(57)【要約】【課題】加圧行程から吸入行程への移行時に吸入弁がストッパに衝突する衝突音を低減しつつ、吸入弁の不安定な動作を防止する高圧ポンプの制御方法を提供する。【解決手段】静音電流の通電中におけるニードルの移動速度である静音ニードル速度Ｖｎは、自由開弁速度Ｖｖ以下であって、且つ、ニードルが吸入弁の開弁動作に追従して移動可能な速度以上に設定される。これにより、静音電流の通電中、ニードルは、吸入弁に軽く当接しつつ、或いは、吸入弁と微小間隔を維持した状態で吸入弁に追従して前進する。そして、吸入弁がストッパに当接する開弁位置に到達した時刻と同時に、或いは、吸入弁が開弁位置に到達した時刻から微小時間だけ遅れてニードルの先端が吸入弁に当接し、吸入弁の動作を規制する。ニードルの移動速度を過度に抑制しないため、吸入弁が先に開弁位置に到達し浮動状態となることを可及的に回避し、吸入弁の不安定な動作を防止することができる。【選択図】図４
2015017553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（４１）内を往復移動するプランジャ（４２）と、
前記プランジャの上昇により容積が減少し前記プランジャの下降により容積が増加する加圧室（４７）、前記加圧室の容積増加に伴って燃料が吸入される供給通路（４８）、及び前記加圧室の容積減少に伴って加圧された燃料を吐出する吐出通路（６４）を有するポンプボディ（４０）と、
前記供給通路の内壁に形成された弁座（２３）に着座したとき前記加圧室と前記供給通路とを遮断し、前記弁座から離座したとき前記加圧室と前記供給通路とを連通する吸入弁（２０）と、
前記吸入弁を閉弁方向に付勢する第１付勢手段（２１）と、
前記吸入弁の開弁方向の移動を制限するストッパ（１７）と、
前記吸入弁に対して前記加圧室と反対側に前記吸入弁と分離して設けられ、前記加圧室側へ移動したとき先端が前記吸入弁を開弁方向へ押圧するニードル（２６）と、
前記ニードルの前記吸入弁と反対側の端部に固定された可動コア（１２）と、
通電により電磁吸引力（Ｆｍ）を発生するコイル（１３）と、
前記コイルが発生する電磁吸引力により、前記可動コアを前記吸入弁の閉弁方向へ吸引する固定コア（１１）と、
前記ニードルを前記吸入弁の開弁方向へ付勢する第２付勢手段（１４）と、
を備え、前記プランジャの下降に伴って前記加圧室に燃料を吸入する吸入行程、前記プランジャの下死点から移行点までの上昇に伴って前記加圧室に吸入された燃料の一部を前記供給通路に戻す調量行程、及び、前記プランジャの前記移行点から上死点までの上昇に伴って前記加圧室の加圧燃料を吐出する加圧行程を繰り返す高圧ポンプ（１）に適用され、前記コイルへの通電を制御することで前記吸入弁の閉弁及び開弁を切り替える制御方法であって、
前記プランジャが上昇途中で、前記可動コアを前記固定コア側に吸引する電磁吸引力を発生させるピーク電流を前記コイルに通電し、前記ニードルを前記吸入弁から離間させることで、前記吸入弁を閉弁させる段階と、
前記ピーク電流よりも小さい静音電流を前記コイルに通電することで、前記ニードルによる前記吸入弁の押圧を抑制しつつ前記吸入弁を開弁方向に移動させる段階と、
前記吸入弁が前記ストッパに当接する開弁位置（Ｐｏ）まで移動する段階と、
を含み、
前記静音電流の通電中における前記ニードルの移動速度である静音ニードル速度（Ｖｎ）は、前記プランジャの下降に伴って前記供給通路から前記加圧室に吸入される燃料の流力（Ｆｆ）によって前記吸入弁が前記ニードルによる押圧とは独立して開弁方向に移動する速度である自由開弁速度（Ｖｖ）以下であって、且つ、前記ニードルが前記吸入弁の開弁動作に追従して移動可能な速度以上に設定されることを特徴とする高圧ポンプの制御方法。
【請求項２】
前記吸入弁が前記ストッパに当接する以前に前記ニードルの先端が前記吸入弁に当接する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の高圧ポンプの制御方法。
【請求項３】
前記ニードルの先端が前記吸入弁に当接する以前に、前記静音電流の通電を終了することを特徴とする請求項２に記載の高圧ポンプの制御方法。
【請求項４】
前記吸入弁の前記自由開弁速度は、前記第１付勢手段の付勢力である第１付勢力（Ｆｓｖ）と、前記燃料の流力（Ｆｆ）との釣り合いによって推定され、
前記静音ニードル速度は、前記第２付勢手段の付勢力である第２付勢力（Ｆｓｎ）と、前記コイルが発生する電磁吸引力（Ｆｍ）との釣り合いによって推定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧ポンプの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁駆動型の吸入弁を備えた高圧ポンプに適用され、コイルへの通電を制御することで吸入弁の閉弁及び開弁を切り替える制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸入行程、調量行程及び加圧行程を繰り返すことで吸入した燃料を加圧して吐出する高圧ポンプにおいて、電磁駆動型の吸入弁を備えたものが知られている。そのうち、ノーマリーオープン式でニードルと吸入弁とが分離したタイプでは、コイルへの非通電時に、ニードルがスプリング力によって吸入弁を押圧して開弁させる。また、コイルへの通電時に、ニードルに固定された可動コアが固定コアに電磁吸引され、ニードルによる押圧が解除されることで、吸入弁がスプリング力、及び加圧室の燃料圧力によって閉弁する。吸入弁を閉弁した状態で加圧行程が実行される。
【０００３】
加圧行程から吸入行程への移行において、コイルに通電した閉弁状態から通電を終了して開弁するとき、スプリング力によって移動するニードルに押圧された吸入弁は、ニードルと共に開弁方向へ移動し、ストッパに衝突して停止する。このとき発生する衝突音は、周囲のエンジン音等が大きい高回転領域では比較的問題とならないのに対し、特に低回転領域では静粛性を悪化させる原因となり得る。
【０００４】
例えば特許文献１には、この種の高圧ポンプにおいて吸入弁がストッパに衝突するときの衝突音を低減するため、加圧行程から吸入行程への移行後の一定期間、「静音電流」の通電を継続し電磁吸引力を継続して発生させることで、吸入弁の開弁方向への動作を緩慢にする制御方法が開示されている。
なお、特許文献１における用語「戻し行程」、「吐出行程」、「アンカー／プランジャロッド」を本明細書では、それぞれ「調量行程」、「加圧行程」、「ニードル」と読み替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４６８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の制御方法によると、加圧行程から吸入行程に移行した後、吸入弁は、プランジャの下降に伴って減圧した加圧室に流入する燃料の流力により、ストッパに当接する開弁位置までの移動（開弁動作）を先に完了する。一方、静音電流によって発生した電磁吸引力により移動速度が抑制された可動コア及びニードルは、吸入弁に遅れて開弁方向に移動する。そのため、先に開弁位置に到達した吸入弁は、ニードルの先端が吸入弁に当接して動作が規制されるまでの間、「浮動状態」にある。
したがって、特定回転数における振動や燃料の脈動等によって吸入弁がストッパとの当接面でバウンスし、動作が不安定になるおそれがある。また、吸入弁とストッパとの不慮の衝突による大きな衝突音が発生するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、加圧行程から吸入行程への移行時に吸入弁がストッパに衝突する衝突音を低減しつつ、吸入弁の不安定な動作を防止する高圧ポンプの制御方法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】
【０００８】
本発明は、以下の構成を備える高圧ポンプに適用される制御方法である。
シリンダ内を往復移動するプランジャ。
プランジャの上昇により容積が減少しプランジャの下降により容積が増加する加圧室、加圧室の容積増加に伴って燃料が吸入される供給通路、及び加圧室の容積減少に伴って加圧された燃料を吐出する吐出通路を有するポンプボディ。
供給通路の内壁に形成された弁座に着座したとき加圧室と供給通路とを遮断し、弁座から離座したとき加圧室と供給通路とを連通する吸入弁。
吸入弁を閉弁方向に付勢する第１付勢手段。
吸入弁の開弁方向の移動を制限するストッパ。
【０００９】
吸入弁に対して加圧室と反対側に吸入弁と分離して設けられ、加圧室側へ移動したとき先端が吸入弁を開弁方向へ押圧するニードル。
ニードルの吸入弁と反対側の端部に固定された可動コア。
通電により電磁吸引力（Ｆｍ）を発生するコイル。
コイルが発生する電磁吸引力により、可動コア及びニードルを吸入弁の閉弁方向である後退方向へ吸引する固定コア。
可動コア及びニードルを吸入弁の開弁方向である前進方向へ付勢する第２付勢手段。
【００１０】
この高圧ポンプは、プランジャの下降に伴って加圧室に燃料を吸入する吸入行程、プランジャの下死点から移行点までの上昇に伴って加圧室に吸入された燃料の一部を供給通路に戻す調量行程、及び、プランジャの移行点から上死点までの上昇に伴って加圧室の加圧燃料を吐出する加圧行程を繰り返す。
本発明の制御方法は、上記の構成の高圧ポンプに適用され、コイルへの通電を制御することで吸入弁の閉弁及び開弁を切り替える制御方法である。
【００１１】
そして、本発明による高圧ポンプの制御方法は、以下（１）〜（３）の段階を含む。
（１）プランジャが上昇途中で、可動コアを固定コア側に吸引する電磁吸引力を発生させるピーク電流をコイルに通電し、ニードルを吸入弁との当接位置から後退させることで、吸入弁を閉弁させる段階。
（２）ピーク電流よりも小さい静音電流をコイルに通電することで、ニードルによる吸入弁の押圧を抑制しつつ吸入弁を開弁方向に移動させる段階。
（３）吸入弁がストッパに当接する開弁位置（Ｐｏ）まで移動する段階。
【００１２】
静音電流の通電中におけるニードルの移動速度である静音ニードル速度（Ｖｎ）は、自由開弁速度（Ｖｖ）以下であって、且つ、ニードルが吸入弁の開弁動作に追従して移動可能な速度以上に設定されることを特徴とする。ここで、自由開弁速度とは、プランジャの下降に伴って供給通路から加圧室に吸入される燃料の流力（Ｆｆ）によって、（Ｐｏ）吸入弁がニードルによる押圧とは独立して開弁方向に移動する速度をいう。
【００１３】
静音電流の通電中、電磁吸引力が第２付勢手段による付勢力をキャンセルするため、ニードルは、吸入弁を押圧することなく、吸入弁に軽く当接しつつ、或いは、吸入弁と微小間隔を維持した状態で吸入弁に追従して前進する。そして、吸入弁がストッパに当接する開弁位置に到達した時刻と同時に、或いは、吸入弁が開弁位置に到達した時刻から微小時間だけ遅れてニードルの先端が吸入弁に当接し、吸入弁の動作を規制する。
【００１４】
したがって、静音電流を通電しない制御方法に比べ、第２付勢手段による付勢力を受けたニードルに押圧された吸入弁が激しくストッパに衝突して衝突音を発生することを防止することができる。また、特許文献１の従来技術のようにニードルの移動速度を過度に抑制しないため、吸入弁が先に開弁位置に到達し浮動状態となることを可及的に回避する。よって、吸入弁の不安定な動作や、吸入弁とストッパとの不慮の衝突による大きな衝突音の発生を防止することができる。
【００１５】
ここで、本発明における「静音ニードル速度と自由開弁速度との関係」は、吸入弁の閉弁位置から開弁位置までの移動過程における平均的な状態について特定するものであり、移動中の全ての瞬間の関係を厳密に特定するものではない。例えば、スプリング力に代表される付勢手段の付勢力は、フックの法則に従って位置に応じて変化するため、移動過程を通じて常に一定の値を保つことは現実的に容易でない。
【００１６】
むしろ現実的には、吸入弁の自由開弁速度が開弁位置に到達する直前で少し低下し、その開弁速度が低下したところでニードルが吸入弁に追い付き、そのまま吸入弁を押圧しつつ開弁位置に到達する、という動作パターンが有効であると考えられる。この場合、開弁位置の直前のわずかな区間でニードル速度が一時的に自由開弁速度を上回るものの、移動過程の平均では静音ニードル速度が自由開弁速度以下となっていることに変わりない。よって、この動作パターンは、本発明の技術的思想に含まれるものである。
【００１７】
さらに、ニードルの先端が吸入弁に当接する以前、簡単に言えば「ニードルが吸入弁に追い付く直前」に静音電流の通電を停止してもかまわない。これにより、開弁位置の直前のわずかな区間で静音電流による電磁吸引力が解除され、ニードルの押圧力が増加する。しかし、吸入弁を加速させる間もなく開弁位置に到達するため、吸入弁が激しくストッパに衝突して衝突音を発生することはない。
ここで、静音電流の通電を停止した後のニードルの移動速度は、「静音ニードル速度」に含まれない。よって、静音電流の通電中に「静音ニードル速度が自由開弁速度以下である」とする本発明の技術的思想とは矛盾しない。
【００１８】
なお本発明では、吸入弁の自由開弁速度、及び静音ニードル速度の推定が重要となる。
吸入弁の自由開弁速度は、第１付勢手段の付勢力である第１付勢力（Ｆｓｖ）と、燃料の流力（Ｆｆ）との釣り合いによって推定されることが好ましい。
また、静音ニードル速度は、第２付勢手段の付勢力である第２付勢力（Ｆｓｎ）と、コイルが発生する電磁吸引力（Ｆｍ）との釣り合いによって推定されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による高圧ポンプの断面図である。
【図２】吸入弁の開弁状態を示す図１の要部拡大図である。
【図３】吸入弁の開弁状態を示す図１の要部拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態による高圧ポンプの制御方法を示すタイムチャートである。
【図５】（ａ）本発明の一実施形態、（ｂ）第１比較例、（ｃ）第２比較例の高圧ポンプの制御方法によるニードル及び吸入弁の動作を示す模式図である。
【図６】（ａ）本発明の一実施形態、（ｂ）第１比較例、（ｃ）第２比較例の高圧ポンプの制御方法によるニードル及び吸入弁の動作を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による高圧ポンプの制御方法の詳細を説明するタイムチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態による高圧ポンプの制御方法を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明による高圧ポンプの制御方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
最初に、本発明の制御方法が適用される高圧ポンプの構成について図１〜図３を参照して説明する。この高圧ポンプは、燃料タンクから吸入した燃料を加圧して、エンジンの燃料噴射装置に供給するものである。
【００２１】
（高圧ポンプの構成）
図１に示すように、高圧ポンプ１は、ポンプボディ４０、プランジャ４２、ダンパ室５０、吸入弁部１０及び吐出弁部６０等を備えている。
ポンプボディ４０には、円筒状のシリンダ４１が形成されている。シリンダ４１には、軸方向に往復移動可能にプランジャ４２が収容されており、シリンダ４１の底部とプランジャ４２の頭部との間には加圧室４７が形成されている。
【００２２】
プランジャ４２は、シリンダ４１に収容される側が大径部４２１、ポンプボディ４０から突出する側が小径部４２２となっており、小径部４２２の加圧室４７と反対側の端部にはスプリング座７３が設けられている。
スプリング座７３と、プランジャ４２の外周のオイルシール７４を保持するオイルシールホルダ７５との間に支持されたスプリング７６は、プランジャ４２を、図示しないエンジンのカムシャフト側へ付勢する。そのため、プランジャ４２は、カムシャフトのカムプロファイルに従って軸方向に往復移動する。プランジャ４２の往復移動に伴って加圧室４７の容積が変化することで、加圧室４７に燃料が吸入され、加圧される。
【００２３】
次に、ダンパ室５０について説明する。
ポンプボディ４０の上部には凹部５１が設けられている。凹部５１に有底筒状のカバー５２が被さることで、ダンパ室５０が形成される。
ダンパ室５０には、図示しない燃料通路を経由して、燃料タンクの燃料が供給される。また、プランジャ４２の往復移動に伴って、大径部４２１と小径部４２２との断面積の差に対応した空間が可変容積室４３を形成する。可変容積室４３の燃料は、ポンプボディ４０に形成された容積室通路４４を経由してダンパ室５０に流出入する。
【００２４】
ダンパ室５０には、２枚の金属ダイアフラムの内部に所定圧の気体が封入されたパルセーションダンパ５３、このパルセーションダンパ５３を支持する支持部材５４、及び、支持部材５４を押さえる波ばね５５が収容されている。パルセーションダンパ５３は、２枚の金属ダイアフラムがダンパ室５０の圧力変化に応じて弾性変形することで、ダンパ室５０の燃圧脈動を低減する。
【００２５】
続いて、吸入弁部１０について説明する。高圧ポンプ１は、ノーマリーオープン式でニードルと吸入弁とが分離した電磁駆動型の吸入弁部１０を備えている。
図１〜図３に示すように、吸入弁部１０は、ダンパ室５０と加圧室４７とを連通する供給通路４８に設けられ、吸入弁２０の開閉を電磁駆動によって切り替えることにより、供給通路４８と加圧室４７とを連通又は遮断させる。
吸入弁部１０の電磁駆動部は、固定コア１１、可動コア１２、コイル１３、ニードルスプリング１４、コアハウジング１５、ニードルガイド１６、ニードル２６等から構成されている。可動コア１２とニードル２６とは一体に移動する。
また、吸入弁部１０は、吸入弁２０の開弁及び閉弁位置を規制する部材として、ストッパ１７、弁座部材１８、栓部材１９、弁スプリング２１等を有している。
【００２６】
以下の説明で、可動コア１２、ニードル２６、吸入弁２０等が加圧室４７側、すなわち図１〜図３の右方向へ移動することを「前進」といい、加圧室４７と反対側、すなわち図１〜図３の左方向へ移動することを「後退」という。図２は、可動コア１２及びニードル２６が電磁吸引力Ｆｍによって後退し、吸入弁２０が弁座部材１８の弁座２３に当接した閉弁状態を示している。図３は、ニードル２６がニードルスプリング１４の第２付勢力Ｆｓｎによって前進し、ニードル２６に押圧された吸入弁２０が弁座２３から離座した開弁状態を示している。
【００２７】
吸入弁２０は、円板状の弁本体２０１、及び筒部２０４を有している。
弁本体２０１は、加圧室４７と反対側の後端面２０２が供給通路４８に面している。後端面２０２には、供給通路４８から加圧室４７に向かって流れる燃料の流れが衝突する。この燃料の流れによる力を「燃料流力Ｆｆ」と表す。
【００２８】
可動コア１２が電磁吸引力Ｆｍによって固定コア１１に吸引され、可動コア１２及びニードル２６が後退したとき、ニードル２６の先端が後端面２０２から離れ、且つ、弁スプリング２１が吸入弁２０を付勢することにより、後端面２０２の周縁部は弁座部材１８の弁座２３に着座する。これにより、吸入弁２０は閉弁する。
また、可動コア１２が固定コア１１に吸引されないとき、ニードル２６は、ニードルスプリング１４に付勢されて前進し、先端が後端面２０２の中央部を押圧する。押圧された吸入弁２０は、後端面２０２が弁座２３から離座し、開弁する。そして、吸入弁２０は、弁本体２０１の加圧室４７側の前端面２０３が、ストッパ１７の当接部１７１に当接することで、開弁方向の移動が規制される。
【００２９】
上述のとおり、吸入弁２０の後端面２０２が弁座２３に着座する図２の位置を閉弁位置Ｐｃ、吸入弁２０の前端面２０３がストッパ１７の当接部１７１に当接する図３の位置を開弁位置Ｐｏとする。開弁位置Ｐｏは全開位置を意味する。吸入弁２０は、閉弁位置Ｐｃと開弁位置Ｐｏとの間を軸方向に往復移動する。
吸入弁２０の筒部２０４は、外周面がストッパ１７の案内部１７２の内周面に摺接することで、吸入弁２０の移動が案内される。また、筒部２０４の内側には「第１付勢手段」としての弁スプリング２１が収容されており、吸入弁２０を閉弁方向へ付勢する。弁スプリング２１による閉弁方向の付勢力を「第１付勢力Ｆｓｖ」と表す。
【００３０】
ストッパ１７は、有底筒状に形成されており、吸入弁２０の加圧室４７側に設けられている。ストッパ１７の当接部１７１は、開弁位置Ｐｏで吸入弁２０の前端面２０３が当接する。筒状の案内部１７２は、内側に、吸入弁２０の筒部２０４を摺動可能に収容している。ストッパ１７の固定部１７３は、供給通路４８の内壁に固定される。固定部１７３には燃料が流通可能な複数の孔２２が形成されている。ストッパ１７の底部１７４には、弁スプリング２１の一端が支持されている。
【００３１】
弁座部材１８は、略筒状に形成されており、吸入弁２０の供給通路４８側に設けられている。弁座部材１８は、吸入弁２０の後端面２０２と対向する部分に、環状の弁座２３が形成されている。吸入弁２０が弁座２３に着座することで供給通路４８が遮断され、吸入弁２０が弁座２３から離座することで供給通路４８が開放される。
栓部材１９は、供給通路４８の内壁に螺合することで、ストッパ１７及び弁座部材１８を供給通路４８内に固定する。
【００３２】
コアハウジング１５は、供給通路４８の加圧室４７側と反対側の開口を塞いでいる。
コアハウジング１５の内側に固定されたニードルガイド１６は、可動コア１２を収容する可動コア室２４と、供給通路４８とを仕切っている。ニードルガイド１６は、可動コア室２４と供給通路４８とを連通する連通孔２５を有している。
ニードル２６は、図１〜図３の左側端部である後端が可動コア１２に固定されており、右側端部である先端が吸入弁２０に当接可能である。ニードル２６は、外壁がニードルガイド１６の内壁に摺動することで、往復移動可能である。
【００３３】
ニードル２６のニードルガイド１６より先端側には、ニードルガイド１６との摺動径より大径の拡径部２７が設けられている。ニードル２６が後退すると、拡径部２７の後端部とニードルガイド１６の先端部とが当接する（図２参照）。
拡径部２７の先端側には、ニードルガイド１６との間にニードルスプリング１４を支持するフランジ２８が設けられている。「第２付勢手段」としてのニードルスプリング１４は、弁スプリング２１よりも大きな付勢力を有しており、ニードル２６を開弁方向に付勢する。ニードルスプリング１４による閉弁方向の付勢力を「第２付勢力Ｆｓｎ」と表す。第２付勢力Ｆｓｎにより、ニードル２６と固定された可動コア１２は、固定コア１１から離れる前進方向へ付勢される。
【００３４】
可動コア１２は、磁性体から形成され、コアハウジング１５の内側の可動コア室２４に収容されている。可動コア１２は、ニードル２６の後端部に固定され、ニードル２６と一体に往復移動可能である。可動コア１２は、軸方向に通じる呼吸孔２９を有している。
固定コア１１は、磁性体から形成され、コアハウジング１５との間に非磁性部１１１を介して設けられる。本実施形態では、ニードル２６の後退限において、固定コア１１と可動コア１２とが当接するよりも先に、拡径部２７とニードルガイド１６とが当接するように寸法が設定されている。
【００３５】
固定コア１１の径外側には、コアハウジング１５に固定された有底筒状のヨーク３１、及び、ヨーク３１により保持されたコネクタ３０が設けられている。コイル１３は、コネクタ３０の内側に設けられたボビン３２に巻回されている。外部からの電流がコネクタ３０の端子３３を通じてコイル１３に通電されると、コイル１３は磁界を発生する。
【００３６】
コイル１３に通電していないとき、可動コア１２と固定コア１１とは、ニードルスプリング１４の第２付勢力Ｆｓｎによって離間している。ニードル２６は、吸入弁２０側へ前進し、先端が吸入弁２０を押圧することで吸入弁２０が開弁方向に移動する。
コイル１３に通電されると、固定コア１１、可動コア１２、ヨーク３１及びコアハウジング１５によって形成される磁気回路に磁束が流れ、電磁吸引力Ｆｍが発生する。これにより、可動コア１２がニードルスプリング１４の第２付勢力に抗して固定コア１１側に磁気吸引される。その結果、ニードル２６による吸入弁２０の押圧力は解除される。
【００３７】
次に吐出弁部６０について説明する。
図１に示すように、吐出弁部６０は、吐出弁６１、規制部材６２、吐出スプリング６３等から構成されている。
吐出弁６１は、ポンプボディ４０に形成された吐出通路６４に往復移動可能に収容されている。吐出弁６１は、弁座６５に着座することで、吐出通路６４を遮断する。吐出弁６１の吐出口６６側に設けられた規制部材６２は、吐出弁６１の吐出口６６側への移動を規制する。吐出スプリング６３は、一端が規制部材６２に当接し、他端が吐出弁６１に当接し、吐出弁６１を弁座６５側へ付勢している。
【００３８】
加圧室４７の燃料の圧力が上昇し、加圧室４７側の燃料から吐出弁６１が受ける力が吐出スプリング６３の付勢力と弁座６５の下流側の燃料から受ける力との和よりも大きくなると、吐出弁６１は弁座６５から離座する。そして、吐出口６６から燃料が吐出される。
一方、加圧室４７の燃料の圧力が低下し、加圧室４７側の燃料から吐出弁６１が受ける力が吐出スプリング６３の付勢力と弁座６５の下流側の燃料から受ける力との和よりも小さくなると、吐出弁６１は弁座６５に着座する。これにより、弁座６５の下流側の燃料が加圧室４７へ逆流することが防止される。
【００３９】
（高圧ポンプの作動）
次に、高圧ポンプ１の作動について図４を参照しつつ説明する。この図４は、特許文献１（特開２０１２−２４６８５２号公報）の図８に対応するものである。ここでは、作動の概要を説明し、本実施形態と特許文献１に記載の技術との差異点については後で詳しく述べる。
高圧ポンプ１は、吸入行程、調量行程及び加圧行程を繰り返し、吸入した燃料を加圧して吐出する。図４では説明の都合上、第１サイクルの吸入行程ではコイル１３に静音電流が通電されず、第１サイクルの加圧行程から第２サイクルの吸入行程にかけてコイル１３に静音電流が通電されるものとする。
【００４０】
（１）第１サイクルの吸入行程
カムシャフトの回転によりプランジャ４２が上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）に向かって下降すると、加圧室４７の容積が増加し、燃料が減圧される。吐出弁６１は弁座６５に着座し、吐出通路６４を遮断する。
一方、吸入弁部１０では、減圧された加圧室４７へ供給通路４８から燃料が流入する。この燃料流力Ｆｆ（図３参照）によって、吸入弁２０は、弁スプリング２１の第１付勢力Ｆｓｖに抗して前進し、開弁状態となる。このとき、可動コア１２及びニードル２６は、ニードルスプリング１４の第２付勢力Ｆｓｎによって前進し、吸入弁２０を開弁方向へ押圧するので、吸入弁２０は吸入行程の終了まで開弁状態を維持することができる。これにより、ダンパ室５０から供給通路４８を経由し、加圧室４７に燃料が吸入される。
【００４１】
（２）調量行程
カムシャフトの回転によりプランジャ４２が下死点から上死点に向かって上昇すると、加圧室４７の容積が減少する。このとき、所定の移行点Ｔｒの手前まではコイル１３への通電が停止されているので、ニードル２６が前進して吸入弁２０を押圧した状態が継続し、吸入弁２０は開弁位置Ｐｏに維持される。これにより、加圧室４７に吸入された低圧燃料の一部が供給通路４８を経由してダンパ室５０へ戻される。
【００４２】
（３）加圧行程
プランジャ４２が下死点から上死点に向かって上昇する途中で、コイル１３へのピーク電流の通電が開始される。ピーク電流とは、固定コア１１が可動コア１２を吸引するのに充分な電磁吸引力Ｆｍを発生するための大きさの電流である。すなわち、ピーク電流の通電によって、ニードルスプリング１４の第２付勢力Ｆｓｎより大きな電磁吸引力Ｆｍが発生するため、可動コア１２及びニードル２６は固定コア１１側へ後退する。これにより、吸入弁２０に対するニードル２６の押圧力が解除される。
吸入弁２０は、弁スプリング２１の第１付勢力Ｆｓｖ、及び、加圧室４７から供給通路４８へ流出する燃料の流力によって弁座２３に着座し、供給通路４８を遮断する。
【００４３】
吸入弁２０が弁座２３に着座した後、加圧室４７の燃料圧力はプランジャ４２の上昇と共に高くなり、吐出弁６１が開弁する。これにより、加圧室４７で加圧された高圧燃料は吐出通路６４を経由して吐出口６６から吐出される。
加圧行程の途中で、コイル１３へ通電される電流は、ピーク電流から、ピーク電流より小さい静音電流に切り替えられる。そのため、電磁吸引力Ｆｍは、第２付勢力Ｆｓｎ以下に低下する。ただし、加圧行程中は、加圧室４７の高圧燃料の力Ｆｐ（図２参照）が吸入弁２０を弁座２３側に押圧するため、吸入弁２０は閉弁状態を維持する。
【００４４】
（４）第２サイクルの吸入行程
プランジャ４２が上死点を通過し、再び下死点に向かって下降すると、加圧室４７の燃料流力が低下するため、吸入弁２０は、供給通路４８から加圧室４７への燃料流力Ｆｆにより、第１付勢力Ｆｓｖに抗して開弁動作を開始する。このとき、コイル１３に通電された静音電流によって発生する電磁吸引力Ｆｍにより、可動コア１２及びニードル２６の前進速度が抑制される。そして、吸入弁２０は、ストッパ１７に当接する開弁位置Ｐｏに到達する。
ここで、静音電流の通電を終了する時期は、図４に実線で示すように吸入弁２０が開弁位置Ｐｏに到達した後でもよく、或いは破線で示すように、吸入弁２０が開弁位置Ｐｏに到達する直前としてもよい。
【００４５】
このように静音電流の通電を制御することによって、静音電流を通電しない場合や静音電流の通電の仕方が異なる場合に比べ、吸入弁２０が開弁位置Ｐｏに到達するまでの開弁動作に要する時間、吸入弁２０とニードル２６との動作の関係等において差異が生ずる。その差異点について、この後、詳しく説明する。
【００４６】
次に、図５、図６を参照し、本実施形態による高圧ポンプの制御方法の特徴を第１比較例及び第２比較例の制御方法と対比する。第１比較例は、加圧行程から吸入行程への移行時に静音電流を通電しない、元来の従来技術に相当するものである。第２比較例は、特許文献１の図８に開示されたとおりの方法であり、加圧行程から吸入行程への移行時に静音電流を通電するものである。
３つの形態毎に力（Ｆ）、速度（Ｖ）、弁リフト量又はストローク（Ｌ）が異なる場合、記号の末尾に、本実施形態は「０」、第１比較例は「１」、第２比較例は「２」の文字を付して区別する。
【００４７】
図５（ａ）の模式図には、本実施形態の可動コア１２、ニードル２６及び吸入弁２０の「開弁方向への移動中」の状態を誇張して示す。すなわち、吸入弁２０がフルリフト量Ｌｆに対し途中のリフト量Ｌｖ０まで移動した状態を示している。図５（ａ）の右側への移動が「前進」であり、図５（ａ）の左側への移動が「後退」である。なお、ニードルガイド１６、ニードルスプリング１４、弁スプリング２１、ニードル２６の拡径部２７及びフランジ２８等の図示を省略する。また、ニードル２６とニードルガイド１６との摺動摩擦力を無視する。
【００４８】
図６（ａ）のタイムチャートには、本実施形態の図４における加圧行程から吸入行程へ移行後の吸入弁２０及びニードル２６の動作を重ねて示す。
本実施形態の図５（ａ）、図６（ａ）に対応して、図５（ｂ）、図６（ｂ）に第１比較例、図５（ｃ）、図６（ｃ）に第２比較例の模式図及びタイムチャートをそれぞれ示す。
【００４９】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、ニードルスプリング１４の第２付勢力Ｆｓｎ、弁スプリング２１の第１付勢力Ｆｓｖ、及び燃料流力Ｆｆは共通であり、静音電流によって発生する電磁吸引力Ｆｍの有無又は大きさが異なる。図中のブロック矢印の長さは、力の大きさを概略イメージとして表す。つまり、相対的に長いブロック矢印によって示される力は、相対的に短いブロック矢印によって示される力よりも大きいと推測する。ただし、その大きさの比は正確ではない。
ニードル２６は、前進方向の第２付勢力Ｆｓｎから後退方向の電磁吸引力Ｆｍを差し引いた推進力Ｆｎによって前進する。推進力Ｆｎが大きいほどニードル速度Ｖｎは大きくなる。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、本実施形態では、ニードル２６は、第２付勢力Ｆｓｎから、静音電流によって発生する電磁吸引力Ｆｍ０を差し引いた推進力Ｆｎ０によって、静音ニードル速度Ｖｎ０で前進する。一方、吸入弁２０は、第１付勢力Ｆｓｖを上回る燃料流力Ｆｆによって、自由開弁速度Ｖｖ０で開弁方向に前進する。
ここで、自由開弁速度Ｖｖ０とは、プランジャ４２の下降に伴って供給通路４８から加圧室４７に吸入される燃料の流力Ｆｆによって、吸入弁２０がニードル２６による押圧とは独立して開弁方向に移動する速度をいう。
【００５１】
このとき、静音ニードル速度Ｖｎ０は、自由開弁速度Ｖｖ０と等しいか、或いは自由開弁速度Ｖｖ０よりわずかに小さくなるように設定される。可動コア１２が後退減ＥｒからストロークＬｎ０前進したとき、吸入弁２０は、弁座２３からリフト量Ｌｖ０前進しており、吸入弁２０のリフト量Ｌｖ０は、ニードル２６のストロークＬｎ０より微小間隔Δ０だけ大きい。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、吸入弁２０及びニードル２６は、時刻ｔｃに閉弁位置Ｐｃからの開弁動作を開始してから、微小間隔Δ０を維持しつつ、吸入弁２０に追従して前進する。時刻ｔｏ０で、吸入弁２０がストッパ１７に当接する開弁位置Ｐｏに到達し、その直後にニードル２６の先端が吸入弁２０に当接する。ここで、理想的にΔ０が限りなくゼロに近い場合には、ニードル２６が吸入弁２０を押圧することなく「軽く当接した状態」で前進することとなる。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、静電電流を通電しない第１比較例においては電磁吸引力Ｆｍ１＝０であるため、第２付勢力Ｆｓｎは電磁吸引力によって弱められることなく、推進力Ｆｎ１としてニードル２６に作用する。したがって、ニードル２６は、吸入弁２０を押圧しつつ比較的大きな速度Ｖｎ１で前進する。吸入弁２０は、ニードル２６に押圧され、ニードル２６の速度Ｖｎ１と等しい速度Ｖｖ１で前進する。つまり、同時刻でのニードル２６のストロークＬｎ１と吸入弁２０のリフト量Ｌｖ１とは等しくなる。
また、ニードル２６の推進力Ｆｎ１に燃料流力Ｆｆを加え、第１付勢力Ｆｓｖを差し引いた力が、吸入弁２０の開弁方向の力として作用する。
【００５４】
その結果、図６（ｂ）に示すように、吸入弁２０は、時刻ｔｃに閉弁位置Ｐｃからの開弁動作を開始してから、本実施形態による開弁位置Ｐｏへの到達時刻ｔｏ０よりも早い時刻ｔｏ１に開弁位置Ｐｏに到達し、且つ、到達すると同時にニードル２６によって動作が規制される。このように、第１比較例では、吸入弁２０及びニードル２６が高速でストッパ１７に衝突するため比較的大きな衝突音が発生し、特に低回転領域では、静粛性を損なうおそれがある。
【００５５】
次に、図５（ｃ）に示す第２比較例では、本実施形態より大きな静音電流によって発生する電磁吸引力Ｆｍ２が第２付勢力Ｆｓｎから差し引かれるため、ニードル２６の推進力Ｆｎ２は比較的小さな値となる。そのため、静音ニードル速度Ｖｎ２は、吸入弁２０の自由開弁速度Ｖｖ０よりも明らかに小さくなる。つまり、ニードル２６のストロークＬｎ２は、同時刻における吸入弁２０のリフト量Ｌｖ０よりも小さくなる。
【００５６】
その結果、図６（ｃ）に示すように、時刻ｔｃ以後、ニードル２６と吸入弁２０との間隔Δ２は次第に大きくなる。吸入弁２０は吸入行程での燃料流力Ｆｆのみによって自由開弁速度Ｖｖ０で前進し、時刻ｔｏ０に開弁位置Ｐｏに到達する。ニードル２６は、それに遅れて時刻ｔｏ２に吸入弁２０に当接する。そして、第２比較例では、吸入弁２０が開弁位置Ｐｏに到達した時刻ｔｏ０の後、静音電流の通電が終了する。
以上の動作は、特許文献１の図８から自明な事項である。
【００５７】
ところで、特許文献１には、時刻ｔｏ０から時刻ｔｏ２までの間の吸入弁２０の挙動について何ら言及されていない。しかし、この時点で吸入弁２０は、ニードル２６によって動作が規制されない「浮動状態」にある。しかも、開弁方向の燃料流力Ｆｆが閉弁方向の第１付勢力Ｆｓｖに抗しつつ吸入弁２０に作用することで、開弁状態が維持されている。
したがって、吸入弁２０がストッパ１７に当接している状態が安定して維持されるためには、供給通路４８から加圧室４７へ吸入される燃料流が常に安定しており、且つ、振動等の影響が無いことが前提となる。
【００５８】
しかし、この前提に反し、特に低回転領域での特定回転数における振動が加わったり、燃料流に脈動が生じたりした場合には、燃料流力Ｆｆが瞬間的に第１付勢力Ｆｓｖを下回り、図６（ｃ）に記号「Ｂ」で示すように吸入弁２０がバウンスする等、動作が不安定になるおそれがある。また、吸入弁２０とストッパ１７との不慮の衝突による大きな衝突音が発生するおそれがある。
【００５９】
そこで、再び図５（ａ）、図６（ａ）を参照すると、本実施形態では、静音電流による電磁吸引力Ｆｍ０によってニードルスプリング１４の第２付勢力Ｆｓｎをキャンセルすることで、吸入弁２０がストッパ１７に衝突する衝突音を低減する。また、吸入弁２０がストッパ１７に当接すると同時、或いは当接した直後にニードル２６の先端が吸入弁２０に当接することで、吸入弁２０が浮動状態となることを可及的に回避する。したがって、開弁位置Ｐｏに到達した後の吸入弁２０の不安定な動作を防止することができる。
【００６０】
続いて、本実施形態におけるニードル２６及び吸入弁２０の動作に関し、特に開弁位置Ｐｏに到達する直前の動作について、図７を参照してさらに細かく検討する。図７（ａ）は、図６のＶＩＩ部を拡大して示した図である。
上述の本実施形態の説明では、「吸入弁２０とニードル２６とは微小間隔Δ０を維持しつつ、ほぼ同じ速度で前進する」と述べた。確かにこのことは、本発明の基本的な技術的思想を言い表したものである。しかし現実的には、吸入弁２０とニードル２６とが厳密に同じ速度で前進するように制御することは容易でない。
【００６１】
その理由の一つとして、吸入弁２０の開弁を阻止する方向に作用する第１付勢力Ｆｓｖは、フックの法則により、弁スプリング２１の圧縮量が多くなるにつれて大きくなるということがある。そのため、吸入弁２０が開弁位置Ｐｏに近づくほど第１付勢力Ｆｓｖによる反発が大きくなり、移動速度は低下する傾向となる。
なお、ニードル２６の推進力Ｆｎについては、ニードル２６が前進するにつれて第２付勢力Ｆｓｎは小さくなり、一方、固定コア１１と可動コア１２との距離が離れるにつれて電磁吸引力Ｆｍ（クーロン力）も小さくなるから、これらが相殺し、ほぼ一定で推移すると仮定する。
【００６２】
そこで、移動区間全体でニードル速度Ｖｎ０と自由開弁速度Ｖｖ０とが同等になるように設定した場合、図７（ａ）に示すように、自由開弁速度Ｖｖ０は、開弁位置Ｐｏの近傍で次第に傾きが小さくなり、時刻ｔｘに位置Ｐｘでニードル２６に追い付かれる可能性がある。そして、位置Ｐｘから開弁位置Ｐｏまでの区間Δｘでは、ニードル２６が吸入弁２０を押圧して開弁位置Ｐｏに到達することとなる。
【００６３】
この動作によると、ニードル２６が吸入弁２０を押圧する区間はごく僅かであるので、吸入弁２０がストッパ１７に衝突するときの衝突音は、吸入弁２０がニードル２６に全く押圧されないでストッパ１７に衝突したときの音とほぼ同じである。また、ニードル２６と吸入弁２０とが同時に開弁位置Ｐｏに到達するため、吸入弁２０が浮動状態となる時間をゼロにすることができる。
すなわち、図７（ａ）に示すように、開弁位置Ｐｏの直前でニードル２６が吸入弁２０に追い付くように動作させる制御方法は、本発明の技術的思想を現実的に反映した好ましい制御方法であると言える。
【００６４】
さらに、静音電流の通電を停止する時期について、図７（ｂ）を参照して説明する。
関連要因を総合的に組み合わせた結果、吸入弁２０を確実にストッパ１７に当接させることができ、且つ、衝突音を実質的に問題ないレベル以下に抑制できるのであれば、静音電流の通電を停止する時期は必ずしも限定されない。例えば第２比較例のように、吸入弁２０及びニードル２６が開弁位置Ｐｏに到達した後の時刻ｔｑとしてもよいし、或いは、ニードル２６が吸入弁２０に追い付く直前の時刻ｔｑ’に静音電流の通電を停止してもかまわない。
【００６５】
ニードル２６の先端が吸入弁２０に当接する以前の時刻ｔｑ’に静音電流の通電を停止した場合、開弁位置Ｐｏの直前のわずかな区間で静音電流による電磁吸引力Ｆｍ０が解除され、ニードル２６の押圧力が増加する。しかし、吸入弁２０を加速させる間もなく開弁位置Ｐｏに到達するため、吸入弁２０が激しくストッパ１７に衝突して衝突音を発生することはない。
【００６６】
最後に、本実施形態の制御方法を現実に適用するにあたっては、吸入弁２０の自由開弁速度Ｖｖ０、及び静音ニードル速度Ｖｎ０の推定が重要となる。
吸入弁２０の自由開弁速度Ｖｖ０は、主に、供給通路４８から加圧室４７に吸入される燃料の流力Ｆｆと、弁スプリング２１の第１付勢力Ｆｓｖとの釣り合いによって、計算式や実験データに基づくマップ等を利用して推定される。燃料流力Ｆｆは、エンジン回転数、要求流量、環境温度等に基づいて推定してもよい。
静音ニードル速度Ｖｎ０は、主に、静音電流による電磁吸引力Ｆｍ０と、ニードルスプリング１４の第２付勢力Ｆｓｎとの釣り合いによって、計算式や実験データに基づくマップ等を利用して推定される。さらに精度を向上させるためには、ニードル２６とニードルガイド１６との摺動摩擦力等を考慮することが好ましい。
【００６７】
（他の実施形態）
静音電流の通電開始時期について、一実施形態の図４では、特許文献１（特開２０１２−２４６８５２号公報）の図８と同様に、ピーク電流の通電期間に継続して静音電流を通電している。この他、例えば特開２０１２−１０２７２３号公報の図６を引用した本願の図８に示すように、ピーク電流の通電の後、一旦通電を停止する期間ΔＴ３を経た後、再び静音電流の通電を開始するようにしてもよい。この場合も、静音電流の大きさは、上記実施形態の技術的思想に準じ、吸入弁２０及びニードル２６の移動速度の均衡を確保するように設定される。
【００６８】
本発明の制御方法が適用される高圧ポンプの構成において、吸入弁部以外の構成は上記実施形態の構成に限らない。例えばパルセーションダンパ５３が設けられなくてもよい。また、可変容積室４３及び容積室通路４４が形成されなくてもよい。また、ポンプボディ４０にシリンダ４１を一体に形成するのでなく、別体のシリンダをポンプボディ４０に組み付ける構成としてもよい。
さらに、吸入弁部の構成について、ニードル、吸入弁、弁座部材、ストッパ等の具体的な形状、大きさ、位置等は、上記実施形態に示す形態に限らず、同様の機能を果たすものであればよい。
【００６９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  ・・・高圧ポンプ
１１・・・固定コア、      １２・・・可動コア、    １３・・・コイル、
１４・・・ニードルスプリング（第２付勢手段）、    １７・・・ストッパ
２０・・・吸入弁、
２１・・・弁スプリング（第１付勢手段）、          ２３・・・弁座、
２６・・・ニードル、
４０・・・ポンプボディ、  ４１・・・シリンダ、    ４２・・・プランジャ、
４７・・・加圧室、        ４８・・・供給通路、    ６４・・・吐出通路。
【図１】
2015017553.tif 000003
【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】
2015017553.tif 000008
【図７】
2015017553.tif 000009
【図８】
2015017553.tif 000010