(57)【要約】【課題】小型かつ簡便な構造で高応答かつ高出力な電磁駆動式の流量制御弁、それを搭載した高圧燃料供給ポンプを提供する。【解決手段】アンカーに吸引面を形成するフランジ部と、このフランジ部より径の小さい第１周面部と、フランジ部の外周面と第３の空隙を挟んで対面する筒状の非磁性領域とを備え、第３の空隙によって背圧室と連通される第１流体溜り部とを備える構成とする。この構成では、吸引面の断面積を拡大するためにフランジ部の径を拡大すると、これにともないアンカーが押しのける燃料は増加するが、その一部は第１流体溜り部に吸収されるため、燃料通路を通過する燃料はフランジ部の径を拡大する前と比べて増加しない。これによって、燃料通路を拡大することなく吸引面の断面積を拡大することができるため、燃料通路で発生する磁気抵抗の増加を抑え、吸引力を効率よく向上させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプに設けられたシリンダと、前記シリンダ内に摺動可能に設けられカムの回転にしたがって往復運動するプランジャと、前記プランジャ及び前記シリンダで形成される流体の加圧室と、前記加圧室と流体の吸入通路の間に形成される空間に設けられた電磁弁と、前記加圧室と流体の吐出通路の間に形成される空間に設けられた吐出弁と、を備えるプランジャ式高圧燃料供給ポンプであって、
前記電磁弁は弁体と共に軸方向に移動可能であるアンカー、前記アンカーの動作により体積が増減する背圧室、前記アンカーの吸引面と第１の空隙を挟んで対面する固定磁気吸引面、前記アンカーの外周面と第２の空隙を挟んで対面する筒状磁性領域部を備え、第２の空隙が前記背圧室への燃料通路を形成し、かつ前記アンカーと共同で磁気回路を形成する構成とし、前記アンカーに吸引面を形成するフランジ部と、前記フランジ部より径の小さい第１周面部と、前記フランジ部の外周面と第３の空隙を挟んで対面する筒状の非磁性領域とを備え、前記第２の空隙が前記第１周面部の外周に設けられており、前記第３の空隙によって前記背圧室と連通される第１流体溜り部とを備えることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【請求項２】
請求項１において、前記第１周面部には、更に径の小さい第２周面部を一体または別部材で形成して備え、前記第２の空隙によって前記第１流体溜り部と連通される第２流体溜り部を形成することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【請求項３】
請求項１において、前記第２の空隙および前記第３の空隙は前記アンカーの外周面に形成されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【請求項４】
請求項１において、前記第３の空隙は前記第２の空隙よりも断面積が大きいことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【請求項５】
請求項１において、前記弁体若しくはロッドがばねにより開弁方向の付勢力を受けており、前記電磁弁への通電がない場合、開弁状態を維持することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【請求項６】
請求項５において、前記ばねは前記背圧室内に設置されていることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
【請求項７】
請求項５において、前記弁体が弁体部とロッド部の二部材から構成され、前記ロッド部を開弁方向に付勢する第一のばねと、前記弁体部を閉弁方向に付勢する第二のばねを有し、前記第一のばねの付勢力は前記弁体ばねの付勢力よりも大きいことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
【請求項８】
請求項１において、前記弁体若しくはロッドがばねにより閉弁方向の付勢力を受けており、前記電磁弁への通電がない場合、閉弁状態を維持することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【請求項９】
請求項８において、前記弁体が弁体部とロッド部の二部材から構成され、前記ロッド部を閉弁方向に付勢する第一のばねと、前記弁体部を閉弁方向に付勢する第二のばねを有することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【請求項１０】
磁気吸引面が形成されたフランジ部と、このフランジ部より径の小さい周面部とを備え、弁体若しくはロッドと共に軸方向に移動可能であるアンカー、
前記アンカーの吸引面と第１の空隙を挟んで対面する固定側磁気吸引面部、前記アンカーの周面部に第２の空隙を挟んで対面する筒状磁性領域部、前記アンカーの前記フランジ部の外周部と第２の空隙を挟んで対面する筒状の非磁性領域とを備え、前記アンカーと共同して磁気通路を形成する固定コア、
前記第３の空隙によって前記第１の空隙と連通される流体溜り部
とを備える電磁式の流量制御弁
【請求項１１】
請求項１０において、前記第１周面部には、更に径の小さい第２周面部を一体または別部材で形成して備え、前記第２の空隙によって前記第１流体溜り部と連通される第２流体溜り部を形成することを特徴とする電磁式の流量制御弁。
【請求項１２】
請求項１０において、前記第２の空隙および前記第３の空隙は前記アンカーの外周面に形成されていることを特徴とする電磁式の流量制御弁。
【請求項１３】
請求項１０において、前記第３の空隙は前記第２の空隙よりも断面積が大きいことを特徴とする電磁式の流量制御弁。
【請求項１４】
請求項１０において、前記弁体若しくはロッドがばねにより開弁方向の付勢力を受けており、前記電磁式の流量制御弁への通電がない場合、開弁状態を維持することを特徴とする電磁式の流量制御弁。
【請求項１５】
請求項１４において、前記ばねは前記背圧室内に設置されていることを特徴とする電磁式の制御弁。
【請求項１６】
請求項１４において、前記弁体が弁体部とロッド部の二部材から構成され、前記ロッド部を開弁方向に付勢する第一のばねと、前記弁体部を閉弁方向に付勢する第二のばねを有し、前記第一のばねの付勢力は前記第二のばねの付勢力よりも大きいことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
【請求項１７】
請求項１０において、前記弁体若しくはロッドがばねにより閉弁方向の付勢力を受けており、前記電磁弁への通電がない場合、閉弁状態を維持することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【請求項１８】
請求項１７において、前記弁体が弁体部とロッド部の二部材から構成され、前記ロッド部を閉弁方向に付勢する第一のばねと、前記弁体部を閉弁方向に付勢する第二のばねを有することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えばエンジンに燃料を高圧で供給する高圧燃料供給ポンプ等に用いる電磁式の流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧燃料供給ポンプの電磁式の流量制御弁として、無通電時に開弁状態となるノーマルオープン式電磁弁を用いる方法が各種提案されている。例えば特開２００２−４８０３３号公報には磁気吸引面を持つアンカー（可動子）に貫通孔を設けて流体抵抗を低減し、高応答化させる技術が開示されている。また、特開２００４−１２５１１７号公報，特開２００４−１２８３１７号公報等でノーマルクローズ式電磁弁においても、磁気吸引面を持つアンカー（可動子）の中心部に貫通孔を設ける技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−４８０３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５１１７号公報
【特許文献３】特開２００４−１２８３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１〜３に示した貫通孔を設ける従来構造を用いた場合、その孔径をアンカー径に応じて拡大する必要がある。しかしながら、アンカーに孔を設けるには、ばねや中心を通るロッドの配置等から制約があり、貫通孔によって十分な燃料通路断面積を確保することが困難である。
【０００５】
ここで孔を設ける代わりに、アンカーの外周面に管状隙間によって燃料通路を形成することも考えられるが、燃料通路としての機能を果たすためには、管状隙間幅が相当の断面積を必要とする。アンカー外周面に形成された燃料通路としての管状隙間は、アンカーを通過する磁気回路の磁束量を十分確保するにはその幅は小さい方が望ましい。このように、両者はトレードオフの関係にある。
【０００６】
本発明では、これまでトレードオフとなっていた両方の課題を解決し、燃料通路の拡大による応答性の確保と磁気抵抗低減による吸引力の向上を実現する電磁駆動式の流量制御弁及び、それを搭載した高圧燃料供給ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
【０００８】
電磁駆動式の流量制御弁は、弁体若しくはロッドと共に軸方向に移動可能であるアンカー、このアンカーの動作により体積が増減する背圧室、アンカーの吸引面と第１の空隙を挟んで対面する固定磁気吸引面、アンカーの外周面と第２の空隙を挟んで対面する筒状磁性領域部を備え、第２の空隙が背圧室への燃料通路を形成し、かつアンカーと共同で磁気回路を形成するよう構成される。
【０００９】
好適には、アンカーに吸引面を形成するフランジ部と、このフランジ部より径の小さい第１周面部と、フランジ部の外周面と第３の空隙を挟んで対面する筒状の非磁性領域とを備え、第３の空隙によって背圧室と連通される第１流体溜り部とを備える構成とする。
【００１０】
また好適には、第１周面部には、更に径の小さい第２周面部を一体または別部材として設け、第２の空隙によって第１流体溜り部と連通される第２流体溜り部を備える構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように構成した本発明によれば、以下の効果を奏する。
【００１２】
フランジ部の径を拡大することにより、吸引面断面積を拡大することができる。これにともないアンカーが押しのける燃料は増加するが、その一部は第１流体溜り部に吸収されるため、燃料通路を通過する燃料はフランジ部の径を拡大する前と比べて増加しない。これによって、燃料通路を拡大することなく吸引面の断面積を拡大することができる。かくして、磁気抵抗の増加を抑え、吸引力を効率よく向上させることができる。
【００１３】
第２流体溜り部を設けたものでは、第２流体溜り部によって第１流体溜り部で吸収しきれなかった燃料を吸収し、それよりも下流の燃料穴に流れる燃料流量を低減することができる。これにより、電磁駆動式の流量制御弁内部に複雑な加工を施して燃料穴を拡大する必要がなくなり、より小型で簡便な構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１および２を実施するシステムの全体構成を示す。
【図２】本発明の実施例１に係る電磁弁の（開弁時の）断面図を示す。
【図３】本発明の実施例２に係る電磁弁の（開弁時の）断面図を示す。
【図４】実施例３および４を実施するシステムの全体構成を示す。
【図５】本発明の実施例３に係る電磁弁の（閉弁時の）断面図を示す。
【図６】本発明の実施例４に係る電磁弁の（閉弁時の）断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照して、本発明の実施形態について説明する。はじめにこの種電磁式流量制御弁に関する課題の背景を説明する。
【００１６】
昨今、エンジンの小型・高出力化が精力的に進められている。これを受け、高圧燃料供給ポンプにはエンジンの搭載性を向上させるためにボディの小型化、および高出力化に対応するために吐出燃料の大流量化が強く求められている。また、信頼性の観点から流量制御性の確保も依然として重要な課題の一つである。以上の背景を受け、大磁気吸引力，高応答な電磁弁を小型かつ簡便な構造で提供する必要がある。一般に、磁気吸引力を増加させるためには、磁気吸引面の断面積を大きくする必要があるが、それにともないアンカー径も拡大するため、燃料で満たされた電磁弁の中をアンカーが移動する際に押しのけなければならない燃料の量が増加し、小型化の制約のなかで燃料通路の断面積を拡大しなければならず、応答性の確保が困難になる。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１および実施例２を実施するノーマルオープン方式の電磁弁を用いたシステムの全体構成を示す。破線で囲まれた部分は、高圧燃料供給ポンプのポンプハウジング１を示し、この破線の中に示された機構と部品を、その中に一体に組み込んでいる。ポンプハウジング１には、吸入口１０，加圧室１１，燃料吐出通路１２が形成されている。吸入口１０及び吐出通路１２には、電磁弁５，吐出弁８が設けられており、吐出弁８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となっている。また、吸入口１０と加圧室１１の間には、電磁弁５がポンプハウジング１に保持されており、電磁コイル２００，アンカー２０３，ばね２０２が配されている。弁体２０１には、ばね２０２により開弁する方向に付勢力がかけられている。このため、電磁コイル２００がＯＦＦ（無通電）時、弁体２０１は開弁状態となっている。燃料は、燃料タンク５０からフィードポンプ５１にてポンプハウジング１の吸入口１０に導かれている。その後、加圧室１１にて加圧され、燃料吐出通路１２からコモンレール５３に圧送される。コモンレール５３には、インジェクタ５４，圧力センサ５６が装着されている。インジェクタ５４は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０の信号にて噴射する。
【００１８】
以上の構成に基づき、実施例の高圧燃料供給ポンプの動作を以下説明する。
【００１９】
プランジャ２は、エンジンカムシャフト等により回転されるカムにより、往復運動して加圧室１１の容積を変化させる。プランジャ２の圧縮工程（下死点から上死点までの間の上昇工程）中に弁体２０１が閉弁すると、加圧室１１内の圧力が上昇し、これにより吐出弁８が自動的に開弁し、燃料をコモンレール５３に圧送する。
【００２０】
ここで弁体２０１は、電磁コイル２００がＯＦＦの場合、プランジャ２が圧縮工程となっても開弁状態を維持するよう、ばね２０２により付勢されている。
【００２１】
電磁コイル２００がＯＮ（通電）状態を保持した際は、ばね２０２の付勢力以上の電磁吸引力が発生し、アンカー２０３を電磁コイル２００側に引き寄せるため、弁体２０１は閉弁する。これにより、加圧室１１の容積減少分の燃料は、吐出弁８を押し開きコモンレール５３へ圧送される。
【００２２】
これに対し、電磁コイル２００がＯＦＦを保持した際は、ばね２０２の付勢力により、弁体２０１は開弁状態で保持される。従って、圧縮工程時においても、加圧室１１の圧力は吸入口１０とほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁８を開弁することができず、加圧室１１の容積減少分の燃料は、電磁弁５を通り吸入口１０側へ戻される。なお、この工程を戻し工程と呼ぶ。
【００２３】
上記のような動作をする電磁弁５を用いれば、圧縮工程の途中で、電磁コイル２００をＯＮ状態とすれば、その直後から、コモンレール５３へ燃料圧送される。ここで、ＯＮ状態とするタイミングを調節することで、ポンプが吐出する流量を制御することができる。また、一度圧送が始まれば、加圧室１１内の圧力は上昇するため、その後、電磁コイル２００をＯＦＦ状態にしても、弁体２０１は閉塞状態を維持し、プランジャ２の吸入工程（上死点から下死点までの間の下降工程）の始まりと同期して自動開弁する。
【００２４】
図２は、本発明の実施例１に係る電磁弁の開弁時における断面を示す。図２において、２００は電磁コイル、２０１は弁体、２０２はばね、２０３はアンカー、２０４はストッパー、２０５は筒状非磁性領域部、２０６は筒状磁性領域部、２０７はコアをそれぞれ表している。次に電磁弁の動作を説明する。弁体２０１，アンカー２０３，ストッパー２０４は、軸方向に摺動可能に支持されており、一体で動作する。弁体２０１はばね２０２により開弁方向に付勢されており、アンカー２０３に埋め込まれたストッパー２０４が電磁弁内部に接触することでストロークを規制され、その状態が弁体２０１の最大開弁状態となる。
【００２５】
また、コア２０７の表面には固定磁気吸引面２０８が形成されており、内部には弁体２０１の動作により体積が増減する背圧室２０９が形成されている。またアンカー２０３には、固定磁気吸引面２０８と第１の空隙２１０を介して対面する吸引面２１１が形成され、さらにフランジ部２１２よりも径が小さい第１周面部２１３が形成されている。第１周面部２１３と筒状磁性領域２０６は対面しており、その間には第２の空隙２１４が形成されている。同様に、フランジ部２１２の外周面と筒状非磁性領域２０５は対面しており、その間には第３の空隙２１５が形成されている。さらに、ストッパー２０４の外周面は第１周面部２１３よりも径が小さく、ここに第２周面部２１６が形成されている。以上の構成において、第３の空隙２１５により第１の空隙２１０を経て背圧室２０９に連通する第１流体溜り部２１８と第２の空隙２１４により第１流体溜り部２１８に連通する第２流体溜り部２１９を設ける。なお、第１流体溜り部２１８と第２流体溜り部２１９は、アンカー２０３が軸方向に動作した際に、背圧室２０９と逆位相で体積が増減することを特徴とする。
【００２６】
以上で説明した電磁弁５の電磁コイル２００をＯＮにすると、図２に示すように磁気回路の一部がコア２０７，固定磁気吸引面部２０８，第１の空隙２１０，吸引面２１１，アンカー２０３，第１周面部２１３，第２の空隙２１４，筒状磁性領域部２０６を通過するよう形成される。そして、固定磁気吸引面２０８と吸引面２１１の間に発生した磁気吸引力が、ばね２０２の付勢力に打ち勝って、アンカー２０３および弁体２０１は閉弁方向に移動し、弁体２０１が弁シート２１７に接触したところで停止して閉弁状態となる。この際、固定磁気吸引面部２０８と吸引面２１１は接触せず、第１の空隙２１０には有限な空間が存在している。アンカー２０３が閉弁方向に移動すると、背圧室２０９から押し出された燃料は第１の空隙２１０，第３の空隙２１５，第１流体溜り部２１８を通過して第２の空隙２１４へと流れ込む。
【００２７】
ここで、磁気吸引面間のエアギャップとなる第１の空隙２１０以外で発生する磁気抵抗はできる限り低い方が効率よく吸引力を向上させられて望ましい。しかしながら、磁気回路は第２の空隙２１４を通過するため、ここで大きな磁気抵抗が発生してしまう。これを回避するためには、第２の空隙２１４を小さくすればよい。しかしながら、一方で、第２の空隙２１４は背圧室２０９から押し出される燃料の通路でもあるため、特に吸引力増加を目的として吸引面２１１を拡大した際などには、電磁弁の高応答化という観点から十分大きな断面積を確保することが望ましい。以上で説明したように、一般にアンカー２０３の外周に燃料通路を形成しようとすると、燃料通路と磁気回路が共通する部分ができてしまい、両機能がトレードオフの関係になってしまう。
【００２８】
しかしながら、本実施例の構造によれば、背圧室２０９より押し出された燃料の一部は第１流体溜り部２１８に吸収されるため、第２の空隙２１４に流れる流量は低減される。言い換えれば、吸引面２１１の断面積を拡大しても、第２の空隙２１４に流れ込む燃料は第１周面部２１３の断面積が押しのけた燃料に等しくなり、増加することはない。それゆえ、燃料通路を拡大せずに吸引面を拡大することができるため、前述したトレードオフを解消することができる。
【００２９】
また、第２の空隙を流れ出た燃料の一部は、さらに第２燃料溜り部２１９に吸収される。これにより、電磁弁外部へと連通する第１燃料穴２２０および第２燃料穴２２１へと流れる燃料も第１燃料溜り部２１８の場合と同様の原理で低減される。これにより、電磁弁内部に設ける燃料穴も拡大することなく吸引面を拡大することができる。燃料穴の配置箇所や形状の選定は、小型化の観点から制約が大きく、困難な課題であり、従来の構造のまま吸引面のみを拡大できれば、加工の簡便さという観点から大きく有利である。
【００３０】
さらに、上記のような構成とすることで第３の空隙２１５は第１燃料溜り部２１８を連通する燃料通路としての機能のみを持たせればよいため、背圧室２１８から押し出される流量に対して十分な断面積を確保することができる。それに対して、第２の空隙２１４は第１燃料溜り部２１８で吸収し切れなかった燃料が通過するのに必要な最低限の断面積を確保できればよく、磁気回路としての機能が主な機能となる。このため、例えば第３の空隙の断面積が第２の空隙の断面積よりも大きくなる構成とすることで、前記のようにそれぞれの空隙に理想的に機能を割り振ることができる。
【００３１】
なお、以上の説明は閉弁方向の動作を想定したものであるが、開弁方向の動作に関しても同様の原理で同様の効果が期待できる。
【００３２】
以上をまとめると、本実施例の構成により、これまでトレードオフとなっていた燃料通路の拡大による応答性の確保と磁気抵抗低減による吸引力の向上を小型かつ簡便な構造で実現する電磁弁を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００３３】
図３は、本発明の実施例２に係る電磁弁の開弁時における断面を示す。実施例１とは弁体２０１の形状が異なり、本実施例では弁体部２０１ａとロッド部２０１ｂの二部材に分割されている。ロッド部２０１ｂはばね２０２から開弁方向に付勢力を受けておりストッパー２０４が電磁弁内部に接触することでストロークを規制されている。一方、弁体部２０１ａは弁体ばね２２２によって閉弁方向に付勢力を受けており、ロッド部２０１ｂの先端に押し付けられている。ここで、ばね２０２の付勢力は弁体ばね２２２の付勢力よりも大きく設定してあり、電磁コイル２００がＯＦＦ状態の場合には弁シート２１７ａと弁体部２０１ａは接触しておらず、開弁状態を維持している。ポンプが圧縮工程のときに電磁コイル２００をＯＮにすると、電磁弁５の内部では実施例１と同様の燃料流れをともなってロッド部２０１ｂが閉弁方向に移動し、弁体部２０１ａもそれに追従し、弁シート２１７ａに接触した時点で閉弁状態となり、ポンプの吐出が開始される。一方、ポンプが吸入工程に差し掛かると、弁体部２０１ａは開弁方向に差圧力を受ける。弁体部２０１ａ，ロッド部２０１ｂ，アンカー２０３が一体で動く場合に比べ、弁体部２０１ａが単体で動く方が軽量であるため、応答よく開弁することができる。これにより、燃料を吸入している期間が長く取れるため、吸入効率の向上が期待できる。
【００３４】
以上をまとめると、本実施例の構成により、実施例１と同様の効果を得ることができ、しかも、開弁時の応答性をさらに向上させて、吸入効率を向上させることができる。
【実施例３】
【００３５】
図４は、本発明の実施例３および実施例４を実施するノーマルクローズ方式の電磁弁を用いたシステムの全体構成を示す。ノーマルクローズ方式とはノーマルオープン方式と逆に、電磁コイルがＯＦＦの状態で閉弁状態、ＯＮの状態で開弁状態となる電磁弁方式のことである。図１に示したノーマルオープン方式と比べて、電磁弁３０内部の部品配置が異なる。電磁弁３０内部には電磁コイル３００，アンカー３０３，ばね３０２が配されている。弁体３０１には、ばね３０２により閉弁する方向に付勢力がかけられている。このため、電磁コイル３００がＯＦＦ時、弁体３０１は閉弁状態となっている。コモンレール５３にはノーマルオープン方式の場合と同様に、インジェクタ５４，圧力センサ５６が装着されている。インジェクタ５４は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０の信号にて噴射する。
【００３６】
以上構成により、動作を以下説明する。
【００３７】
内燃機関のカムの回転により、プランジャ２が図４の下方に変位して吸入工程状態にある時は、加圧室１１の容積は増加し、その中の燃料圧力は低下する。この工程において、加圧室１１内の燃料圧力が吸入口１０の圧力よりも低くなると、弁体３０１には燃料の流体差圧による開弁方向の力が作用する。これにより、弁体３０１は、ばね３０２の付勢力に打ち勝って開弁し、燃料が加圧室内に吸入される。この状態のまま、プランジャ２が吸入工程から圧縮工程へと移行すると、電磁コイル３００への通電状態が維持されているので、磁気吸引力は維持されて弁体３０１は依然として開弁した状態を維持する。従って、圧縮工程時においても、加圧室１１の圧力は吸入口１０とほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁８を開弁することができず、加圧室１１の容積減少分の燃料は、電磁弁５を通り吸入口１０側へ戻される。なお、この工程を戻し工程と呼ぶ。
【００３８】
戻し工程において電磁コイル３００への通電を断つと、アンカー３０３に働いていた磁気吸引力が消え、弁体３０１に常時働いているばね３０２の付勢力および戻り燃料の流体力により、弁体３０１は閉弁する。すると、この直後から加圧室１１内の燃料圧力は、プランジャ２の上昇と共に上昇する。これにより吐出弁８が自動的に開弁し、燃料をコモンレール５３に圧送する。
【００３９】
上記のような動作をする電磁弁３０を用いれば、圧縮工程の途中で、電磁コイル３００をＯＦＦ状態とすれば、その直後から、コモンレール５３へ燃料圧送される。ここで、ＯＦＦ状態とするタイミングを調節することで、ポンプが吐出する流量を制御することができる。
【００４０】
図５は、本発明の実施例３に係る電磁弁の閉弁時における断面を示す。図５において、３００は電磁コイル、３０１ａは弁体部、３０１ｂはロッド部、３０２はばね、３０３はアンカー、３０５は筒状非磁性領域部、３０６は筒状磁性領域部、３０７はコアをそれぞれ表している。次に電磁弁の動作を説明する。ロッド部３０１ｂはばね３０２から閉弁方向に付勢力を受けており、電磁コイル３００がＯＦＦ状態の場合、端部が電磁弁内部に接触することでストロークを規制されている。さらに、弁体部３０１ａは弁体ばね３２２によって閉弁方向に付勢力を受けており、弁シート３１７ａに押し付けられて閉弁状態を維持している。ポンプが吸入工程に差し掛かると、弁体部３０１ａは開弁方向に差圧力を受ける。また、開弁時にはアンカー３０３に形成された吸引面３１１がコア３０７に形成された固定磁気吸引面３０８に接触することでストロークを規制され、最大開弁状態となる。
【００４１】
また、筒状磁性領域部３０６を形成する部材の内部にはアンカー３０３の動作により体積が増減する背圧室３０９が形成されている。さらに、固定磁気吸引面３０８と吸引面３１１の間には第１の空隙が形成されている。アンカーには、フランジ部３１２よりも径が小さい第１周面部３１３が形成されている。第１周面部３１３と筒状磁性領域３０６は対面しており、その間には第２の空隙３１４が形成されている。同様に、フランジ部３１２の外周面と筒状非磁性領域３０５は対面しており、その間には第３の空隙３１５が形成されている。以上の構成において、第３の空隙３１５により第１の空隙３１０を経て背圧室３０９に連通する第１流体溜り部３１８を設ける。
【００４２】
以上で説明した電磁弁３０の電磁コイル３００をＯＮにすると、図５に示すように磁気回路の一部がコア３０７，固定磁気吸引面部３０８，第１の空隙３１０，吸引面３１１，アンカー３０３，第１周面部３１３，第２の空隙３１４，筒状磁性領域部３０６を通過するよう形成される。そして、固定磁気吸引面３０８と吸引面３１１の間に発生した磁気吸引力が、ばね３０２の付勢力に打ち勝って、アンカー３０３およびロッド部３０１ｂは開弁方向に移動する。そして、ロッド部３０１ｂの先端が弁体部３０１ａに接触し、弁体部３０１ａも開弁方向へ移動する。
【００４３】
実施例１および実施例２にならって、アンカー３０３が閉弁方向に移動する際を例として、燃料の流れを説明すると、背圧室３０９から押し出された燃料は第２の空隙３１４，第１流体溜り部３１８，第３の空隙３１５，第１の空隙３１０を通過して電磁弁外部へと流れ出る。
【００４４】
ここで、ノーマルクローズ方式においてもノーマルオープン方式と同様の課題が発生する。磁気吸引面間のエアギャップとなる第１の空隙３１０以外で発生する磁気抵抗はできる限り低い方が効率よく吸引力を向上させられて望ましい。しかしながら、磁気回路は第２の空隙３１４を通過するため、ここで大きな磁気抵抗が発生してしまう。これを回避するためには、第２の空隙３１４を小さくすればよい。しかしながら、一方で、第２の空隙３１４は背圧室３０９から押し出される燃料の通路でもあるため、電磁弁の高応答化という観点から十分大きな断面積を確保することが望ましい。以上で説明したように、一般にアンカー３０３の外周に燃料通路を形成しようとすると、燃料通路と磁気回路が共通する部分ができてしまい、両機能がトレードオフの関係になってしまう。
【００４５】
しかしながら、本実施例の構造によれば、吸引面３１１の断面積を拡大しても、第２の空隙３１４に流れ込む燃料は第１周面部３１３の断面積が押しのけた燃料に等しくなり、増加することはない。それゆえ、燃料通路を拡大せずに吸引面を拡大することができるため、前述したトレードオフを解消することができる。
【００４６】
さらに、上記のような構成とすることで第３の空隙３１５は第１燃料溜り部３１８を連通する燃料通路としての機能のみを持たせればよいため、背圧室３１８から押し出される流量に対して十分な断面積を確保することができる。それに対して、第２の空隙３１４は第１周面部３１３の断面積が押しのけた燃料が通過するのに必要な最低限の断面積を確保できればよく、磁気回路としての機能が主な機能となる。このため、例えば第３の空隙の断面積が第２の空隙の断面積よりもよりも大きくなる構成とすることで、前記のようにそれぞれの空隙に理想的に機能を割り振ることができる。
【００４７】
なお、以上の説明は閉弁方向の動作を想定したものであるが、開弁方向の動作に関しても同様の原理で同様の効果が期待できる。
【００４８】
以上をまとめると、本実施例の構成により、これまでトレードオフとなっていた燃料通路の拡大による応答性の確保と磁気抵抗低減による吸引力の向上を小型かつ簡便な構造で実現するノーマルクローズ電磁弁を提供することが可能となる。
【実施例４】
【００４９】
図６は、本発明の実施例４に係る電磁弁の閉弁時における断面を示す。実施例３との違いは弁体部３０１ａとロッド部３０１ｂが一体部材となり弁体３０１となっている点である。弁体３０１はばね３０２により閉弁方向に付勢されており、電磁コイル３００がＯＦＦの場合、弁体３０１が弁シート３１７に接触することでストロークを規制され、閉弁状態となっている。この状態で電磁コイルをＯＮにすると、電磁弁３０内部では実施例３と同様の燃料流れをともなってアンカー３０３が開弁方向に移動し、弁体３０１は開弁状態のまま保持される。ポンプが圧縮工程に差し掛かっても、開弁状態は保持され、いわゆる戻し工程状態となる。ここで、電磁コイル３００をＯＦＦにすると弁体３００に作用する流体力とばね３０２の付勢力によって電磁弁３０は閉弁状態となり、ポンプの吐出が開始される。なお、ポンプの吸入工程時には弁体３０１に開弁方向の流体力が作用するため、磁気吸引力の立ち上がり応答が遅い場合でも、弁体の開弁遅れが発生せず、流量制御時のロバスト性を向上させることができる。
【００５０】
以上をまとめると、本実施例の構成により、実施例３と同様の効果を得ることができ、しかも、磁気吸引力の立ち上がり応答が遅い場合にも、流体力のアシストにより開弁遅れが発生せず、流量制御時のロバスト性をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、内燃機関の高圧燃料供給ポンプに限らず、各種の高圧ポンプに広く利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  ポンプハウジング
２  プランジャ
５，３０  電磁弁
８  吐出弁
１０  吸入口
１１  加圧室
５０  燃料タンク
５３  コモンレール
５４  インジェクタ
５６  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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