JP2016094913A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、信頼性の高い電磁吸入弁の構造を有する高圧燃料供給ポンプを提供することにある。
【解決手段】
加圧室１１に吸入する燃料量を調節する電磁吸入弁３００と、燃料を加圧室１１から吐出する吐出弁８と、加圧室１１を往復運動可能なプランジャ２とを備え、電磁吸入弁３００は吸入弁３０と電磁コイル４３とアンカー３６とアンカー３６を吸引するコア３８，３９とを備え、コア３８，３９はアンカー３６と対向してアンカー３６を吸引する磁気吸引面３９ａとアンカー３６の外周面を取り囲む円筒部３８ｂとを備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、アンカー３６は外周面がコア３８，３９の円筒部３８ｂの内周面と摺動するように構成され、外周面よりも半径方向内方にアンカー３６を中心軸方向に貫通する燃料通路３６ａが形成されている。
【選択図】 図１

Description

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

自動車等の内燃機関の内、燃焼室内部に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電磁吸入弁を備えた高圧燃料供給ポンプが広く用いられている。

この高圧燃料供給ポンプとして、特開２０１２−２５１４４７号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。特許文献１の高圧燃料供給ポンプおいては、電磁力によって運動をする電磁吸入弁の可動部品を２つに分割（アンカーとロッド）し、電磁力を負荷した時に、アンカーはその中心穴径とロッドの外径とが軸受けとなって摺動する構造を有する。

特開２０１２−２５１４４７号公報

しかしながら、特許文献１の高圧燃料供給ポンプにおいては、コイルに電流が与えられアンカーがコアに引き寄せられる際、アンカーとコアと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外周側へ押し流され、コア薄肉部に衝突し、そのエネルギーによって壊食が発生する懸念があった。壊食が進行すると燃料がコイル線側に漏れ、その結果、コイル線のエナメル被覆に存在する微小欠損同士がショートし電磁吸入弁の動作不良、すなわちポンプ機能を損なう恐れがある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、信頼性の高い電磁吸入弁の構造を有する高圧燃料供給ポンプを提供することにある。

本発明では、上記課題を解決するために、アンカー外周面と第一コア内周面を摺動軸受け面として構成する。さらにアンカー中心側に１つ以上の軸方向の貫通孔を設置する。

本発明によれば、アンカーがコアに引き寄せられる際、その空間の流体のほとんどは、アンカー外周側の狭い通路を通過せず、アンカーに設けた貫通孔を通過する。この様に構成することで、コア薄肉部の壊食を回避することができる。

本発明の第一実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明の第一実施例による高圧燃料供給ポンプの、図１とは異なる断面で示した縦断面図であり、エンジンへの取付けについても示した断面図である。 本発明の第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が開弁した状態を示す。 本発明の第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁初期の状態であり、電磁吸入弁に通電中の状態を示す。 本発明の第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁後期の状態であり、電磁吸入弁への通電を解除した状態を示す。 本発明の第一実施例による高圧燃料供給ポンプのプランジャ及び電磁吸入弁の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第二実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の断面図である。 本発明の第一実施例及び第二実施例による高圧燃料供給ポンプを含む燃料供給システムの一例を模式的に示す全体構成図である。

以下、図面を用いて、本発明に係る実施例を詳細に説明する。以下の説明で、特に断りなく上下方向或いは上下方向における位置を説明する場合は、その上下方向或いは上下方向における位置は、図１の紙面上における上下方向或いは上下方向における位置によって定義され、高圧燃料供給ポンプが実装された状態における上下方向或いは上下方向における位置を意味するものではない。

図８に示すシステムの全体構成図を用いてシステムの構成と動作を説明する。

破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプ（以下高圧ポンプと呼ぶ）の本体であり、この破線の中に示されている機構及び部品は高圧ポンプ本体１に一体に組み込まれている。

燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づいてフィードポンプ２１によって汲み上げられ、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧ポンプの低圧燃料吸入口（吸入ジョイント）１０ａに送られる。

吸入ジョイント１０ａを通過した燃料は、圧力脈動低減機構９及び吸入通路１０ｄを介して、容量可変機構を構成する電磁吸入弁３００の吸入ポート３１ｂに至る。

電磁吸入弁３００に流入した燃料は、吸入弁３０を通過し、加圧室１１に流入する。エンジンのカム機構によりプランジャ２に往復運動する動力が与えられ、プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降工程では吸入弁３０部から燃料を吸入し、上昇工程では燃料が加圧され、吐出弁８ｂを有する吐出弁機構８を介し、圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ燃料が圧送され、ＥＣＵ２７からの信号に基づきインジェクタ２４がエンジンへ燃料を噴射する。

高圧ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁吸入弁３００への信号により、所望の供給燃料圧力となるように燃料を吐出する。

異常な高圧を防止するためにリリーフバルブ１００が構成され、リリーフバルブ１００の設定圧力以上に圧力が上昇すると、リリーフバルブ１００が開弁し、高圧ポンプの加圧室１１内に燃料が戻されることで、コモンレール２３内が異常な高圧状態になるのを防止する。

ポンプ本体１にはさらに、吐出弁機構８の下流側の吐出通路１２と加圧室１１とを連通する高圧流路１１０が吐出弁機構８をバイパスして設けられている。高圧流路１１０には燃料の流れを吐出通路１２から加圧室１１への一方向のみに制限する、リリーフ弁１０２を有するリリーフ弁機構１００が設けられている。リリーフ弁１０２は、押付力を発生するリリーフばね１０５によりリリーフ弁シート１０１に押付けられており、加圧室１１内と高圧流路１１０内との間の圧力差が規定の圧力以上になるとリリーフ弁１０２がリリーフ弁シート１０１から離れ、開弁するように設定している。

高圧ポンプの電磁吸入弁３００の故障等によりコモンレール２３が異常な高圧となり、吐出通路１２と加圧室１１との差圧がリリーフ弁１０２の開弁圧力以上になると、リリーフ弁１０２が開弁し、異常高圧となった燃料は高圧流路１１０から加圧室１１へと戻され、コモンレール２３等の高圧部配管が保護される。

図１、図２及び図９を用いて、高圧ポンプの構成及び動作について説明する。

一般に、高圧ポンプはポンプ本体１に設けられたフランジ１ｅを用い、内燃機関のシリンダヘッド９０の平面に密着し、複数のボルト９１で固定される。取付けフランジ１ｅは溶接部１ｆにてポンプ本体１に全周を溶接結合されて環状固定部を形成している。本実施例では、レーザー溶接を用いている。

シリンダヘッド９０とポンプ本体１との間のシールのために、Ｏリング６１がポンプ本体１に嵌め込まれ、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止している。

ポンプ本体１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、かつ内部に加圧室１１を形成するよう端部が有底筒形状に形成されたシリンダ６が取り付けられている。さらに加圧室１１は燃料を供給するための電磁吸入弁３００と加圧室１１から吐出通路１２に燃料を吐出するための吐出弁機構８に連通するよう、外周側に環状の溝６ａと、環状の溝６ａと加圧室１１とを連通する複数個の連通穴６ｂが設けられている。

シリンダ６はその外径部（外周部）において、ポンプ本体１に圧入固定され、ポンプ本体１との隙間から加圧した燃料が低圧側に漏れないよう圧入部円筒面でシールしている。また、シリンダ６の加圧室側端部に小径部６ｃを有し、ポンプ本体１に設けられた小径部１ａに嵌められている。加圧室１１の燃料が加圧されることにより、シリンダ６には低圧燃料室１０ｃ側に向けて押圧する力が作用する。小径部１ａ及び小径部６ｃは、この力を受けてシリンダ６が低圧燃料室１０ｃ側に抜けることを防止している。シリンダ６の小径部６ｃの周囲に形成された環状面とポンプ本体１の小径部１ａの周囲に形成された環状面とは平面で構成されており、お互いの平面を軸方向に接触させることで、ポンプ本体１とシリンダ６との前記接触円筒面のシールに加え、二重のシールの機能をも果たす。

プランジャ２の下端には、内燃機関のカムシャフトに取り付けられたカム９３の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するタペット９２が設けられている。プランジャ２はリテーナ１５を介してばね４にてタペット９２に圧着されている。これによりカム９３の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に往復運動させることができる。

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

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

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

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂを有することにより、プランジャ２の往復運動によって環状低圧燃料室７ａの体積は増減する。体積の増減分は、燃料通路１ｄにより低圧燃料室１０と連通していることにより、プランジャ２の下降時は、環状低圧燃料室７ａから低圧燃料室１０へ、上昇時は、低圧燃料室１０から環状低圧燃料室７ａへと燃料の流れが発生する。

このことにより、ポンプの吸入工程もしくは、戻し工程におけるポンプ内外への燃料流量を低減することができ、脈動を低減する機能を有している。

低圧燃料室１０には高圧ポンプ内で発生した圧力脈動が燃料配管２８へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構９が設置されている。一度加圧室１１に流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３０を通して吸入通路１０ｄ（吸入ポート３１ｂ）へと戻される場合、吸入通路１０ｄ（吸入ポート３１ｂ）へ戻された燃料により低圧燃料室１０には圧力脈動が発生する。しかし、低圧燃料室１０に設けた圧力脈動低減機構９は、波板状の円盤型金属板２枚をその外周で張り合わせ、内部にアルゴンのような不活性ガスを注入した金属ダンパで形成されており、圧力脈動はこの金属ダンパが膨張・収縮することで吸収低減される。９ｂは金属ダンパをポンプ本体１の内周部に固定するための取付金具であり、燃料通路上に設置されるため、複数の穴を設け取付金具９ｂの表裏に流体が自由に行き来できるようにしている。

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

なお、吐出弁ホルダ８ｄの内部には、吐出弁８ｂのストロークを規制するスットパーを形成する段付部８ｆが設けられている。

加圧室１１と燃料吐出口１２に燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、燃料吐出口１２の燃料圧力よりも大きくなった時に始めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁し、加圧室１１内の燃料は燃料吐出口１２を経てコモンレール２３へと高圧吐出される。吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ８ｆと接触し、ストロークが制限される。したがって、吐出弁８ｂのストロークは吐出弁ストッパ８ｄによって適切に決定される。これによりストロークが大きすぎて、吐出弁８ｂの閉じ遅れにより、燃料吐出口１２へ高圧吐出された燃料が、再び加圧室１１内に逆流してしまうのを防止でき、高圧ポンプの効率低下が抑制できる。また、吐出弁８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、吐出弁８ｂがストローク方向にのみ運動するように、吐出弁ホルダ８ｄの内周面でガイドしている。以上のようにすることで、吐出弁機構８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。

これらの構成により、加圧室１１は、ポンプハウジング１、電磁吸入弁３００、プランジャ２、シリンダ６及び吐出弁機構８にて構成される。

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

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

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

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

以上のように構成することで、電磁コイル４３への通電タイミングを制御することで、高圧吐出される燃料の量を内燃機関が必要とする量に制御することが出来る。

ここで、本発明である、電磁吸入弁について、図３から図５の断面図及び図６のタイミングチャートを用い詳細に説明する。

図３は電磁吸入弁３００の拡大図で、電磁コイル４３に通電されていない無通電の状態であり、加圧室１１の圧力が低い（フィードポンプ２１で圧送される圧力）状態の図である。この状態で、吸入工程と戻し工程とが行われる。図４は電磁吸入弁３００の拡大図で、電磁コイル４３に通電され、可動部であるアンカー３６が電磁吸引力により第二コア３９に接触し、吸入弁３０が閉弁した状態の図である。図５は電磁吸入弁３００の拡大図で、ポンプ室の圧力が十分増加した後の吸入弁が閉まった状態での、電磁コイル４３への通電が解除された無通電の状態の図である。

吸入弁部は、吸入弁３０、吸入弁シート３１、吸入弁ストッパ３２、吸入弁付勢ばね３３、吸入弁ホルダ３４からなる。

吸入弁シート３１は円筒型で、内周側の軸方向にシート部３１ａ、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３１ｂを有し、外周円筒面でポンプ本体１に圧入保持される。

吸入弁ホルダ３４は、放射状に２方向以上の爪を有し、爪外周側が吸入弁シート３１の内周側で同軸に嵌合保持される。さらに円筒型で一端部につば形状を持つ吸入弁ストッパ３２が吸入弁ホルダ３４の内周円筒面に圧入保持される。

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

この様に吸入弁部を構成することで、ポンプの吸入工程においては、吸入通路３１ｂを通過し内部に入った燃料が、吸入弁３０とシート部３１ａの間を通過し、吸入弁３０の外周側及び吸入弁ホルダ３４の爪の間を通り、ポンプ本体１及びシリンダ６の通路を通過し、ポンプ室（加圧室）１１へ燃料を流入させる。また、ポンプの吐出工程においては、吐出弁３０が吸入弁シート部３１ａと接触シールすることで、燃料の入口側への逆流を防ぐ逆止弁の機能を果たす。

吸入弁３０の動きを滑らかにするために、吸入弁ストッパ３２の内周側の液圧を吸入弁３０の動きに応じて逃がすために、通路３２ａが設けられている。

吸入弁３０の軸方向の移動量３０ｅは吸入弁ストッパ３２によって有限に規制されている。移動量が大きすぎると吸入弁３０の閉じる時の応答遅れにより前記逆流量が多くなりポンプとしての性能が低下するためである。この移動量の規制は、吸入弁シート３１ａ、吸入弁３０及び吸入弁ストッパ３２の軸方向の形状寸法及び、圧入位置で規定することが可能である。

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

吸入弁３０、吸入弁シート３１及び吸入弁ストッパ３２は、お互い作動時に衝突を繰返すため、高強度、高硬度で耐食性にも優れるマルテンサイト系ステンレスに熱処理を施した材料を使用する。吸入弁スプリング３３及び吸入弁ホルダ３４には耐食性を考慮しオーステナイト系ステンレス材を用いる。

次にソレノイド機構部について説明する。ソレノイド機構部は、可動部であるロッド３５、アンカー３６、固定部であるばね座部材３７、第一コア３８、第二コア３９、そして、ロッド付勢ばね４０、アンカー付勢ばね４１からなる。

可動部であるロッド３５とアンカー３６は別部材に構成している。ロッド３５はばね座部材３７の内周側で軸方向に摺動自在に保持され、アンカー３６の外周側は、第一コア３８の内周側で摺動自在に保持される。すなわち、ロッド３５及びアンカー３６共に幾何学的に規制される範囲で軸方向に摺動可能に構成されている。

アンカー３６は燃料中で軸方向に自在に滑らかに動くために、部品軸方向に貫通する貫通穴３６ａを１つ以上有し、アンカー前後の圧力差による動きの制限を極力排除している。ばね座部材３７は、径方向には、ポンプ本体１の吸入弁が挿入される穴の内周側に挿入され、軸方向には、吸入弁シート３１の一端部に突き当てられ、ポンプ本体１に溶接固定される第一コア３８とポンプ本体１との間に挟み込まれる形で配置される構成としている。ばね座部材３７にもアンカー３６と同様に軸方向に貫通する貫通穴３７ａが設けられ、アンカーが自在に滑らかに動くことができる様、アンカー側の燃料室の圧力がアンカーの動きを妨げない様に構成している。

第一コア３８は、ポンプ本体と溶接される部位との反対側３８ｂの形状を薄肉円筒形状としており、その内周側に第二コア３９が挿入される形で溶接固定される。第二コア３９の内周側にはロッド付勢ばね４０が、小径部３９ａをガイドに配置され、ロッド３５の先端が吸入弁３０と接触し、吸入弁３０を吸入弁シート部３１ａから引き離す方向、すなわち吸入弁の開弁方向に付勢力を与える。すなわち吸入弁３０はロッド３５と別体として構成され、ロッド３５の一端部に当接することにより閉弁方向への移動を規制されるように構成されている。第二コア３９には、アンカー３６の磁気吸引面３６ｃと対向する磁気吸引面３９ａが形成されている。第二コア３９の磁気吸引面３９ａとアンカー３６の磁気吸引面３６ｃとは平行であり、両者の間には開弁状態にあるときに符号３６ｅで示す間隙が設けられており、コイル４３に通電することにより両社の間に磁気吸引力が作用し、アンカー３６が第二コア３９側に引き付けられる。

アンカー付勢ばね４１は、ばね座部材３７の中心側に設けた円筒形状のロッド挿通部３７ｃに一方の端部を挿入し同軸を保ちながら、アンカー３６にロッドつば部３５ａ方向に付勢力を与える配置としている。ロッド挿通部３７ｃの中心部には、ロッド挿通孔３７ｂが形成され、ロッド挿通孔３７ｂにロッド３５が挿通されている。ロッドつば部３５ａは、ロッド３５の、アンカー３６に対する開弁方向への相対変位を規制する。すなわちロッド３５がアンカー３６に対して開弁方向に相対変位する場合に、アンカー３６と係合して相対変位を規制する係合部を構成している。ロッド３５はロッド挿通孔３７ｂには接触しておらず、ロッド３５の外周面とロッド挿通孔３７ｂの内周面との間には間隙が設けてある。

アンカー３６の移動量３６ｅは吸入弁３０の移動量３０ｅよりも大きく設定される。確実に吸入弁３０が閉弁するためである。

ロッド３５はアンカー３６と摺動するため、またロッド３５は吸入弁３０と衝突を繰返すため、硬度と耐食性を考慮しマルテンサイト系ステンレスに熱処理を施したものを使用する。アンカー３６と第二コア３９は磁気回路を形成するため磁性ステンレスを用い、さらにアンカー３６と第二コアのそれぞれの衝突面には、硬度を向上させるための表面処理を施している。さらにアンカー３６外周面と第一コア３８の内周面にも硬度と耐食性を向上させるために表面処理を施しても良い。表面処理には硬質Ｃｒめっきがあるがその限りでは無い。ロッド付勢スプリング４０、アンカー付勢スプリング４１には耐食性を考慮しオーステナイト系ステンレスを用いる。

吸入弁部には１つのばねが設けられ、ソレノイド機構部には２つのばねが設けられることにより、電磁吸入弁３００には３つのばねが構成されることになる。すなわち、電磁吸入弁３００には、吸入弁部に構成される吸入弁付勢ばね３３、ソレノイド機構部に構成されるロッド付勢ばね及びアンカー付勢ばねが構成される。本実施例ではいずれのばねもコイルばねを使用しているが付勢力を得られる形態であればいかなるものでも構成可能である。

次にコイル部の構成について説明する。コイル部は、第一ヨーク４２、電磁コイル４３、第二ヨーク４４、ボビン４５、端子４６、コネクタ４７から成る。ボビン４５に銅線が複数回巻かれたコイル４３が、第一ヨーク４２と第二ヨーク４４により取り囲まれる形で配置され、樹脂部材であるコネクタ４７と一体にモールドされて固定されている。二つの端子４６の一方の端部はコイルの銅線の両端にそれぞれ通電可能に接続される。端子４６はコネクタ４７と一体にモールドされ、他方の端部がエンジン制御ユニット側と接続される構成としている。コイル部は第一ヨーク４２の中心部の穴部が、第一コア３８に圧入されて固定されている。その時、第二ヨーク４４の内径側は、第二コア３９と接触もしくは僅かなクリアランスで近接する構成となっている。

第一ヨーク４２及び第二ヨーク４４は共に、磁気回路を構成するために、また耐食性を考慮して磁性ステンレス材料で構成し、ボビン４５及びコネクタ４７は強度特性及び耐熱特性を考慮して、高強度耐熱樹脂を用いて構成している。コイル４３には銅、端子４６には真鍮に金属めっきを施した物を使用する。

上述の様にソレノイド機構部とコイル部とを構成することで、図３の矢印部に示す様に、第一コア３８、第一ヨーク４２、第二ヨーク４４、第二コア３９及びアンカー３６で磁気回路を形成し、コイルに電流を与えると、第二コア３９とアンカー３６との間に電磁力が発生し、アンカー３６を第二コア３９側に引き寄せる力が発生する。第一コア３８において、第二コア３９とアンカー３６とが対向して吸引力を発生させる軸方向部位を、極力薄肉（薄肉円筒形状）にして磁気抵抗を高めることで、磁束のほぼ全てが第二コア３９とアンカー３６との間を通過するため、効率良く電磁力を得ることができる。この薄肉円筒形状部３８ｂにおいて、第二コア３９とアンカー３６とが対向する軸方向部位に環状溝を形成し、さらに肉厚を薄くして磁気抵抗を高める場合もある。

上記電磁力が、ロッド付勢ばね４０の付勢力からアンカー付勢ばね４１の付勢力及び吸入弁付勢ばね３３の付勢力を差し引いた開弁付勢力ｆ１を上回った時に、可動部であるアンカー３６がロッド３５と共に第二コア３９に引き寄せられる運動、また第二コア３９とアンカー３６とが接触し、接触を継続することを可能とする。

以下、図３〜５、及び図６のタイミングチャートを用いて動作と発明の利点について詳細に説明する。

≪吸入工程≫
プランジャ２が上死点から下降を始めると、加圧室１１内の圧力が例えば２０ＭＰａレベルの高圧の状態から急激に小さくなり、前述の力ｆ１によりロッド３５、アンカー３６及び吸入弁３０が、吸入弁３０の開弁方向に移動を始める。吸入弁３０が開弁することで、吸入弁シート３１の通路３１ｂから吸入弁シート３１内径側に流入した燃料が、加圧室１１内に吸入され始める。

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

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

図６のＡに示す部分で、ロッド３５とアンカー３６とが完全に離れる説明としているが、ロッド３５とアンカー３６とが接触したままの状態でも良い。言い換えると、ロッドつば部３５ａとアンカー３６との接触部に作用する荷重は、ロッド３５の運動停止後減少し、０になるとアンカー３６がロッド３５に対し分離を開始するが、０にならず僅かの荷重を残すようにアンカー付勢ばね４１の付勢力を設定しても良い。

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

アンカー３６の径方向における保持方法（支持方法）は、アンカー３６の内径とロッド３５の外径とのクリアランスで保持する方法と、アンカー３６の外径と第一コア３８の内周面とのクリアランスで保持する方法とがある。本実施例においては、アンカー３６の外径と第一コア３８の内周面とを摺動面とすることで、アンカー３６の径方向位置を保持するようにしている。

吸入弁３０が開弁した後、さらにプランジャ２が降下を行い下死点に到達する。この間、加圧室１１には燃料が流入し続け、この工程が吸入工程である。

≪戻し工程≫
下死点まで降下したプランジャ２は、上昇工程に入る。吸入弁３０は前記ｆ１を超える電磁力で開弁状態に停止したままであり、吸入弁３０を通過する流体の方向が真逆になる。すなわち吸入工程では燃料が、吸入弁シート通路３１ｂから加圧室１１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１１から吸入弁シート通路３１ｂ方向に戻される。この工程を戻し工程と呼ぶ。

≪戻し工程〜吐出工程への遷移状態≫
所望の吐出時刻よりも、電磁力の発生遅れ、吸入弁３０の閉弁遅れを考慮した早い時刻において、電磁コイル４３に電流が与えられ、アンカー３６と第二コア３９との間に磁気吸引力が働く。電流は前記力ｆ１に打ち勝つ磁気吸引力を発生するのに必要な大きさの電流を与える必要がある。この磁気吸引力が前記力ｆ１に打ち勝った時点で、アンカー３６が第二コア３９方向へ移動を開始する。アンカー３６の外周面が第一コア３８の内周面を摺動、移動することで、軸方向につば部３５ａで接触しているロッド３５も同じく移動し、吸入弁３０が吸入弁付勢ばね３３の力を受けて閉弁を開始する。このとき、流体力、主には、加圧室１１側からシート部を通過する燃料の流速による静圧は低下する。

上述したように本実施例では、アンカー３６は第一コア３８の内周面３８ａがガイド面となってロッド３５の軸方向に移動するように構成されている。このため、アンカー３６の外周面と第一コア３８の内周面３８ａとの間の間隔は非常に小さく、この隙間を流れようとする燃料流れに対して非常に大きな流体抵抗を与える構成となっている。

本実施例では、アンカー３６と第一コア３８とが接触して摺動する構成とし、ロッド３５はアンカー３６の貫通孔３６ｂに当接して摺動する構成としている。すなわちロッド３５はアンカー３６の貫通孔３６ｂによってガイドされて、アンカー３６と相対変位可能に構成されている。このため、ばね座部材３７のロッド挿通孔３７ｂの内周面とロッド３５の外周面との間には間隙が設けてある。

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

アンカー３６についても、第二コア３９に衝突し停止する。ロッド３５はアンカー３６停止後も慣性力で運動を続けるが、ロッド付勢ばね４０の付勢力が慣性力に打ち勝ち押し戻され、つば部３５ａがアンカー３６に接触する位置まで戻ることができる。

アンカー３６が第二コア３９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。この異音は、前述した吸入弁３０と吸入弁ストッパ３２とが衝突する異音の大きさよりも大きく、より大きな問題となる。異音の大きさには前記衝突時のエネルギーの大きさが影響する。しかし、ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成しているために、第二コア３９に衝突するエネルギーは、アンカー３６の質量のみで発生することとなる。すなわちロッド３５の質量は衝突エネルギーに寄与しないため、ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成することで、異音の大きさを低減することができる。

一度アンカー３６が第二コア３９に接触した後は、接触することにより十分な磁気吸引力が発生しているため、接触を保持するためだけの小さな電流値とすることができる。

ここで、ソレノイド機構部内に発生する懸念のある、壊食の問題について説明する。

アンカー３６と第一コア３８との間に燃料が流れる流路が構成されていると、コイルに電流が与えられてアンカー３６が第二コア３９に引き寄せられる際、アンカー３６と第二コア３９と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（燃料）は行き場を失い、速い流れを持ってアンカー３６の外周側へ押し流され、第一コア３８の薄肉部に衝突する。この燃料流れの衝突のエネルギーにより、第一コア３８の薄肉円筒形状部３８ｂに壊食が発生する懸念がある。また、押し流された流体がアンカー３６の外周を通過してばね座部材３７側に流れる。このとき、アンカー３６の外周側の流路が狭いために流速が大きくなり、静圧が急速に低下することによってキャビテーションが発生し、第一コア３８の薄肉部においてキャビテーションによる壊食が発生する懸念がある。

このキャビテーション壊食を本発明では以下の理由から解決する事が出来る。

本実施例において、アンカー３６の外周と第一コア３８の内周部は摺動部を構成しているため、そのクリアランスは直径差でおよそ５〜１０μｍ程度である。一方、アンカー３６の中心側に１つ以上の軸方向の貫通穴（貫通孔）３６ａを設置している。貫通穴３６ａはアンカー３６を中心軸方向（ロッド３５の軸方向）に貫通し、アンカー３６に対して第二コア３９側の空間（燃料室）とばね座部材３７側の空間（燃料室）とを連通する燃料通路を構成する。アンカー３６が第二コア３９側に引き寄せられる際、アンカー３６と第二コア３９との間の空間の流体のほとんどは、アンカー３６の外周側の狭い通路を通過せず、貫通穴３６ａを通過してアンカー３６とばね座部材３７との間に形成された燃料室に移動する。この様に構成することで、第一コア３８の薄肉部３８ｂの壊食を回避することができる。

アンカー３６とロッド３５とを一体で構成している場合においても、アンカー３６の貫通穴３６ａの容量を最適化することにより上記問題を解決することが可能である。アンカー３６の貫通穴３６ａは、その流体抵抗が、アンカー３６の外周面と第一コア３８の内周面との間の隙間における流体抵抗よりも小さくなるように構成されていればよい。そして、アンカー３６の貫通穴３６ａは、アンカー３６の外周面よりも半径方向の内方（中心側）に設けられていればよい。例えば、ロッド３５が挿通される中心孔３６ｂの内周面に、周方向に間隔を置いて、溝を設けてもよい。或いは、アンカー３６の貫通穴３６ａをロッド３５の外周面が摺動しない構成にしてもよい。この場合、ロッド３５はばね座部材３７のロッド挿入孔３７ｂの内周面に摺動するようにするとよい。すなわちばね座部材３７をロッドガイドとして構成すると良い。

アンカー３６とロッド３５とを一体で構成している場合、エンジン高回転時すなわちプランジャ２の上昇速度が大きい条件において、コイル４３に電流が付与されアンカー３６が第二コア３９に移動しようとする力に、さらに非常に速度の大きい流体による吸入弁３０を閉じる力が追加付与力として増加され、ロッド３５及びアンカー３６が第二コア３９へ急激に接近するため、その空間の流体が押し出される速度がさらに大きくなる。そのため、アンカー３６の貫通穴３６ａの容量を大きくする、すなわち穴数を増やす、或いは穴径を拡大する等の最適設計をすることにより、壊食の問題を解決することが出来る。

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

≪吐出工程≫
プランジャ２が下死点から上昇工程に転じ、所望のタイミングでコイル４３に電流が与えられ吸入弁３０が閉じるまでの戻し工程が終了した直後、加圧室１１内の圧力が急速に増大し、吐出工程となる。吐出工程後には、省電力の観点からコイル４３に与える電力を削減することが望ましいため、コイルに与える電流を切断する。電磁力が付加されなくなりアンカー３６及びロッド３５が、ロッド付勢ばね４０とアンカー付勢ばね４１の合力により、第二コア３９から離れる方向へ移動する。ところが、吸入弁３０が強固な閉弁力で閉弁位置にあるためロッド３５は閉弁状態の吸入弁３０に衝突した位置で停止する。

ロッド３５とアンカー３６とは電流切断後同時に移動を開始するが、ロッド３５の先端と閉弁状態の吸入弁３０とが接触した状態でロッド３５が停止した後も、アンカー３６は慣性力で吸入弁３０の方向へ移動を続けようとする。図６のＢの状態である。ところが、アンカー付勢ばね４１が慣性力に打ち勝ち、アンカー３６に第二コア３９の方向に付勢力を与えるため、アンカー３６はロッド３５のつば部３５ａに接触した状態（図５の状態）で停止することができる。

この様に、燃料が吐出される吐出工程が行われ、次の吸入工程直前においては、吸入弁３０、ロッド３５及びアンカー３６は図５の状態となっている。

プランジャ２が上死点に達した時点で、吐出工程が終了し、再び吸入工程が開始される。

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

図７は吸入弁部の別の実施例を示すものである。アンカー３６に付勢力を与える、アンカー付勢ばね４１を有しない構造である。アンカー付勢ばね４１以外の構成は、実施例１と同様である。実施例１と同じくアンカー３６の外周を第一コア３８の内周で保持する構造であり、実施例１で示す電磁吸入弁３００と同等の動作、効果を発揮するものである。

１…ポンプ本体、２…プランジャ、６…シリンダ、７…シールホルダ、８…吐出弁機構、９…圧力脈動低減機構、１０ａ…低圧燃料吸入口、１１…加圧室、１２…燃料吐出口、１３…プランジャシール、３０…吸入弁、３１…吸入弁シート、３３…吸入弁ばね、３５…ロッド、３６…アンカー、３８…第一コア、３８ｂ…第一コアの薄肉円筒形状、３９…第二コア、４０…ロッド付勢ばね、４１…アンカー付勢ばね、４３…電磁コイル、３００…電磁吸入弁。

Claims (5)

1. 加圧室に吸入する燃料量を調節する電磁吸入弁と、燃料を加圧室から吐出する吐出弁と、前記加圧室を往復運動可能なプランジャとを備え、前記電磁吸入弁は吸入弁と電磁コイルとアンカーと前記アンカーを吸引するコアとを備え、前記コアは前記アンカーと対向して前記アンカーを吸引する磁気吸引面と前記アンカーの外周面を取り囲む円筒部とを備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記アンカーは外周面が前記コアの前記円筒部の内周面と摺動するように構成され、前記外周面よりも半径方向内方に前記アンカーを中心軸方向に貫通する燃料通路が形成されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記電磁吸入弁は前記アンカーと相対変位可能に構成されたロッドを備え、
   前記ロッドは前記アンカーの中心部を中心軸方向に貫通するように設けられた貫通孔に挿通されると共に、前記アンカーに対する開弁方向への相対変位が規制されるように前記アンカーと係合する係合部を有し、
   前記ロッドを開弁方向に付勢する第一ばねと前記吸入弁を閉弁方向に付勢する第二ばねとを備えたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記吸入弁は前記ロッドと別体として構成されると共に、前記ロッドの一端部に当接することにより閉弁方向への移動を規制されるように構成されたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項３に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記アンカーを閉弁方向に付勢する第三ばねを備えたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項３又は４に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記ロッドは前記アンカーの中心部に設けられた前記貫通孔の内周面に摺動するように構成され、
   前記アンカーを中心軸方向に貫通する前記燃料通路は前記貫通孔と前記アンカーの外周面との間に形成されたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

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