(57)【要約】【課題】  高圧燃料供給ポンプの吐出圧力が高圧になった場合、あるいはバイオ燃料（アルコールやメタノール等）、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料を用いた場合でも、キャビテーション壊食の進行を抑制することを目的とする。【解決手段】  燃料を加圧室から吐出する吐出弁と、前記吐出弁が着座する吐出弁シートと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記吐出弁、又は前記吐出弁シートの基材は鉄鋼材であって、その表面は窒素原子が固溶した窒素マルテンサイト組織で形成されることを特徴とする。【選択図】  図７
2017031903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を加圧室から吐出する吐出弁と、
前記吐出弁が着座する吐出弁シートと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記吐出弁、又は前記吐出弁シートの基材は鉄鋼材であって、その表面は窒素原子が固溶した窒素マルテンサイト組織で形成され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に記載の高圧燃料供給ポンプであって、
前記吐出弁、又は前記吐出弁シートの表面に存在する該窒素マルテンサイト組織はそれを構成するＦｅとＮからなる格子の格子定数が０．２８６Åから０．３Å以下であり、窒素濃度が０．１４％から３％以下であ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に記載の高圧燃料供給ポンプであって、
前記吐出弁、又は前記吐出弁シートの表面は浸窒処理により窒素原子が固溶した窒素マルテンサイト組織で形成され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に記載の高圧燃料供給ポンプであって、
前記吐出弁シートと前記吐出弁のうち、前記吐出弁シートの表面のみが窒素原子が固溶した窒素マルテンサイト組織で形成される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に記載の高圧燃料供給ポンプであって、
吐出側の圧力が設定圧力以上となったときに開弁するリリーフ弁と、
前記リリーフ弁が押し付けられるリリーフ弁シートと、を備え、
前記リリーフ弁シートと前記リリーフ弁のうち、前記リリーフ弁シートの表面のみが窒素原子が固溶した窒素マルテンサイト組織で形成され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１に記載の高圧燃料供給ポンプであって、
前記窒素マルテンサイトの表面は、深さ２００ｕｍ以内においてＮ濃度は０．１％〜１％であ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、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、加圧室の吐出側に設けられた吐出弁を備えた高圧燃料供給ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、「燃料室内の摺動機構部品が過酷環境下において耐摩耗性の優れた燃料ポンプとするため、潤滑油中で摺動する斜板、スリッパ、プランジャと、燃料中で摺動するプランジャ、シリンダとの各摺動部材の互いに接触し上記燃料を介して摺動する少なくとも一方の摺動面に、窒化層、浸炭焼入れ層及び浸炭窒化層のいずれからかなる硬化層、あるいはその硬化層に対して耐食性が高く、硬質な金属化合物層を形成すること」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４８２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸入弁、吐出弁、あるいはリリーフ弁は弁の開閉を繰り返す中で燃料の激しい流れに常に曝される。激しい流れはキャビテーション現象で説明されるキャビティの発生を引き起こす。キャビティが弁の表面で崩壊すると、弁の表面はキャビティの崩壊圧を受け、やがてキャビテーション壊食が進行するようになる。キャビテーション壊食が進行し、弁の表面が損傷すると、弁は閉弁の状態で油密性を保持できない。
【０００６】
近年、自動車あるいは筒内噴射式エンジンシステムを取り巻く環境は刻々変化を続けている。特に環境保全意識の高まりや自動車から排出される煤等に関する規制が今後も強化される予定である。筒内噴射式エンジンシステム側でそれらに対応するには、エンジンの筒内にインジェクタがより希薄な燃料を噴射できるようする必要がある。それには高圧燃料供給ポンプが吐出できる圧力の能力をより高くする必要がある。吐出圧力が高くなるとキャビテーション壊食の発生確率や進行速度が高まる。
【０００７】
また近年、従来の鉱油由来の燃料に変わるものとして、生物由来のバイオ燃料が生産・流通するようになっている。バイオの使用形態は、各国・地域様々であるが、主に鉱油とバイオ燃料を混ぜた混合燃料として使われる例が多い。また鉱油や天然ガス由来のアルコール燃料も、それ単独や従来の鉱油由来の燃料と混ぜた混合燃料として使われる例が多くなっている。ガソリン自動車用の燃料では、鉱油由来の燃料をＥ０と称し、アルコール燃料はエタノールやメタノール濃度に応じて、例えば次のようにＥ３、Ｅ８５、Ｍ１５と称する。ここでＥ３、Ｅ８５はエタノールの容積比が３％、８５％のガソリン自動車用燃料である。またＭ１５はメタオールの容積比が１５％であるガソリン自動車用燃料である。
【０００８】
本発明者による試験では、Ｅ０とＥ１００とではキャビテーション壊食が生じるまでの時間が異なることが把握できている。それはＥ１００を使った場合は少なくともＥ０の２分の１の時間でキャビテーション壊食が生じる。Ｅ１０、Ｅ２２、Ｅ８５を使った場合は、それぞれはＥ０とＥ１００の間の時間でキャビテーション壊食が生じる。それら時間の長さは、エタノールの濃度が濃くなるにつれ短くなる。今後ガソリン自動車用燃料にエタノール等の混合比率が高まることが予想される。また国や地域によっては既に高濃度のエタノール燃料を用いているところもある。そのような状況から、高圧燃料供給ポンプでは、エタノールを含む燃料に対応したキャビテーション壊食の対策が必要となっている。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高圧燃料供給ポンプにおいて、より高圧になった場合、あるいはバイオ燃料（アルコールやメタノール等）、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料を用いた場合でも、キャビテーション壊食の進行を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、上記課題を解決するために、燃料を加圧室から吐出する吐出弁と、前記吐出弁が着座する吐出弁シートと、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記吐出弁、又は前記吐出弁シートの基材は鉄鋼材であって、その表面は窒素原子が固溶した窒素マルテンサイト組織で形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高圧燃料供給ポンプにおいて、より高圧になった場合、あるいはバイオ燃料（アルコールやメタノール等）、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料を用いた場合でも、キャビテーション壊食の進行を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】本発明の構成の効果を示すキャビテーション試験の結果
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】ステンレス素材の吐出弁８ｂ、又は吐出弁シート８ａに浸窒処理により窒素マルテンサイト組織を形成した場合の窒素マルテンサイト組織の深さと濃度との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【実施例１】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
異常な高圧を防止するためにリリーフ弁機構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、リリーフ弁機構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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
この状態で、ＥＣＵ２７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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
ここで、本実施例の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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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本実施例の利点について詳細に説明する。
【００６８】
≪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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
≪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。
【００７６】
≪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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
このキャビテーション壊食を本実施例では以下の理由から解決する事が出来る。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
≪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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
また上記したように近年、高圧燃料供給ポンプは更なる高圧化が求められており、たとえば目標吐出圧力が２５ＭＰａ以上の高圧燃料供給ポンプが必要となることもある。このように目標吐出圧力が非常に高圧になった場合、あるいはバイオ燃料（アルコールやメタノール等）、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料が高圧燃料供給ポンプに用いられる場合には、キャビテーションによる壊食が問題となる。そのため、このキャビテーション壊食の進行を抑制する、あるいはキャビテーション壊食が発生する確率をより低くする、あるいはキャビテーション壊食が発生するまでの時間をより長くなることが必要となる。本実施例では弁座と弁体が接触する箇所において特にキャビテーション壊食が発生することが分かったため、これを抑制する。
【００９６】
より具体的には、吐出弁８ｂ、吐出弁シート８ａの双方、又は少なくとも一方の基材は鉄鋼材であって、その表面は窒素原子が固溶した窒素マルテンサイト組織で形成する。すなわち、吐出弁８ｂ、吐出弁シート８ａの双方、又は少なくとも一方の表面に窒素マルテンサイトが形成される表面改質処理を行う。吐出弁８ｂ、吐出弁シート８ａの双方、又は少なくとも一方の表面に存在する窒素マルテンサイト組織はそれを構成するＦｅとＮからなる格子の格子定数が０．２８６Åから０．３Å以下であり、窒素濃度が０．１４％から３％以下である。
【００９７】
なお、ここでは吐出弁８ｂ、吐出弁シート８ａについて説明したが、リリーフバルブ１００、リリーフ弁シート１０１も同様にキャビテーション壊食が発生する虞がある。したがってリリーフバルブ１００、リリーフ弁シート１０１の双方、または一方の表面を窒素原子が固溶した窒素マルテンサイト組織で形成するようにしても良い。あるいは吸入弁３０、吸入弁シート３１の表面に窒素マルテンサイト組織で形成するようにしても良い。 
窒素マルテンサイト組織をそれら部品に形成する方法としては、浸窒処理と呼ばれる表面改質処理が最適である。浸窒処理は、窒化処理とは異なっており、通常８００℃以上で行われる。窒化処理はおおむね４００℃から６００℃である。８００℃以上で熱処理する理由は、窒素マルテンサイト組織を作るには、鉄鋼材を８００℃以上に加熱してオーステナイト相の状態に保持、その上で窒素を鉄鋼材に固溶させるためである。窒素を固溶するには、アンモニアガスとアンモニアが鉄と触れたときの触媒反応を利用する。触媒反応によるアンモニアの化学変化は次の式で示される。  
ＮＨ３→１／２Ｎ２＋３／２Ｈ２
また、オーステナイト相の状態の鉄鋼材表面に窒素を固溶させた後、通常の焼入れ作業と同じように、ガスで急冷させる。部品形状の変形等が問題にならない場合は油冷で急冷してもかまわない。本実施例では、上記の窒素マルテンサイト組織をするプロセスを、吐出弁に適用した後に、弁体と弁座の接触面積が増えるよう、＃１０００以上のエメリー紙、もしくは直径３μｍ以下のダイヤモンド粒子によって研磨した。
【００９８】
上記の窒素マルテンサイト組織を形成し、表面を仕上げた吐出弁８ｂ、吐出弁シート８ａを高圧燃料ポンプに組み込み、キャビテーション壊食が生じるか確認した。窒素マルテンサイト組織を形成しない鉄鋼材の部品（吐出弁、吐出弁シート）のものと比較して、少なくともキャビテーション壊食の発生量は同じか、適用前のものに比べ少なくなっていることを確認した。但し、吐出弁８ｂ、吐出弁シート８ａの一方のみに本実施例の浸窒処理を行うことによっても効果が得られる。また一方のみであれば、それだけ生産効率を向上させ生産コスト低減が図れる。特に本実施例においては、シート部におけるキャビテーション抑制を目的としているので、シート部と弁体の双方ではなく、吐出弁シート８ａやリリーフ弁シート１０１、あるいは吸入弁シートのみに本実施例の浸窒処理を行い、表面に窒素マルテンサイト組織を形成することが望ましい。
【００９９】
図１０は、ステンレス素材の吐出弁８ｂ、又は吐出弁シート８ａに本実施例の浸窒処理により窒素マルテンサイト組織を形成した場合の窒素マルテンサイト組織の深さと濃度との関係を示す。本実施例の浸窒処理は，窒素原子が固溶することで窒素マルテンサイトを形成するものであり、窒素マルテンサイトは炭素マルテンサイトと同じように硬く靱性を有す。そしてゼロではないものの窒素物はほぼ形成しない。また図１０に示すように本実施例により形成された窒素マルテンサイトの表面は、深さ２００ｕｍ以内においてＮ濃度は０．１％〜１％で，窒化処理よりも低い。一方で窒化処理はＦｅ３Ｎ，  Ｆｅ４Ｎ等の窒化物を作る処理である。窒化物は硬いが脆いため，耐キャビテーション特性は良くない。また、Ｎ濃度は５〜２０％となる。
【０１００】
図７は、本発明の耐キャビテーション壊食に対する材料ともしくはその構成が、どの程度の耐キャビテーション壊食性を持っているかを定量的に示すために行った実験の結果である。縦軸はキャビテーションの壊食量、横軸はキャビテーションを受けた時間を示す。試験は水で行った。本実施例の高圧燃料供給ポンプはガソリンもしくはバイオ燃料等が適用されるが、別の検証で、水、ガソリン、バイオ燃料に相当するエタノールでのキャビテーション壊食は、現象として同じであり、ガソリンの代わりに水を用いても材料強度の比較の結果は変わらないことを確認している。
【０１０１】
実験の結果、図７に示すように、焼入れのみのＳＵＳ４２０Ｊ２と窒素マルテンサイト組織を表面に形成したＳＵＳ４２０Ｊ２では、キャビテーション壊食現象で潜伏期間と呼ばれる質量損失をほとんど伴わない期間が前者で４６分、後者で７５分となった。高圧燃料供給ポンプにおいて、仮に潜伏期間後のキャビテーション壊食が起こると、油密性等が維持できなくなる。そのため、キャビテーション壊食という現象が起こってもそれは潜伏期間内にとどめておく必要がある。従って高圧燃料供給ポンプにおける耐キャビテーション壊食材料の基準は、潜伏期間の長さである。
【０１０２】
上記したように窒素マルテンサイト組織を表面に形成しＳＵＳ４２０Ｊ２は、焼入れのみのＳＵＳ４２０Ｊ２に比べてキャビテーション壊食現象の潜伏期間が長くなる。従って、先に示した実際の高圧燃料供給ポンプにおいて、本発明を適用したポンプのキャビテーション壊食の発生量が同じか少なくなっている理由は、本発明を適用した構成が効いたものと推察される。
【０１０３】
本実施例の高圧燃料供給ポンプは、液体が流れる部分にキャビテーション壊食の発生もしくはその進行が遅い材料を適用しているため、燃料の圧力と流量をより高くすることが可能である。またアルコール燃料を用いた場合でも、鉱油由来の燃料を用いた場合を同じように長時間の信頼性が確保できる。
【実施例２】
【０１０４】
図９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。
【符号の説明】
【０１０５】
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。
【図１】
2017031903.tif 000003
【図２】
2017031903.tif 000004
【図３】
2017031903.tif 000005
【図４】
2017031903.tif 000006
【図５】
2017031903.tif 000007
【図６】
2017031903.tif 000008
【図７】
2017031903.tif 000009
【図８】
2017031903.tif 000010
【図９】
2017031903.tif 000011
【図１０】
2017031903.tif 000012