to the bottom dead center.
  • the volume of the pressurizing chamber 114 increases and the fuel pressure in the pressurizing chamber 114 decreases.
  • the suction valve 113 is opened, and the communication hole 205 provided in the pump body 101 and the groove 206 are provided. It passes through the (cylinder outer peripheral passage) and flows into the pressurizing chamber 114.
  • FIG. 4 shows a state immediately before overshooting.
  • the plunger 108 moves in the upward direction by the rotation of the cam 309 in FIG. That is, the plunger 108 moves from the bottom dead center toward the top dead center.
  • the volume of the pressurizing chamber 114 decreases with the compression motion after the suction in the plunger 108.
  • the fuel once sucked into the pressurizing chamber 114 passes through the suction valve 113 in the valve opening state again. Since it is returned to the suction passage 404, the pressure in the pressurizing chamber 114 does not increase. This process is called a return process.
  • FIG. 5 shows the positional relationship of each part on the flow rate control valve 106 side when the magnetic attractive force is applied, and this will be described with reference to FIG.
  • a current is applied to the solenoid 102, a magnetic flux passes between the fixed core 412 and the anchor portion 118, a magnetic attractive force is generated in the anchor portion 118, and the anchor portion 118 is attracted to the fixed core 412 side.
  • the rod 117 is engaged with the anchor portion 118 at the rod flange portion 417a, and is urged together with the anchor portion 118 in the left direction in the figure. Since the valve urging force by the rod 117 does not act on the suction valve 113, the suction valve 113 is closed by the urging force by the suction valve urging spring 119 and the fluid force caused by the fuel flowing into the suction passage 404.
  • the fuel pressure in the pressurizing chamber 114 rises with the upward movement of the plunger 108, and when the pressure exceeds the pressure at the fuel discharge port of the discharge valve mechanism 115, high-pressure fuel is discharged through the discharge valve mechanism 115, It is supplied to the common rail 121. This process is called a discharge process.
  • the compression process of the plunger 108 (the ascending process from the lower start point to the upper start point) includes a return process and a discharge process.
  • the amount of high-pressure fuel that is discharged can be controlled by controlling the energization timing of the solenoid 102 of the flow control valve 106. If the timing of energizing the solenoid 102 is advanced, the ratio of the return process in the compression process is small and the ratio of the discharge process is large. That is, the amount of fuel returned to the suction passage 404 is small and the amount of fuel discharged at high pressure is large. On the other hand, if the timing of energization is delayed, the ratio of the return process in the compression process is large and the ratio of the discharge process is small.
  • the amount of fuel returned to the suction passage 404 is large, and the amount of fuel discharged at high pressure is small.
  • the amount of fuel discharged at high pressure can be controlled to an amount required by the internal combustion engine.
  • the energization to the solenoid 102 is released at a certain timing. Then, the magnetic attractive force acting on the anchor portion 118 disappears, and the rod 117 moves in the valve opening direction (right direction in the figure) by the force of the rod biasing spring 125 and collides with the suction valve 113. At this time, the anchor portion 118 also moves in the valve opening direction together with the rod 117, but the rod 117 stops crashing, whereas the anchor portion 118 overshoots due to inertial force. The amount of overshoot varies depending on design parameters and operating conditions.
  • the acceleration distance is longer than in the case where the suction valve 113 is in the closed position, so the collision speed is fast and the overshoot amount is large. Thereby, the timing of returning from overshoot is also different.
  • the suction process is a period in which the position of the plunger 108 is from the top dead center to the bottom dead center, and the position of the plunger 108 is bottom dead during the return process and the discharge process. This is the period from point to top dead center.
  • B) According to the current of the solenoid 102, an attracting current is passed through the solenoid 102 to attract the anchor portion 118 and the rod 117. Furthermore, c) the position of the suction valve 113, d) the position of the rod 117, and e) the position of the anchor portion 118 are changed in accordance with the generation of the magnetic attraction force by b) current supply to the solenoid 102. .
  • the anchor portion 118 moves behind the intake valve 113 because the interval after the energization of the solenoid 102 is completed is short.
  • the suction valve 113 is opened, the fuel that has flowed from the passage 460 of the suction valve seat 401 to the inner diameter side of the suction valve seat 401 starts to be sucked into the pressurizing chamber 114.
  • the anchor part 118 engages with the rod 117 and moves together in the valve opening direction.
  • the rod 117 stops when it collides with the suction valve 113, but the anchor portion 118 continues to move as it is due to inertial force.
  • the anchor portion biasing spring 126 pushes the anchor portion 118 back until it engages with the rod 117. This overshoot operation is shown in OA of FIG.
  • the solenoid 102 current is applied so that a magnetic attractive force is generated while the anchor portion 118 is overshooting.
  • energization is started at time t3.
  • the mover 442 (anchor portion 118) starts moving in the valve opening direction
  • the mover 442 (anchor portion 118) moves after the mover open position Xo442 (FIG. 4) indicating the position of the mover 442 when the solenoid 102 is not energized.
  • Energization of the maximum current (suction current) is started before returning to the child open position Xo442.
  • the overshoot anchor portion 118 collides with the engaging portion of the rod 117, and the anchor portion 118 is attracted in a short time using the collision force. can do.
  • the time of recontact between the rod 117 and the anchor part 118 is indicated by t6.
  • the suction valve 113 can be closed.
  • time t7 when the anchor portion 118 contacts the fixed core 412 the magnetic resistance between the anchor portion 118 and the fixed core 412 is small due to the contact, so that a sufficient magnetic attractive force is generated and the contact is maintained. Therefore, a small current value (holding current) can be obtained.
  • the holding current has a smaller current value than the attraction current.
  • the moved intake valve 113 collides with the intake valve seat 401 and stops, thereby closing the valve.
  • the fuel pressure in the pressurizing chamber 114 rises with the upward movement of the plunger 108, and when the pressure exceeds the pressure at the fuel discharge port of the discharge valve mechanism 115, high-pressure fuel is discharged through the discharge valve mechanism 115, It is supplied to the common rail 121.
  • Fuel pumping is performed until the plunger 108 reaches top dead center. During this time, a holding current may flow through the solenoid 102.
  • Fuel pumping moves to the suction process again when the plunger 108 reaches top dead center. The above operation is repeated after the start of the inhalation process.
  • the current (holding current) of the solenoid 102 is energized across the top dead center.
  • the timing for cutting off the current of the solenoid 102 is determined based on the timing of overshoot.
  • Te is the delay time from shutting off the current of the solenoid 102 until the anchor portion 118 recovers from overshoot, it is shut off earlier than the timing at which the intake valve 113 is desired to be closed. It becomes. In this way, the overshoot momentum can be used when the anchor is sucked at a desired timing.
  • a vibration waveform as shown in solenoid part vibration can be measured.
  • a vibration in which the anchor portion 118 collides with the fixed core 412 appears at time t7.
  • the responsiveness of the intake valve closing can be maintained and the discharge efficiency can be ensured.
  • the anchor portion 118 that has overshot collides with the collar portion 417a of the rod 117, and the anchor force is used to The portion 118 can be sucked in a short time.
  • FIG. 6 shows an embodiment when the pump discharge amount is large
  • FIG. 7 shows an embodiment when the discharge amount is small.
  • the timing at which the intake valve 113 is closed is the timing at which the plunger 108 reaches near the top dead center.
  • the pressure in the pressurizing chamber becomes lower than the pressure in the space 413 upstream of the suction valve seat 401 (substantially equivalent to the suction port 107), and the difference acting on the suction valve 113.
  • the suction valve 113 starts a valve opening motion.
  • the current of the solenoid 102 is continuously supplied from the previous pressurization process (discharge process). Thereby, the anchor part 118 and the rod 117 are hold
  • the suction valve 113 is opened, the fuel that has flowed from the passage 460 of the suction valve seat 401 to the inner diameter side of the suction valve seat 401 starts to be sucked into the pressurizing chamber 114.
  • the pump enters the return stroke.
  • the suction valve 113 remains stopped in the open state by the force f1 in the direction in which the valve opens, and the direction of the fluid passing through the suction valve 113 is reversed. That is, in the suction process, the fuel flows from the passage of the suction valve seat 401 into the pressurization chamber 114, but at the time of the rising process (return process), the passage from the pressurization chamber 114 to the suction valve seat 401 is performed. Returned to the direction. This process is a return process.
  • the closing force of the suction valve 113 due to the returned fluid is increased and the force f1 in the direction in which the valve is opened is reduced at a high engine speed, that is, on a condition where the ascending speed of the plunger 108 is high.
  • the suction valve 113 is unintentionally closed. Since a flow rate larger than the desired discharge flow rate is discharged, the pressure in the fuel pipe rises above the desired pressure, which adversely affects engine combustion control. Therefore, it is necessary to set each spring force so that the force f1 in the direction in which the valve is opened maintains a positive value under the condition that the ascending speed of the plunger 108 is the highest.
  • the rod biasing spring 125 is strengthened or the anchor portion biasing spring 126 or the suction valve biasing spring 119 is weakened. In either case, the force required to suck the anchor portion 118 toward the fixed core 412 increases. For this reason, unless measures are taken, the suction response time of the anchor portion 118 becomes long, so that the suction operation cannot be performed within the specified time, the suction current must be increased, the energization time must be increased, and so on. There is a case.
  • the anchor portion 118 and the rod 117 move to the valve opening position after a delay time Td, and the rod 117 collides with the suction valve 113 and stops.
  • the anchor portion 118 has an inertial force, so it overshoots and eventually returns with the force of the anchor portion biasing spring 126.
  • the anchor portion 118 collides with the engaging portion of the rod 117 with the initial speed, thereby closing the rod 117. Can be driven in the direction.
  • the suction valve 113 When the engagement of the rod 117 is released, the suction valve 113 is closed, the pressure in the pressurizing chamber 114 is increased, and the pumping of fuel is started. That is, it becomes a discharge process. Since the present embodiment shows an operation state in which the discharge flow rate is low, the period from when the pressure in the pressurizing chamber 114 rises until the plunger 108 reaches top dead center is shown short.
  • the anchor portion 118 overshoots and has the momentum of the approaching distance to be returned and collides with the engaging portion of the rod 117.
  • the force for driving the rod 117 becomes stronger, and the rod 117 can be driven in a shorter time. Therefore, even when the force f1 in the valve opening direction is increased in order to increase the pressure or the capacity of the high-pressure fuel pump, the responsiveness of closing the intake valve 113 can be maintained and the drive current can be suppressed. It becomes.
  • a delay until the anchor portion 118 overshoots and collides with the engaging portion of the intake valve 113 again after the drive current is stopped. If the time is Te, the time to stop energization of the solenoid can be calculated as t7-Te. If the overshoot amount is too large to return by the time when the intake valve 113 is desired to be closed, adjust the mass of the anchor portion 118, the moving distance, the spring force of the rod biasing spring 125 and the anchor portion spring 126, etc. Thus, it may be designed to obtain a realistic delay time Te.
  • time t3 As a standard of the energization start timing (time t3), there is a delay time Td from when the drive current is stopped until the anchor portion 118 starts overshoot. Since the delay time Td is also a time that can be adjusted by the mass of the operating portion (anchor portion 118, rod 117), the moving distance, and the spring load, a design for applying the present invention can be made by appropriately selecting these. .
  • each spring force it is necessary to set each spring force so that the force f1 in the direction in which the suction valve 113 is opened maintains a positive value. If this embodiment is applied, the solenoid valve can be closed without significantly increasing the magnetic attractive force characteristic with respect to the increased f1. As a result, vibration and noise can be suppressed relatively small. In addition, it is possible to reduce the attraction current and the energization time, and it is possible to reduce power consumption and heat generation.
  • the high-pressure fuel pump drives the rod 117 for biasing the intake valve 113 in the valve opening direction and drives the rod 117 in the valve closing direction.
  • a solenoid 102 that generates a magnetic attractive force that moves the mover 442 in the valve closing direction.
  • the mover 442 is configured separately from the rod 117.
  • the control device that controls the high-pressure fuel pump is configured such that after the intake valve 113 starts moving from the intake valve closed position Xc113 in the valve opening direction, the rod 117 reaches the intake valve closed position Xc113 and further moves in the valve opening direction.
  • the drive current flowing through the solenoid 102 is controlled.
  • the moving amount D2 of the movable element 442 (anchor portion 118) can be made larger than the moving amount D1 of the suction valve 113.
  • the impact force when the mover 442 (anchor portion 118) collides with the flange portion 417a of the rod 117 can be increased.
  • the suction valve 113 is opened from the suction valve closing position Xc113. Then, the mover 442 completes the movement of the rod moving distance DL from the mover closed position Xc442, and further moves in the valve opening direction. Thereby, the moving amount D2 of the movable element 442 (anchor portion 118) can be made larger than the moving amount D1 of the intake valve 113.
  • the child 442 moves in the valve closing direction, and the intermediate current is preferably cut off after the suction valve 113 starts moving in the valve opening direction from the suction valve closed position Xc113 (after t1, FIG. 7). Thereby, the needle
  • the timing at which the current value is switched from the attraction current to the holding current is preferably after the movement of the mover 442 is completed, but at least after the mover 442 starts moving, it can be functionally realized.
  • control device that controls the high-pressure fuel pump causes the intermediate element 442 to flow by causing an intermediate current lower than the maximum current to flow after the maximum current (suction current) flows to the solenoid 102. It is desirable that the intermediate current move in the valve closing direction and be interrupted after the plunger that pressurizes the pressurizing chamber reaches the top dead center (t10, FIG. 6).
  • the prestroke effect ensures the stroke set when the mover 442 (anchor portion 118) is stopped, so that the mover 442 (anchor portion 118) is surely moved to the fixed core 412 after energization of the suction current.
  • the effect of enabling the valve to close is shown.
  • the plunger 108 pressurizes the pressurizing chamber 114 by reciprocating with the cam 309.
  • the intermediate current may be cut off before the plunger reaches the top dead center.
  • the intermediate current be interrupted after the plunger has reached the top dead center and after approaching the bottom dead center rather than the top dead center (t10, FIG. 7). This increases the prestroke effect.
  • the movable element 442 is moved in the valve closing direction, and the intermediate current is moved from the valve closing position to the valve opening position. It is desirable to shut off after the start of movement (after t1, FIG. 7).
  • the control device for controlling the high-pressure fuel pump flows the maximum current to the solenoid 102 and then flows an intermediate current lower than the maximum current to move the mover 442 in the valve closing direction. It is desirable to move and interrupt the intermediate current after the plunger has reached top dead center. Thereby, as described above, a pre-stroke effect is obtained.
  • the present invention may be applied according to the operating state of the internal combustion engine. For example, when the engine speed is high, the pump also needs to operate at high speed, and it is effective to apply the control method of the present invention only under such operating conditions.
  • the solenoid current continues to be energized until the discharge process is completed and the suction process is completed, but the delay time Te is long.
  • the present invention can be applied by stopping energization before the end of the discharge process. That is, the effect of the present invention can be obtained by driving so that the intake valve closing timing of the next cycle comes at the timing of returning from the overshoot of the anchor portion 118.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
  • a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment.
  • each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.

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Abstract

高圧燃料ポンプの高圧化、あるいは大容量化を図った場合においても吸入弁の閉弁の応答性を維持し、吐出効率を確保することができる高圧燃料ポンプ等を提供する。そのため、高圧燃料ポンプは、吸入弁113を開弁方向に付勢するロッド117と、ロッド117を閉弁方向に駆動する可動子442と、可動子442を閉弁方向に移動させる磁気吸引力を発生させるソレノイド102と、を備える。吸入弁113が吸入弁閉位置Xc113から開弁方向に移動を開始した後に、ロッド113が吸入弁閉位置Xc113に到達し、さらに開弁方向に移動する。

Description

高圧燃料ポンプ及び制御装置
 本発明は、高圧燃料ポンプ及び制御装置に関する。
 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。
 高圧燃料供給ポンプに設けられている電磁吸入弁について、作動した際に発生する衝突音を低減する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1においては、「磁気吸引力によって衝突する部材の質量を小さくして、発生する音を小さくすることとした。このように構成した本発明によれば、以下の効果が得られる。磁気吸引力によってコアとアンカーが衝突する際に発生する音は、可動部の運動エネルギーの大きさに依る。衝突によって消費される運動エネルギーは、アンカーの運動エネルギーのみである。
ロッドの運動エネルギーは、ばねで吸収するので音に寄与しないので、アンカー31とコア33が衝突する際のエネルギーを小さくすることができ、発生する音を低減することができる。」と開示されている(要約参照)。
特開2012-251447号公報
 高圧燃料ポンプは高圧化、あるいは大容量化が求められており、ポンプを大容量化すると、吸入弁に作用する流体力も増加する。そのため、吸入弁を開弁保持するばね力の強化が必要となるが、ばね力を強化すると、吸入弁の閉弁の応答性が下がってしまう。ソレノイドに電流が流れていない状態において、ばね力により開弁保持される高圧燃料ポンプ、つまりノーマルオープン式の高圧燃料ポンプは必要なタイミングにおいて、吸入弁を閉弁することにより加圧室で加圧した燃料を吐出する。
 ここで吸入弁の閉弁の応答性が下がると、必要なタイミングで吸入弁を閉弁することができなくなる。そうすると加圧室の燃料は吸入側に戻ってしまい、吐出流量(吐出効率)が下がってしまう。また、応答性を上げるために駆動電流を高めたり、通電時間を長くしたりする等の対策が必要となる場合がある。しかし、特許文献1に開示されるような技術では、これらの点について考慮されていない。
 そこで本発明の目的は、高圧燃料ポンプの高圧化、あるいは大容量化を図った場合においても吸入弁の閉弁の応答性を維持し、吐出効率を確保することができる高圧燃料ポンプ及び制御装置を提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明は、吸入弁を開弁方向に付勢するロッドと、前記ロッドを閉弁方向に駆動する可動子と、前記可動子を閉弁方向に移動させる磁気吸引力を発生させるソレノイドと、を備えた高圧燃料ポンプにおいて、前記吸入弁が吸入弁閉位置から前記開弁方向に移動を開始した後に、前記ロッドが前記吸入弁閉位置に到達し、さらに前記開弁方向に移動する。
 本発明によれば、高圧燃料ポンプの高圧化、あるいは大容量化を図った場合においても吸入弁の閉弁の応答性を維持し、吐出効率を確保することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の第1の実施形態に係る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した図である。 本発明の第1の実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る高圧燃料供給ポンプに用いる取り付け根部が内燃機関本体に取り付けられて、固定された状態を示した図である。 第1の実施形態における高圧燃料供給ポンプ本体の流量制御弁の断面拡大図を示した図である。 第1の実施形態における流量制御弁の断面拡大図かつ、吐出工程において吸入弁が閉弁し、アンカー部と固定コア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の実施形態に係る高圧燃料ポンプの運転状態を説明するための図である。
 以下、図面を用いて、本発明の第1~第2の実施形態による高圧燃料ポンプ(高圧燃料供給ポンプ)の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。
 (第1の実施形態)
 最初に、図1~7を用いて、本発明の第1の実施形態に係る高圧燃料ポンプについて説明する。図1は、本実施形態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、本実施形態における高圧燃料ポンプ本体の断面図である。
 図1において、破線で囲まれた部分がポンプボディ101(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、部品はポンプボディ101に一体に組み込まれていることを示す。ポンプボディ101には、燃料タンク110からフィードポンプ112を経由して燃料が送り込まれ、ポンプボディ101からコモンレール121を通って、燃料噴射装置122(インジェクタ)に加圧された燃料が送られる。制御装置としてのエンジンコントロールユニット123(ECU)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112、ポンプボディ101内のソレノイド102(電磁コイル)、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112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燃料配管130Aを通してポンプボディ101の低圧燃料吸入口103(吸入ジョイント)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、ポンプボディ101内のソレノイド102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、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などで構成されている。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。
 加圧室114の内部圧力が吐出弁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は、図4に示すように、吸入弁113、吸入弁113の位置を制御するロッド117(ロッド部)、可動子442(可動部)、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441、吸入弁ばね119、ロッドを吸入弁113の方向へ付勢する付勢ばね125、アンカー部付勢ばね126から構成される。
 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、可動子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、可動子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は、図1に示すように、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によりポンプボディ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、リリーフ弁130により連通されている。このリリーフ弁130は、吐出弁機構115と並列配置された弁機構である。リリーフ弁130は、コモンレール121側の圧力がリリーフ弁130の設定圧力以上に上昇すると、リリーフ弁130が開弁しポンプボディ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。
 リリーフ弁130は、ポンプボディ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通路116から加圧室114への一方向のみに制限する弁体132が設けられている。弁体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、ポンプボディ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、吐出通路116と加圧室114の差圧が弁体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通路116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の上部のシリンダ201内に加圧室114が形成されている。
 また、図示中央左側に流量制御弁106側の機構を配置し、図示中央右側にリリーフ弁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104、吸入通路105などを配置している。さらに、図2の中央下部には取り付け根部204(プランジャ内燃機関側機構)を記載している。取り付け根部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。
 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。詳細には、低圧燃料吸入口103は、シリンダ201を軸として円周上の一に設けられる。
 図3は、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。図3では、低圧燃料吸入口103が燃料ポンプ本体の上部に位置している。
 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ボディ101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にてポンプボディ101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とポンプボディ101間のシールのためにOリング307がポンプボディ101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とポンプボディ101は一体に成形しても良い。
 取り付け根部204には、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201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109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、ポンプボディ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、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206と加圧室114とを連通する複数個の連通穴205(図3参照)が設けられている。
 シリンダ201はその外径において、ポンプボディ101と圧入で接合することで固定され、ポンプボディ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の低圧燃料室220側に力が作用するが、ポンプボディ101に小径部230を設けることで、シリンダ201が低圧燃料室220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、ポンプボディ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。
 ポンプボディ101の頭部にはダンパカバー208が固定されている。また、ポンプボディ101の低圧燃料室220側には、低圧燃料吸入口103(図3参照)が設けられている。低圧燃料吸入口を通過した燃料は、低圧燃料吸入口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104、吸入通路105を介して流量制御弁106の吸入ポート107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109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109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109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。
 図2に示すように、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130A(図1)へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構104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105(吸入ポート107)へと戻される場合、吸入通路105(吸入ポート107)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104は、2枚の波板状の円盤型金属板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は金属ダンパをポンプボディ101に固定するための取付金具である。
 図2において、加圧室114と吐出弁機構115(図1参照)の燃料吐出口に燃料差圧が無い状態では、吐出弁115bは吐出弁ばね115c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。
 次に本実施形態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側の構造を、吸入弁113を主体に構成された吸入弁部4Aと、ロッド117と可動子442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4A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2つ以上の吸入通路404を有し、外周円筒面でポンプボディ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弁ストッパ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、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4A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、ポンプボディ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D1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。吸入弁ばね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4Bは、可動部品であるロッド117、可動子442、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とアンカー部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、可動子442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孔450を1つ以上有する。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。
 ガイド部410は、径方向には、ポンプボディ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401の一端部に突き当てられ、ポンプボディ101に溶接固定されるアウターコア411とポンプボディ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が設けられる。
 アウターコア411は、ポンプボディ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125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に片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417a方向の付勢力を与える配置としている。アンカー部118の移動量D2は吸入弁113の移動量D1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412との間を流れることで、アンカー部118と固定コア412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412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D1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4Aとソレノイド機構部4B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4Aに構成される吸入弁付勢ばね119と、ソレノイド機構部4B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。本実施形態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。 
 F125>F126+F119+F113・・・(1) 
ここで、F125はロッド付勢ばね125の力であり、F126はアンカー部付勢ばね126の力であり、F119は吸入弁付勢ばね119の力であり、F113は流体により吸入弁113が閉じようとする力である。
 (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。 
 f1=F125-(F126+F119+F113)・・・(2)
ここで、F113はポンプ流量に応じて変わる力である。容量が大きいポンプでは流体力が大きいため、ロッド付勢ばね125力も大きくなる。
 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のそれぞれの片端はソレノイド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片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と径方向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412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455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4B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412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118は運動を継続する。
 本発明の実施形態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に向かう方向に移動(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(図1)の圧力よりも低くなると、吸入弁113が開弁し、燃料がポンプボディ101に設けられた連通穴205と、溝206(シリンダ外周通路)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、ロッド117は、ロッド付勢ばね125の付勢力を受けて、図右方法へ付勢される。吸入弁113は前後差圧とロッド117の付勢力により、図右方向へ付勢され、吸入弁ストッパ402と接触する位置まで開弁している。
 このとき、アンカー部118はロッド117に係合して同じく図右方向へ移動するが、移動距離を規制する部位(ガイド部452の端面部452a)まではクリアランスがあるため、若干オーバーシュートすることが可能であるが、アンカー部付勢ばね126の付勢力により、ロッド117と係合する位置まで戻される。図4では、オーバーシュートする直前の状態を示す。
 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する。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。
 次に、この状態から、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に電流が与えられ、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は固定コア412側に引き寄せられている。ロッド117はロッドつば部417aでアンカー部118と係合しており、アンカー部118と共に図左方向へ付勢されている。吸入弁113はロッド117による開弁付勢力が働かないため、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。
 圧縮工程の開始後、あるタイミングでソレノイド102への通電を解除する。そうすると、アンカー部118に作用していた磁気吸引力が消滅し、ロッド117はロッド付勢ばね125の力により開弁方向(図右方向)へ移動し、吸入弁113に衝突する。このとき、アンカー部118もロッド117と共に開弁方向へ移動するが、ロッド117が衝突停止するのに対して、アンカー部118は慣性力によりオーバーシュートする。オーバーシュート量は設計パラメータや運転状態によって異なる。例えば、吸入弁113が開弁位置にあるときに衝突する場合は、吸入弁113が閉弁位置にある場合と比べて加速距離が長いため、衝突速度が速く、オーバーシュート量が大きい。これにより、オーバーシュートから復帰するタイミングも異なる。
 図6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(駆動電流)、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、f)加圧室114内圧力、g)ソレノイド部振動を示している。また横軸には時間tを示している。
 図6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)ソレノイド102の電流によれば、ソレノイド102に吸引電流を流し、アンカー部118およびロッド117を吸引する。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する。
 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低下する。加圧室内の圧力が吸入弁シート401の上流の空間413の圧力(略 吸入ポート107と同等)より低くなり、吸入弁113に作用する差圧力が吸入弁付勢ばね119の付勢力より大きくなると、吸入弁113は開弁運動を開始する。このとき、アンカー部118は、ソレノイド102の電流を通電終了して間が短いため、吸入弁113より遅れて移動する。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401内径側に流入した燃料が、加圧室114内に吸入され始める。
 アンカー部118はロッド117に係合し、一緒に開弁方向へ移動する。図6の時刻t2において、ロッド117は吸入弁113に衝突すると停止するが、アンカー部118は慣性力によりそのまま運動しつづける。その後、アンカー部付勢ばね126がアンカー部118をロッド117に係合するところまで押し戻す。このオーバーシュート動作を図6のOAに示す。
 吐出工程に移行する際には、アンカー部118がオーバーシュートしている最中に、磁気吸引力が発生するようにソレノイド102電流を通電する。例えば、本実施形態では時刻t3で通電開始する。
 すなわち、可動子442(アンカー部118)が開弁方向に移動開始した後、ソレノイド102に通電していないときの可動子442の位置を示す可動子開位置Xo442(図4)を過ぎてから可動子開位置Xo442に戻るまでの間に、最大電流(吸引電流)の通電が開始される。
 例えば、可動子442(アンカー部118)がオーバーシュートの折り返し位置に到達するタイミングから可動子開位置Xo442に戻るまでの間に、最大電流(吸引電流)の通電を開始すると、可動子442の衝撃力を大きくすることができる。
 一方、可動子442(アンカー部118)が可動子開位置Xo442に到達するタイミングからオーバーシュートの折り返し位置に到達するタイミングまでの間に最大電流(吸引電流)の通電を開始すると、オーバーシュート量(距離)を抑制することができる。
 こうすることにより、磁気吸引力が発生している最中に、オーバーシュートしたアンカー部118がロッド117の係合部に衝突し、その衝突力を利用して、アンカー部118を短い時間で吸引することができる。
 ロッド117とアンカー部118の再接触の時刻がt6で示されている。ロッド117が閉弁方向へ移動して、吸入弁113との係合が解除されると、吸入弁113は閉弁可能となる。アンカー部118が固定コア412に接触した時刻t7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。
 本実施形態では、ポンプの最大吐出量を得る条件を示しており、プランジャ108が下死点近傍にある状態で、吸入弁113が閉弁する例を示す。
 ソレノイド102の電流は、アンカー吸引前は高めの電流(吸引電流)を流し、吸引後は低めの電流(保持電流)を流す。すなわち、保持電流は吸引電流よりも電流値が小さい。
 図6において、移動した吸入弁113は、吸入弁シート401に衝突し停止することで、閉弁状態となる。閉弁すると、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。燃料圧送はプランジャ108が上死点に到達するまで行われる。この間、ソレノイド102には保持電流が流れていてもよい。
 燃料圧送はプランジャ108が上死点に到達すると、再度、吸入工程に移行する。吸入工程開始後は前述の動作を繰り返す。本実施形態では、ソレノイド102の電流(保持電流)は上死点をまたいで通電している。ソレノイド102の電流を遮断するタイミングは、オーバーシュートするタイミングに基づいて決める。
 すなわち、ソレノイド102の電流を遮断してから、アンカー部118がオーバーシュートから復帰するまでの遅れ時間をTeとすると、吸入弁113を閉弁させたいタイミングよりも遅れ時間Teだけ前倒しで遮断することとなる。このようにして、所望のタイミングでアンカーを吸引するときに、オーバーシュートの勢いを利用することができる。
 本発明の実施形態による駆動方法を実践した場合、例えばg)ソレノイド部振動に示すような振動波形を計測することができる。まず、時刻t2において、ロッド117が吸入弁113に衝突するときの振動が現れる。この振動は比較的小さい場合が多い。続いて、時刻t7においてアンカー部118が固定コア412に衝突する振動が現れる。
 以上説明したように、本実施形態によれば、高圧燃料ポンプの高圧化、あるいは大容量化を図った場合においても吸入弁の閉弁の応答性を維持し、吐出効率を確保することができる。特に、アンカー部118がオーバーシュートしている間にソレノイド102への通電を開始することにより、オーバーシュートしたアンカー部118がロッド117のつば部417aに衝突し、その衝突力を利用して、アンカー部118を短い時間で吸引することができる。
 (第2の実施形態)
 図7を用いて、本発明の第2の実施形態に係る高圧燃料ポンプの運転状態の説明をする。図6はポンプ吐出量が多い場合の実施形態なのに対して、図7は吐出量が少ない場合の実施形態である。この場合、吸入弁113を閉弁させるタイミングはプランジャ108が上死点近傍に到達するタイミングとなる。
 まず、吸入工程では図6の実施形態と同様に、加圧室内の圧力が吸入弁シート401の上流の空間413の圧力(略 吸入ポート107と同等)より低くなり、吸入弁113に作用する差圧力が吸入弁付勢ばね119の付勢力より大きくなると、吸入弁113は開弁運動を開始する。図7の例では、前の加圧工程(吐出工程)からソレノイド102の電流を通電継続している。これにより、アンカー部118およびロッド117を閉弁位置に保持する。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401内径側に流入した燃料が、加圧室114内に吸入され始める。
 続いて、プランジャ108が下死点を通過して上昇すると、ポンプは戻し行程に入る。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逆転する。すなわち吸入工程では、燃料が吸入弁シート401の通路から加圧室114に流入していたのに対し、上昇工程(戻し工程)となった時点で、加圧室114から吸入弁シート401の通路の方向に戻される。この工程が戻し工程である。
 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。
 具体的には、ロッド付勢ばね125を強化するか、アンカー部付勢ばね126または吸入弁付勢ばね119を弱化させる。いずれの場合も、アンカー部118を固定コア412側へ吸引するのに要する力が増える。そのため、対策を講じなければ、アンカー部118の吸引応答時間が長くなるため、規定時間内に吸引動作ができない、吸引電流を増やさなければならない、通電時間を増やさなければならない、等、はねかえりが生じる場合がある。
 あるタイミングでソレノイド102の電流を通電終了すると、遅れ時間Td後にアンカー部118およびロッド117は開弁位置まで移動し、ロッド117は吸入弁113に衝突して停止する。一方で、アンカー部118は慣性力があるためオーバーシュートし、やがてアンカー部付勢ばね126の力で戻ってくる。アンカー部118がオーバーシュートしているあるタイミングでb)ソレノイド102の電流を通電すると、初期速度を持った状態でアンカー部118がロッド117の係合部に衝突し、これによりロッド117を閉弁方向に駆動させることができる。
 ロッド117の係合が解除されると、吸入弁113は閉弁し、加圧室114の圧力が上昇し、燃料の圧送が開始する。すなわち、吐出工程となる。本実施形態では吐出流量が少ない運転状態を示しているため、加圧室114の圧力が上昇してから、プランジャ108が上死点を迎えるまでの期間が短く示されている。
 この実施形態でも、先の実施形態と同じく、アンカー部118がオーバーシュートし、戻ってくる助走距離の勢いを有してロッド117の係合部に衝突させている。こうすることにより、勢いが無い場合と比べて、ロッド117を駆動する力が強くなり、ロッド117をより短い時間で駆動することができる。したがって、高圧燃料ポンプの高圧化、あるいは大容量化を図るために、開弁する方向の力f1を増強した場合においても吸入弁113の閉弁の応答性を維持し、駆動電流の抑制が可能となる。
 所望の流量を出すために吸入弁113を閉弁させたい時刻をt7として、駆動電流を停止してからアンカー部118がオーバーシュートし、再度、吸入弁113の係合部に衝突するまでの遅れ時間をTeとすると、ソレノイド通電を停止する時刻はt7-Teと演算できる。オーバーシュート量が大きすぎて、吸入弁113を閉弁させたい時刻までに戻れない場合は、アンカー部118の質量、移動距離、ロッド付勢ばね125とアンカー部付ばね126のばね力等を調整して、現実的な遅れ時間Teを得るように設計すればよい。
 また、通電開始タイミング(時刻t3)の目安として、駆動電流を停止してからアンカー部118がオーバーシュート開始するまでの遅れ時間Tdがある。遅れ時間Tdも稼動部(アンカー部118、ロッド117)の質量、移動距離、ばね荷重によって調整可能な時間であるため、これらを適宜選択することによって本発明を適用できるための設計が可能である。
 本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、ロッド117が吸入弁113に衝突する時(時刻t2)やアンカー部118が固定コア412に衝突する時(時刻t7)などにソレノイドを起点とした振動が発生する。
 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、燃料噴射装置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401を流れる燃料の流速が早くなるほど大きくなるため、燃料噴射装置122で噴射する燃料が増加すると、閉弁力が増加する。
 すなわち、吸入弁113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。本実施形態を適用すれば、増大したf1に対して、磁気吸引力特性を大幅に増大させずに、ソレノイド弁の閉弁操作を行うことが可能となる。その結果、振動・騒音を比較的小さく押さえることができる。また、吸引電流の低減や通電時間の短縮が可能となり、消費電力及び発熱量の低減が可能となる。
 さらに、本発明の実施形態によれば、キャビテーション壊食に対する利点もある。時刻t2において、アンカー部118およびロッド117が開弁方向へ移動する際に、ソレノイド内部の押しのけられた燃料流れが生じる。もし、ロッド117及びアンカー部118が急停止すると、それまで流れていた燃料が突然停止させられることによる水撃が発生し、ソレノイド内部にキャビテーションが発生する。本発明の実施形態に示すように、アンカー部118を急停止させずに、緩やかにオーバーシュートさせれば、上記のような水撃は発生せずに、キャビテーション壊食に対しても利点がある。
 上記第1及び第2の実施形態で説明したように、高圧燃料ポンプは、図5に示すように、吸入弁113を開弁方向に付勢するロッド117と、ロッド117を閉弁方向に駆動する可動子442と、可動子442を閉弁方向に移動させる磁気吸引力を発生させるソレノイド102と、を備える。ここで、可動子442は、ロッド117とは別体で構成される。
 そして、吸入弁113が吸入弁閉位置Xc113から開弁方向に移動を開始した後に、ロッド113が吸入弁閉位置Xc113に到達し、さらに開弁方向に移動する。すなわち、高圧燃料ポンプを制御する制御装置は、吸入弁113が吸入弁閉位置Xc113から開弁方向に移動を開始した後に、ロッド117が吸入弁閉位置Xc113に到達し、さらに開弁方向に移動するようにソレノイド102に流す駆動電流を制御する。
 これにより、可動子442(アンカー部118)の移動量D2を吸入弁113の移動量D1よりも大きくすることができる。その結果、可動子442(アンカー部118)がロッド117のつば部417aに衝突する時の衝撃力を大きくすることができる。
 詳細には、ロッド117のロッド閉位置Xc117から吸入弁閉位置Xc113までの移動距離をロッド移動距離DL(=D2-D1)とした場合に、吸入弁113が吸入弁閉位置Xc113から開弁方向に移動を開始した後に、可動子442が可動子閉位置Xc442からロッド移動距離DLの移動を完了し、さらに開弁方向に移動する。これにより、可動子442(アンカー部118)の移動量D2を吸入弁113の移動量D1よりも大きくすることができる。
 また、実用的には、ソレノイド102に対して第1の電流としての最大電流(吸引電流)が流れた後に最大電流よりも低い第2の電流としての中間電流(保持電流)が流れることで可動子442が閉弁方向に移動し、中間電流は吸入弁113が吸入弁閉位置Xc113から開弁方向に移動を開始した後(t1の後、図7)に遮断されることが望ましい。これにより、可動子442を開弁方向にすばやく移動することができる。
 電流値を吸引電流から保持電流に切り替えるタイミングは、可動子442の移動完了後が望ましいが、少なくとも可動子442が移動開始後であれば機能的に実現可能である。
 また、実施形態の一つとして、高圧燃料ポンプを制御する制御装置により、ソレノイド102に対して最大電流(吸引電流)が流れた後に前記最大電流よりも低い中間電流が流れることで可動子442が閉弁方向に移動し、中間電流は加圧室を加圧するプランジャが上死点に達した後(t10、図6)に遮断されることが望ましい。
 これにより、可動子442(アンカー部118)が可動子閉位置Xc442に移動するタイミングが後ろ倒しになり、次のサイクルの吸引電流を通電するタイミングでプリストローク効果を利用できる。プリストローク効果とは、可動子442(アンカー部118)の停止時に設定されているストローク分を確保することで、吸引電流の通電後に確実に可動子442(アンカー部118)を固定コア412に移動させ、閉弁可能とする効果を示す。なお、プランジャ108は、カム309により往復運動することで加圧室114を加圧する。
 もし、中間電流を遮断した後から、可動子442が閉弁位置に戻るまでの時間が長い場合は、中間電流の遮断タイミングを、プランジャが上死点に達する前に前倒ししてもよい。
 さらに、中間電流は、プランジャが上死点に達した後に上死点よりも下死点に近づいた後(t10、図7)に遮断されることが望ましい。これにより、プリストローク効果が大きくなる。
 また、ソレノイド102に対して最大電流を流した後に最大電流よりも低い中間電流を流すことで可動子442を閉弁方向に移動させ、中間電流を吸入弁113が閉弁位置から開弁位置に移動開始した後(t1の後、図7)に遮断することが望ましい。
 別の観点でいえば、本実施形態の高圧燃料ポンプを制御する制御装置はソレノイド102に対して最大電流を流した後に最大電流よりも低い中間電流を流すことで可動子442を閉弁方向に移動させ、中間電流を前記プランジャが上死点に達した後に遮断することが望ましい。これにより、前述したように、プリストローク効果が得られる。
 (変形例)
 本発明は、内燃機関の運転状態に応じて適用してもよい。例えば、エンジン回転数が高い場合は、ポンプも高速に動作する必要があり、そのような運転条件においてのみに本発明の制御方法を適用することは有効である。
 図6、図7の実施形態においては、遅れ時間Teが比較的短い事例を示しため、ソレノイド電流は吐出工程が終了して吸入工程に至るまで通電を続けていたが、遅れ時間Teが長い場合は、吐出工程終了前に通電停止することで本発明を適用できる。すなわち、アンカー部118のオーバーシュートから復帰するタイミングで、次のサイクルの吸入弁閉弁タイミングが来るように駆動することで、本発明の効果を得ることができる。
 なお、本発明は上記した実施形態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、上述した実施形態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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
 また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
12…燃料吐出口
101…ポンプボディ
102…ソレノイド
103…低圧燃料吸入口
104…圧力脈動低減機構
106…流量制御弁
108…プランジャ
113…吸入弁
114…加圧室
115…吐出弁機構
117…ロッド(ロッド部)
118…アンカー部
119…吸入弁ばね
122…燃料噴射装置(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
201…シリンダ
313…シールホルダ
314…プランジャシール
401…吸入弁シート
405…シート部
411…アウターコア
412…固定コア
415…カバー部
418…シールリング
423…ヨーク    
441…アンカー摺動部(摺動部)
442…可動子

Claims (12)

  1.  吸入弁を開弁方向に付勢するロッドと、前記ロッドを閉弁方向に駆動する可動子と、前記可動子を閉弁方向に移動させる磁気吸引力を発生させるソレノイドと、を備えた高圧燃料ポンプにおいて、
     前記吸入弁が吸入弁閉位置から前記開弁方向に移動を開始した後に、前記ロッドが前記吸入弁閉位置に到達し、さらに前記開弁方向に移動することを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  2.  請求項1に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
     前記ロッドのロッド閉位置から前記吸入弁閉位置までの移動距離をロッド移動距離とした場合に、
     前記吸入弁が前記吸入弁閉位置から前記開弁方向に移動を開始した後に、前記可動子が可動子閉位置から前記ロッド移動距離の移動を完了し、さらに前記開弁方向に移動することを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  3.  請求項1に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
     前記ソレノイドに対して最大電流が流れた後に前記最大電流よりも低い中間電流が流れることで前記可動子が前記閉弁方向に移動し、前記中間電流は前記吸入弁が前記吸入弁閉位置から前記開弁方向に移動を開始した後に遮断されることを特徴と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、
     前記ソレノイドに対して最大電流が流れた後に前記最大電流よりも低い中間電流が流れることで前記可動子が前記閉弁方向に移動し、前記中間電流は加圧室を加圧するプランジャが上死点に達した後に遮断されることを特徴と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、
     前記ソレノイドに対して最大電流が流れた後に前記最大電流よりも低い中間電流が流れることで前記可動子が前記閉弁方向に移動し、前記中間電流は加圧室を加圧するプランジャが上死点に達する前に遮断されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  6.  吸入弁を開弁方向に付勢するロッドと、前記ロッドとは別体で構成される可動子と、前記可動子を閉弁方向に移動させる磁気吸引力を発生させるソレノイドと、を備えた高圧燃料ポンプにおいて、
     前記ソレノイドに対して最大電流が流れた後に前記最大電流よりも低い中間電流が流れることで前記可動子が前記閉弁方向に移動し、前記中間電流は前記吸入弁が吸入弁閉位置から開弁位置に移動開始した後に遮断されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  7.  カムにより往復運動することで加圧室を加圧するプランジャと、吸入弁を開弁方向に付勢するロッドと、前記ロッドとは別体で構成される可動子と、前記可動子を閉弁方向に移動させる磁気吸引力を発生させるソレノイドと、を備えた高圧燃料ポンプにおいて、
     前記ソレノイドに対して最大電流が流れた後に前記最大電流よりも低い中間電流が流れることで前記可動子が前記閉弁方向に移動し、前記中間電流は前記プランジャが上死点に達した後に遮断されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  8.  請求項6又は7に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
     前記中間電流は、加圧室を加圧するプランジャが上死点に達した後に上死点よりも下死点に近づいた後に遮断されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  9.  請求項6又は7に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
     前記可動子が開弁方向に移動開始した後、前記ソレノイドに通電していないときの可動子の位置を示す可動子開位置を過ぎてから前記可動子開位置に戻るまでの間に、前記最大電流の通電が開始されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  10.  吸入弁を開弁方向に付勢するロッドと、前記ロッドを閉弁方向に駆動する可動子と、前記可動子を閉弁方向に移動させる磁気吸引力を発生させるソレノイドと、を備えた高圧燃料ポンプを制御する制御装置において、
     前記吸入弁が吸入弁閉位置から前記開弁方向に移動を開始した後に、前記ロッドが前記吸入弁閉位置に到達し、さらに前記開弁方向に移動するように前記ソレノイドに流す駆動電流を制御することを特徴とする制御装置。
  11.  請求項10に記載の制御装置において、
     前記ソレノイドに対して最大電流を流した後に前記最大電流よりも低い中間電流を流すことで前記可動子を前記閉弁方向に移動させ、前記中間電流を前記吸入弁が閉弁位置から開弁位置に移動開始した後に遮断することを特徴とする制御装置。
  12.  請求項10に記載の制御装置において、
     前記ソレノイドに対して最大電流を流した後に前記最大電流よりも低い中間電流を流すことで前記可動子を前記閉弁方向に移動させ、前記中間電流を前記プランジャが上死点に達した後に遮断することを特徴とする制御装置。
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