JP2017141725A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧燃料供給ポンプの吐出ジョイント溶接部での切欠き形状発生を抑制し、吐出ジョイント溶接部で所望の疲労強度を得る。
【解決手段】
第１部材と、前記第１部材の一面と対向する第２部材と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記第１部材と前記第２部材とを固定する溶接部と、前記溶接部の溶接レーザーによる溶接部位と反対側に前記溶接部と前記第１部材と前記第２部材とで形成される空隙と、を備え、前記空隙を構成する前記第１部材の空隙構成面と前記第２部材の空隙構成面との少なくともどちらか一方が前記溶接部の溶け込み幅に対して外側に形成された。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関のシリンダに直接燃料を噴射する燃料噴射弁に高圧燃料を供給する高圧燃料供給ポンプに関するもので、特に、高圧燃料をコモンレールに供給するための吐出ジョイントが当該高圧燃料供給ポンプの本体に溶接にて結合されている高圧燃料供給ポンプに関する。

特開２０１１−８０３９１号公報においては、高圧燃料をコモンレールに供給するための吐出ジョイントが、高圧燃料供給ポンプ本体に外側からレーザー溶接にて結合されている高圧燃料供給ポンプが記載されている。

吐出ジョイントを高圧燃料供給ポンプに外側からレーザー溶接で結合する事で、吐出ジョイント内部に高圧燃料を供給しても燃料が外部に漏れる事なく、コモンレールに供給する事が可能になる。

また、特開２０１１−８０３９１号公報では、吐出ジョイント溶接部の溶接レーザーが当たる部位と反対側には、溶接部での応力集中を防いで溶接部全体で均等に応力を分散させるための空隙部を設けている事が記載されている。

特開２０１１−８０３９１号公報

しかしながら、先行技術文献に記載されている吐出ジョイントの溶接部では、吐出ジョイント溶接部の溶接レーザーが当たる部位と反対側に設けている空隙部の中で、空隙部を構成するポンプボディ側空隙構成面及び吐出ジョイント側空隙構成面が吐出ジョイント溶接部の溶接溶け込み幅に対してほぼ同一線上、もしくは横方向の距離が非常に近い位置に形成されている。この場合、吐出ジョイントを溶接した際に溶接部の一部に鋭角形状（以下切欠き形状とする）が発生しやすい。空隙部に切欠き形状が発生した場合、その部分に応力集中が発生するため、吐出ジョイント溶接部の疲労強度が想定通りにならないという問題があった。

本発明の目的は、高圧燃料供給ポンプの吐出ジョイント溶接部での切欠き形状発生を抑制し、吐出ジョイント溶接部で所望の疲労強度を得る事である。

本発明では上記目的を達成するために、第１部材と、前記第１部材の一面と対向する第２部材と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記第１部材と前記第２部材とを固定する溶接部と、前記溶接部の溶接レーザーによる溶接部位と反対側に前記溶接部と前記第１部材と前記第２部材とで形成される空隙と、を備え、前記空隙を構成する前記第１部材の空隙構成面と前記第２部材の空隙構成面との少なくともどちらか一方が前記溶接部の溶け込み幅に対して外側に形成された。

このように構成した本発明によれば、吐出ジョイント溶接部に切欠き形状の発生を抑制し、吐出ジョイント溶接部で所望の疲労強度を得る事が可能になる。

本発明が実施された第一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図の一例である。 本発明が実施された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。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの別の縦断面図である。 本発明が実施された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、電磁吸入弁が開弁状態にある状態を示す。 本発明が実施された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、電磁吸入弁が閉弁状態にある状態を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの吐出ジョイント溶接部の拡大縦断面図であり、レーザーで溶接されるポンプボディと吐出ジョイントの対向面で空隙側に段差がない場合である。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの吐出ジョイント溶接部の拡大縦断面図であり、レーザーで溶接されるポンプボディと吐出ジョイントの対向面で空隙側に段差がある場合である。 高圧燃料供給ポンプの吐出ジョイント溶接部の拡大縦断面図であり、吐出ジョイント溶接部と空隙構成面との間に鋭角な切り欠き形状が構成された場合を説明する図である。

以下図面に示す実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

図１から図７に基づき本発明の実施例である高圧燃料供給ポンプの構成について説明する。

図１中で、破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプのポンプボディ１を示し、この破線の中に示されている機構、部品は高圧燃料供給ポンプのポンプボディ１に一体に組み込まれていることを示す。

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）からの信号に基づきフィードポンプ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を通して高圧燃料供給ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。

図２中で、ポンプボディ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１０１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１０１の内側に固定されたフィルタ１０２を通過し、さらに低圧燃料流路１０ｂ、圧力脈動低減機構９、低圧燃料流路１０ｃを介して電磁吸入弁３０の吸入通路３０ａに至る。

吸入ジョイント１０１内の吸入フィルタ１０２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収することを防ぐ役目がある。

ポンプボディ１には中心に加圧室１１として上側に凸となるように凹み部１Ａが形成されており、この加圧室１１の入口の吸入通路３０ａには電磁吸入弁３０が設けられている。図４に示すように電磁吸入弁３０内にはアンカー３１ｂとロッド３１ａで構成された可動部３１が設けられている。アンカーばね３４はロッド３１ａを介してアンカー３１ｂを開弁方向（図４左方向）に向かって付勢し、ロッド３１ａは先端部で吸入弁３９を開弁方向に付勢する。一方で吸入弁３９は吸入弁ばね３８により閉弁方向（図４右方向）に付勢される。アンカーばね３４の付勢力の方が吸入弁ばね３８の付勢力よりも大きいため、電磁コイル５２が無通電状態において、アンカー３１ｂ及びロッド３１ａは図４のように図中の左方向に移動しており、吸入弁３９が吸入弁ホルダ３５と接触して動きが規制され開弁状態となる。つまり、無通電状態においてアンカーばね３４の付勢力と吸入弁ばね３８の付勢力の差により、アンカー３１ｂ及びロッド３１ａは開弁方向に向かって付勢される。なお、吸入弁ホルダ３５は吸入弁３９のストッパとして機能する。これにより電磁吸入弁３０は電磁コイル５２の無通電状態において吸入通路３０ａと加圧室１１を連通している。

シリンダ６は外周がシリンダホルダ７の円筒嵌合部７ａ
で保持されている。シリンダホルダ７の外周に螺刻されたねじ７ｇを、ポンプボディ１に螺刻されたねじ１ｂにねじ込むことによって、シリンダ６をポンプボディ１に固定する。また、プランジャシール１３は、シリンダホルダ７の内周円筒面７ｃに圧入固定されたシールホルダ１６とシリンダホルダ７によって、シリンダホルダ７の下端に保持されている。この時、プランジャシール１３はシリンダホルダ７の内周円筒面７ｃによって、その軸を円筒嵌合部７ａの軸と同軸に保持されている。プランジャ２とプランジャシール１３は、シリンダ６の図中下端部において摺動可能に接触する状態で設置されている。

これにより環状低圧シール室１０ｆ中の燃料がタペット３側、つまりエンジンの内部に流入するのを防止する。同時にエンジンルーム内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がポンプボディ１の内部に流入するのを防止する。また、シリンダホルダ７には外周円筒面７ｂが設けられ、そこには、Ｏ−リング６１を嵌め込むための溝７ｄを設ける。Ｏ−リング６１はエンジン側の嵌合穴７０の内壁とシリンダホルダ７の溝７ｄによりエンジンのカム側と外部を遮断し、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

シリンダ６はプランジャ２の往復運動の方向に交差する圧着部６ａを有し、圧着部６ａはポンプボディ１の圧着面１ａと圧着している。圧着は、ねじ７ｇの締付けによる推力によって行われる。加圧室１１はこの圧着によって成形され、加圧室１１内の燃料が加圧され高圧になっても、加圧室１１から外へ圧着部を通って燃料が漏れることがないよう、ねじ７ｇの締付けトルクは管理しなくてはならない。

また、プランジャ２とシリンダ６の摺動長を適正に保つために加圧室１１内にシリンダ６を深く挿入する構造とした。シリンダ６の圧着部６ａより加圧室１１側では、シリンダ６の外周とポンプボディ１の内周の間にクリアランス１Ｂを設ける。シリンダ６は外周がシリンダホルダ７の円筒嵌合部７ａで保持されているので、クリアランス１Ｂを設けることにより、シリンダ６の外周とポンプボディ１の内周が接触することが無いようにすることができる。以上のようにして、シリンダ６は加圧室１１内で進退運動するプランジャ２をその進退運動方向に沿って摺動可能に保持される。

プランジャ２の下端には、カム５の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するリテーナ１５が嵌合によってプランジャ２に固定されており、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３の底部内面に押し付けられている。これによりカム５の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に運動させることができる。

加圧室１１の出口には吐出弁ユニット８が設けられている。吐出弁ユニット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、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とは当接部で溶接部８ｅにより接合されて一体のユニットを形成している。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トッパーを形成する段付部８ｆ
が設けられている。

吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ホルダ８ｄ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ホルダ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、吐出ジョイント１２内部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、高圧燃料供給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の内周面にてガイドしている。以上のようにすることで、吐出弁ユニット８は燃料を一方の方向にのみ流し、逆流することを制限する逆止弁となる。以上の通り、本実施例の加圧室１１は、ポンプボディ１、電磁吸入弁３０、プランジャ２、シリンダ６、吐出弁ユニット８にて構成される。なお、吐出弁ユニット８が配置される吐出弁チャンバーはポンプボディ１の吐出側に形成された凹み部により構成され、この凹み部の内周面１１Ａに吐出弁ユニット８の吐出弁シート８ａが圧入されて、吐出弁チャンバーと加圧室１１とが区画される。

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としてのポンプボディ１の加圧室１１に送られる。ここで加圧室１１と吐出ジョイント１２内部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にてプランジャ２の往復動によって燃料が高圧に加圧され、燃料圧力が吐出ジョイント１２内部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内の高圧燃料は吐出ジョイント１２を経てコモンレール２３へと吐出される。

コモンレール２３には、インジェクタ２４、圧力センサ２６が装着されている。インジェクタ２４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、ＥＣＵ２７の制御信号にしたがって開閉弁して、燃料をシリンダ内に噴射する。

高圧燃料供給ポンプのエンジンへの固定は、取付けフランジ４１、ボルト４２、およびブッシュ４３
により行われる。取付けフランジ４１は溶接部４１ａにてポンプボディ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。

図４は電磁吸入弁３０の拡大図で、電磁コイル５２に通電されていない無通電の状態である。図５は電磁吸入弁３０の拡大図で、電磁コイル５２に通電されている通電の状態である。

可動部３１は、ロッド３１ａ、アンカー３１ｂの２部分からなる。ロッド３１ａとアンカー３１ｂは別体型であり、ロッド３１ａとアンカー３１ｂの間には微小なクリアランスを設けている。ロッド３１ａは後述する弁シート３２の摺動部３２ｄにも摺動可能に保持されているので、アンカー３１ｂの運動は、ロッド３１ａによって開弁運動・閉弁運動の方向のみに制限され、摺動可能に保持されている。

吸入弁ばね３８は図４のように吸入弁３９、および吸入弁ホルダ３５に嵌め込まれ、吸入弁３９、および吸入弁ホルダ３５を引き離す方向に吸入弁ばね３８による付勢力が発生するようになっている。

アンカーばね３４は図４のようにアンカー内周３１ｃ、およびコア内周３３ｂに嵌め込まれ、アンカー３１ｂ、およびコア３３を引き離す方向にアンカーばね３４による付勢力が発生するようになっている。なお、吸入弁ばね３８による付勢力よりもアンカーばね３４による付勢力が大きくなるように設定している。このため、電磁コイル５２に無通電状態では、アンカーばね３４による付勢力と吸入弁ばね３８による付勢力の差によって可動部３１は図４に示すように図面左の開弁方向に付勢され吸入弁３９が開弁状態となっている。

弁シート３２は、吸入弁シート部３２ａ、吸入通路部３２ｂ、圧入部３２ｃ、摺動部３２ｄからなる。圧入部３２ｃはコア３３に圧入固定されている。吸入弁シート部３２ａは吸入弁ホルダ３５に圧入固定されており、さらに吸入弁ホルダ３５はポンプボディ１に圧入固定されている。これにより加圧室１１と吸入通路３０ａを完全に遮断している。摺動部３２ｄにはロッド３１ａが摺動可能に保持されている。

コア３３は、第一コア部３３ａ、磁気オリフィス部３３ｂ、コア内周３３ｃ、第二コア部３３ｄからなる。電磁コイル５２に通電すると図４のように電磁コイル５２の周囲に発生した磁場によって磁束が発生し、アンカー３１ｂとコア３３の間には磁気吸引力が発生する。本実施例では磁気回路を構成する部材は、図４に示すようにアンカー３１ｂ、コア３３、ヨーク５１とし、これらの材質は全て磁性材料とした。磁気吸引力を大きくするためにはアンカー３１ｂとコア３３の磁気吸引面Ｓを通過する磁束を大きくすれば良い。そのためには第一コア部３３ａと第二コア部３３ｄの間に磁気オリフィス部３３ｂを設けた。磁気オリフィス部３３ｂでは、肉厚を強度的に許す限り薄くする一方、コア３３のその他の部分では十分な肉厚を確保している。また、磁気オリフィス部３３ｂはコア３３とアンカー３１ｂとが接触する部分の近傍に設けた。これにより、コア３３の磁気絞り部３３ｂを通過する磁束を小さくできるので、大部分の磁束がアンカー３１ｂを通過し、それによりコア３３とアンカー３１ｂの間に発生する磁気吸引力の低下を許容範囲内にしている。

磁気オリフィス部３３ｂの断面積が大きすぎると、第一コア部３３ａと第二コア部３３ｄの間を直接磁束が通過してしまいアンカー３１ｂを通過する磁束が減少してしまうので、磁気吸引力が低下してしまう。磁気吸引力が小さいと可動部３１の応答性が悪くなり吸入弁を閉弁することができない、もしくは閉弁までの時間が長くなってしまい、内燃機関の高速運転時（カムの高速回転時）に、高圧吐出される燃料の量を制御することができない、と言った問題が発生する。

本実施例の構造であれば磁気オリフィス部３３ｂに非磁性体を用いる必要がなく、コア３３を一体の部品として製作することが可能である。そのため、コア３３の組立の際に圧入及び溶接等を用いてコア３３と非磁性体を結合する必要がなく、部品の加工及び組立を簡単化することができる。コア３３は溶接部３７によりポンプボディ１に溶接固定されており、吸入通路３０ａと高圧燃料供給ポンプの外部とを遮断している。

電磁コイル５２に通電されていない無通電の状態で、かつ低圧燃料流路１０ｃ（吸入通路３０ａ）と加圧室１１との間の流体差圧が無い時は、可動部３１はアンカーばね３４と吸入弁ばね３８の付勢力の差により、図４のように図中の左方向に移動した状態となる。この時、吸入弁３９は吸入弁ホルダ３５と接触するため、吸入弁３９の開弁方向の位置が規制される。この状態で、吸入弁３９は開弁状態となる。吸入弁３９と弁シート３２の間に存在する隙間は、吸入弁３９の可動範囲であり、これがストロークとなる。

ストロークが大きすぎると、電磁コイル５２に通電後、吸入弁３９が閉弁運動を開始し弁シート３２と接触し完全に閉弁するまでにより長い時間を必要とする。また、アンカー３１ｂとコア３３の距離も大きくなるために発生する磁気吸引力が小さくなってしまう。

そのため、内燃機関の高速運転時（カム高速回転時）に応答性が不足し、目標とするタイミングで吸入弁３９を閉弁することができず、高圧吐出される燃料の量を制御できないと言った問題が生じる。ストロークが小さすぎると、この部分でのオリフィス効果が大きくなるので、圧力損失が発生する。例えば燃料温度が６０℃のような高温で、内燃機関の高速運転時（カム高速回転時）の場合、吸入行程では低圧燃料流路１０ｃから加圧室１１に燃料が流れ込む際に、燃料はこの部分で蒸気化してしまい、高圧に加圧できる燃料が減少してしまう。その結果、高圧燃料供給ポンプの容積効率の低下に繋がる、と言った問題があった。

また、後述する戻し工程中は、内燃機関の高速運転時（カム高速回転時）では、吸入弁３９に発生する流体力（加圧室１１から低圧燃料流路１０ｃへ逆流する燃料によって発生する閉弁方向の力）が大きくなる。すると戻し工程中の予期しないタイミングで吸入弁３９が閉弁してしまい、高圧吐出される燃料の量を制御できないと言った問題が生じる。これらのことから、吸入弁３９のストロークの管理は非常に重要となる。

本実施例のような構造にすることでストロークは吸入弁ホルダ３５と吸入弁３９の部品寸法のみで決定されるため、これらの部品寸法の公差を適切に設定することでストロークのばらつきを最小限に抑えることが可能になる。

また、アンカー３１ｂとコア３３のクリアランスは吸入弁３９と弁シート３２の間のストロークよりも大きくなるように設定しなくてはならない。クリアランスがストロークよりも小さいと電磁コイル５２に通電してから吸入弁３９が閉弁運動を開始後、吸入弁３９が弁シート３２に接触する前にアンカー３１ｂがコア３３と衝突してしまい、吸入弁３９と弁シート３２が接触しない、つまり吸入弁３９を完全な閉弁状態にすることができない、といった問題が生じる。しかし、クリアランスが大き過ぎると、電磁コイル５２に通電しても、十分な磁気吸引力が得られない。そのため、可動部３１が閉弁することができない、または応答性が悪くなってしまい内燃機関の高速運転時（カムの高速回転時）に、高圧吐出される燃料の量を制御することができない、と言った問題が発生してしまう。

本実施例のような構造であれば、クリアランスは吸入弁ホルダ３５、弁シート３２、ロッド３１ａ、コア３３、吸入弁３９といった部品の寸法のみで決定されるため、これらの部品寸法の公差を適切に設定することでクリアランスのばらつきを最小限に抑えることが可能になる。

カム５の回転により、プランジャ２が図２の下方に変位する吸入工程状態（上死点位置から下死点位置移動する間）にある時は、電磁コイル５２には無通電である。このとき吸入弁３９は開弁しているので、加圧室１１の容積は増加する。この工程で燃料は吸入通路３０ａから弁シート３２の吸入通路部３２ｂ、吸入口３６を通過し加圧室１１内へ流れ込む。なお、吸入弁３９の変位量は吸入弁ホルダ３５にて規制されるため、これ以上、開弁することはない。

この状態で、プランジャ２は吸入行程を終了し、下死点から上死点に移動する間の上昇工程
へと移行する。加圧室１１の容積は、プランジャ２の上昇工程における上昇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口３６を通して低圧燃料流路１０ｃ（吸入通路３０ａ）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。

このとき、吸入弁３９には、アンカーばね３４による付勢力と吸入弁ばね３８による付勢力の差による開弁方向の力と、燃料が加圧室１１から低圧燃料流路１０ｃへ逆流する時に発生する流体力による閉弁方向の力が働く。戻し工程中に吸入弁３９が開弁状態を維持するために、前述のアンカーばね３４と吸入弁ばね３８の付勢力の差は流体力よりも大きく設定されている。

この状態にてＥＣＵ２７からの電磁コイル５２に対する通電指令により電磁コイル５２が通電する。このときコア３３とアンカー３１ｂの間には、互いに引き合う磁気吸引力が発生し、この磁気吸引力がアンカーばね３４の付勢力よりも強くなるとアンカー３１ｂは閉弁方向へ運動を開始する。

アンカー３１ｂとロッド３１ａは別体であるが、アンカー３１ｂが閉弁方向へ運動を開始するとロッド３１ａのストッパ部３１ｆにアンカー３１ｂが引っかかり、アンカー３１ｂはロッド３１ａと共に閉弁方向へ運動を開始する。アンカー３１ｂがコア３３に衝突するとアンカー３１ｂの運動が停止し、アンカー３１ｂの持つ運動エネルギーによって衝突音が発生する。アンカー３１ｂとロッド３１ａは、アンカー摺動部３１ｅによって摺動可能に保持されているので、ロッド３１ａはアンカー３１ｂがコア３３と衝突して運動を停止した後も、閉弁方向に運動を続けアンカーばね３４によってその運動エネルギーを吸収され運動を停止する。よって、ロッド３１ａの運動エネルギーは音に寄与しない。以上のような構成とすることで、コア３３への衝突による音を小さくすることができる。

上記の様に、アンカー３１ｂとロッド３１ａが閉弁方向に移動すると、吸入弁３９には吸入弁ばね３８による付勢力のみが働く。そのため、吸入弁３９は吸入弁ばね３８による付勢力によって、閉弁方向に移動し、吸入弁シート部３２ａと接触し閉弁状態となるので、吸入口３６は塞がれる。

吸入口３６が閉じると加圧室１１の燃料圧力はプランジャ２の上昇運動と共に上昇する。そして、吐出ジョイント１２内部の圧力以上になると、吐出弁ユニット（吐出弁機構）８を介して加圧室１１に残っている高圧燃料の吐出が行われ、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。すなわち、プランジャ２の上昇工程は、戻し工程と吐出工程からなる。

吐出行程において、加圧燃料の供給が開始された後、電磁コイル５２への通電を解除できる。これは、加圧室１１内の圧力が吐出ジョイント１２内部の圧力以上になると、吸入弁３９には加圧室１１内の圧力により閉弁方向に力が働き、これがアンカーばね３４による付勢力と吸入弁ばね３８による付勢力の差による開弁方向の力
よりも大きくなるためである。これにより、電磁コイル５２での消費電力を抑制することができる。

そして、電磁吸入弁３０の電磁コイル５２へ通電する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５２へ通電するタイミングを早くすれば、上昇工程中、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、低圧燃料流路１０ｃ（吸入通路３０ａ）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、電磁コイル５２への通電のタイミングを遅くすれば、上昇工程中の、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、低圧燃料流路１０ｃ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５２へ通電するタイミングは、ＥＣＵ２７からの指令によって制御される。

プランジャ２が上昇工程を終了し吸入行程を開始すると加圧室１１の体積は再び増加を開始し、加圧室１１内の圧力は低下する。そして加圧室１１に低圧燃料流路１０ｃから３０ａを通って燃料が流入する。吸入弁３９はアンカーばね３４と吸入弁ばね３８の付勢力の差によって図中の左側へ開弁運動を開始し、ストローク分だけ移動した後、吸入弁ホルダ３５と衝突して運動を停止する。この衝突はアンカーばね３４と吸入弁ばね３８の付勢力の差によって発生するものであり、衝突エネルギーはそれほど大きくない。そのためこの衝突部では高い硬度は要求されない。そのため、本実施例では吸入弁ホルダ３５の材質にオーステナイト系ステンレスを採用した。また、このときアンカー３１ｂはロッド３１ａのストッパ部３１ｆに引っかかりロッド３１ａと共に開弁運動を行う。

以上のように構成することで、電磁コイル５２へ通電する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できる。

このとき、吸入弁３９はプランジャ２の下降・上昇運動に伴って可動部３１は図中の左右方向の運動を繰り返し、吸入口３６は開閉運動を繰り返す。可動部３１のアンカー３１ｂとロッド３１ａの間、及びロッド３１ａと弁シート３２の間には微小なクリアランスが存在するので、可動部３１はこの運動を開弁運動・閉弁運動の方向のみに制限され摺動可能に保持され、摺動運動を繰り返す。二箇所の摺動部のクリアランスは次のように設定されている。クリアランスが大き過ぎると、ロッド３１ａ及びアンカー３１ｂは開弁運動・閉弁運動の方向以外にも運動をしてしまう。すると、開弁運動・閉弁運動の応答性が悪くなり、内燃機関の高速運転時（カムの高速回転時）に吸入弁３９の開弁・閉弁が追従せず、吐出される高圧燃料の量を制御することができなくなってしまう。そのためクリアランスは適切な値に設定しなくてはならない。

またアンカー摺動部３１ｅ及び摺動部３２ｄでは可動部３１の開弁運動・閉弁運動の抵抗にならないように十分に低い面粗さが必要である。また、耐久上の観点から高い硬度が要求されるため、吸入弁３９、弁シート３２及びロッド３１ａの材料は硬度の高いマルテンサイト系ステンレスとしている。なお、ロッド３１ａと弁シート３２の材料であるマルテンサイト系ステンレスは、磁場の中に置かれると内部に磁束を発生する磁性材であることが知られている。そのため、アンカー３１ｂを通じてロッド３１ａと弁シート３２にも磁束の流れが発生し、互いに引き合う磁気吸引力が発生する。しかし本実施例の構造であれば大部分の磁束はアンカー３１ｂとコア３３の磁気吸引面Ｓのみを通過するため、吸入弁３９が閉弁できなくなることはない。

また、可動部３１が開弁運動・閉弁運動を繰り返せば、コア３３の内側円筒部内をロッド３１ａが出入りすることとなり、コア３３の内側円筒部内の燃料容積が増減する。コア３３の内側円筒部は燃料で満たされているので、ロッド３１ａがコア３３の内側円筒部内を出入りする場合は、ロッド３１ａによって押しのけられた燃料は弁シート３２のガイド部３２ｄを通じて図中の左右方向に往復しなくてはならない。しかし、弁シート３２のガイド部３２ｄとロッド３１ａのクリアランスは微小であり、十分な燃料が通過することができず、可動部３１の開弁運動・閉弁運動の応答性を阻害してしまう。そのため、弁シート３２に連通孔３２ｅを設けた。

アンカー３１ｂの内周面及びコア３３の内周面で構成される円筒部内の空間の体積も可動部３１が開弁運動・閉弁運動により増減する。またアンカー３１ｂとコア３３が衝突すれば、この円筒部内の空間は完全な密閉状態となり、アンカー３１ｂがコア３３から離れて開弁運動に移行する瞬間に圧力降下が生じてしまうので、可動部３１の開弁運動が不安定になってしまうという問題があった。そのため、アンカー３１ｂにアンカー連通孔３１ｄを設けた。このような構造とすることで、燃料の通過を容易とし可動部３１の開弁運動・閉弁運動の応答性を確保することができる。

電磁コイル５２はリード線５４を可動部３１の軸を中心に巻いて構成している。リード線５４の両端は、リード線溶接部５５でターミナル５６に溶接接続されている。ターミナルは伝導性の物質でありコネクタ部５８に開口しており、コネクタ部５８にＥＣＵ２７からの相手側コネクタが接続されれば相手側のターミナルに接触し電磁コイル５２に電流を伝える。

本実施例では、このリード線溶接部５５をヨーク５１の外側に配置している。磁気回路の外側にリード線溶接部５５を配置することになり、リード線溶接部５５に必要としていた空間が無いために磁気回路の全長を短くでき、コア３３とアンカー３１ｂの間に十分な磁気吸引力の発生が可能となった。

上記の吸入行程、戻し行程、および吐出行程の３つの行程中、吸入通路３０ａ（低圧燃料流路１０ｃ）には常に燃料が出入りするため、燃料圧力に周期的な脈動が生じる。この圧力脈動は圧力脈動低減機構９にて吸収低減され、フィードポンプ２１からポンプボディ１へ至る吸入配管２８への圧力脈動の伝播を遮断し、吸入配管２８の破損等を防止すると同時に、安定した燃料圧力で加圧室１１に燃料を供給することを可能としている。低圧燃料流路１０ｂは低圧燃料流路１０ｃと接続しているので、圧力脈動低減機構９の両面に燃料は行き渡り効果的に燃料の圧力脈動を抑える。

圧力脈動低減機構９は２枚の金属ダイアフラムで構成され、両ダイアフラム間の空間にガスが封入された状態で外周を溶接部にて全周溶接にて互いに固定している。そして圧力脈動低減機構９の両面に低圧圧力脈動が負荷されると、圧力脈動低減機構９は容積を変化し、これにより低圧圧力脈動を低減する機構となっている。

また、プランジャ２はシリンダ６と摺動する大径部２ａと、プランジャシール１３と摺動する小径部２ｂからなる。大径部２ａの直径は小径部２ｂの直径より大きく設定されており、互いに同軸に設定されている。シリンダ６の下端とプランジャシール１３の間には環状低圧シール室１０ｆが存在し、低圧燃料通路１０ｄ、１０ｅ及び環状低圧通路１０ｈを介してシリンダホルダ７に設けられた環状低圧シール室１０ｆは低圧燃料流路１０ｃと接続されている。大径部２ａと小径部２ｂの段付部２ｃは環状低圧シール室１０ｆ内に存在するので、プランジャ２がシリンダ６内で摺動運動を繰り返すと、大径部２ａと小径部２ｂとの段付部は環状低圧シール室１０ｆ内で上下運動を繰り返し、環状低圧シール室１０ｆは容積変化する。吸入行程では環状低圧シール室１０ｆの容積は減少し、環状低圧シール室１０ｆ内の燃料は低圧燃料通路１０ｄ、１０ｅを通って低圧燃料流路１０ｃへと流れる。戻し行程、および吐出行程では環状低圧シール室１０ｆの容積は増加し、低圧燃料通路１０ｄ内の燃料は低圧燃料通路１０ｅを通って環状低圧シール室１０ｆへと流れる。

低圧燃料流路１０ｃに着目すると、吸入行程では低圧燃料流路１０ｃから加圧室１１に燃料は流入する一方、環状低圧シール室１０ｆから低圧燃料流路１０ｃに燃料が流入する。戻し行程では、加圧室１１から低圧燃料流路１０ｃに燃料は流入する一方、低圧燃料流路１０ｃから環状低圧シール室１０ｆに燃料が流入する。また、吐出行程では、低圧燃料流路１０ｃから環状低圧シール室１０ｆに燃料は流入する。このように、環状低圧シール室１０ｆは低圧燃料流路１０ｃへの燃料の出入りを助ける作用があるので、低圧燃料流路１０ｃで発生する燃料の圧力脈動を低減する効果がある。

ここから、高圧燃料を加圧室１１からコモンレール２３に供給するための吐出ジョイント溶接部１１０について、さらに詳細に説明する。吐出ジョイント溶接部１１０は図６に示すようにポンプボディ１、吐出ジョイント１２及びそれらの圧入部１１０ｂ、溶接レーザー受け部１１０ａ、吐出ジョイント溶接部の溶接レーザーが当たる部位と反対側に構成される空隙部１１０ｃ、及び空隙部１１０ｃ構成面であるポンプボディ側空隙構成面１ｃ、吐出ジョイント側空隙構成面１２ａからなる。まず、吐出ジョイント１２を図６の左側からポンプボディ１に圧入し、圧入部１１０ｂにて固定する。圧入する際は吐出ジョイント１２の荷重受け部１２ｂにて治具を当て、図６の右側に押してポンプボディ１に圧入する。

吐出ジョイント１２をポンプボディ１に圧入後は、レーザー溶接を用いてポンプボディ１と吐出ジョイント１２を吐出ジョイント溶接部１１０にて結合して固定する。レーザー溶接する際は吐出ジョイント溶接部１１０に対し、外側からレーザーを照射するが、レーザー照射方向は吐出ジョイント溶接部１１０に対し直交方向だけでなく、ポンプボディ１及び吐出ジョイント１２のどちらか一方の側に傾いた方向から照射する場合も含む。

本実施例のようにポンプボディ１と吐出ジョイント１２を別体にする事で、ポンプボディ１と吐出ジョイント１２を一体で製作する場合に比べて、吐出ジョイントの形状や全長に自由度を持たせる事ができ、各エンジンのレイアウトに対応する事が可能になる。

吐出ジョイント溶接部１１０には、吐出ジョイント内部を通る高圧燃料による内部圧力が繰り返し負荷される。吐出ジョイント溶接部１１０の疲労強度はこの内部圧力以上にする必要があるが、そのためには吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み深さを大きくすればよい。しかし、溶け込み深さを大きくするためには溶接に使用するレーザーの出力を大きくする必要があるため、必要な疲労強度とレーザー出力の観点から適切な値に設定する必要がある。

空隙部１１０ｃは、吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み深さを決定し、吐出ジョイント溶接部１１０で応力集中を防いで溶接部全体で均等に応力を分散させるために、吐出ジョイント溶接部１１０の溶接レーザー受け部１１０ａと反対側（吐出ジョイント内径側）に設けている。

しかし、もし空隙部１１０ｃに切欠き形状が発生すると、その部分に応力集中が発生するため、吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み深さを大きくしても疲労強度が想定通りに向上しない、といった問題が発生する。図８に示すように第１部材（ポンプボディ１）と、第１部材（ポンプボディ１）の一面と対向する第２部材（吐出ジョイント１２）と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、第１部材（ポンプボディ１）と第２部材（吐出ジョイント１２）とを固定する吐出ジョイント溶接部１１０を備えた場合について説明する。このとき吐出ジョイント溶接部１１０の溶接レーザーによる溶接部位と反対側に吐出ジョイント溶接部１１０と第１部材（ポンプボディ１）と第２部材（吐出ジョイント１２）とで形成される空隙部１１０ｃと、を備える。そして、空隙部１１０ｃを構成する第１部材（ポンプボディ１）の空隙構成面１ｃと第２部材（吐出ジョイント１２）の空隙構成面１２ａとの双方が吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み幅に対して、ほぼ重なるように配置されている。この場合、吐出ジョイント溶接部１１０と第１部材（ポンプボディ１）の空隙構成面１ｃ、又はとが鋭角で交わると第２部材（吐出ジョイント１２）の空隙構成面１２ａとが鋭角で交わり、この交わった箇所に応力集中が発生する虞がある。

この問題は、ポンプボディ側空隙構成面１ｃ及び吐出ジョイント側空隙構成面１２ａが吐出ジョイント溶接部１１０の溶接溶け込み幅に対してほぼ同一線上、もしくは横方向の距離が非常に近い位置に形成されている場合に発生する。また、この状況で吐出ジョイント溶接部１１０に対し、ポンプボディ１及び吐出ジョイント１２のどちらか一方の側に傾いた方向からレーザーを照射する場合、切欠き形状が発生する可能性がさらに高くなる。

また、図６はレーザーで溶接されるポンプボディと吐出ジョイントの対向面で空隙側に段差がない場合であるが、部品の加工上の都合などにより、図７に示すようにポンプボディと吐出ジョイントの対向面で空隙側に段差がある場合も想定される。この場合も吐出ジョイント溶接部１１０溶接後に切欠き形状が発生する可能性が高くなる。

そのため、本実施例では第１部材（ポンプボディ１）と第２部材（吐出ジョイント１２）とを固定する吐出ジョイント溶接部１１０と、吐出ジョイント溶接部１１０の溶接レーザーによる溶接部位（溶接レーザー受け部１１０ａ）と反対側に吐出ジョイント溶接部１１０と第１部材（ポンプボディ１）と第２部材（吐出ジョイント１２）とで形成される空隙部１１０ｃと、を備えた。空隙部１１０ｃを構成する第１部材（ポンプボディ１）の空隙構成面１ｃと第２部材（吐出ジョイント１２）の空隙構成面１２ａとの少なくともどちらか一方が吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み幅に対して外側に形成されるようにした。これにより、吐出ジョイント溶接部１１０に切欠き形状が発生しないため、吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み深さを大きくした際に所望の疲労強度を得る事が可能になる。なお、図６に示すように空隙部１１０ｃを構成する第１部材（ポンプボディ１）の空隙構成面１ｃと第２部材（吐出ジョイント１２）の空隙構成面１２ａとの双方が吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み幅に対して外側に形成されることが所望の疲労強度を得るために望ましい。

より具体的には図６に示すように第１部材（ポンプボディ１）の外周部に対し、溶接レーザーによる溶接部位（溶接レーザー受け部１１０ａ）と反対側の第２部材（吐出ジョイント１２）の内周部が圧入され、第１部材（ポンプボディ１）の外周部が空隙部１１０ｃの一部を形成する。なお、吐出ジョイント溶接部１１０の溶接方向は第１部材（ポンプボディ１）と第２部材（吐出ジョイント１２）との対向部に対し、第１部材（ポンプボディ１）、又は第２部材（吐出ジョイント１２）の一方の側に傾いて形成されても良い。このとき当該傾いた側において、対向部が形成される方向と溶接部の溶接方向とが鋭角になるように構成すると良い。

また図７に示すように溶接レーザーによる第１部材（ポンプボディ１）と第２部材（吐出ジョイント１２）との対向部において、空隙側に段差があるように構成しても良い。具体的には溶接レーザーによる第１部材（ポンプボディ１）と第２部材（吐出ジョイント１２）との対向部のうち、圧入側の第２部材（吐出ジョイント１２）の対向面の方が第１部材（ポンプボディ１）の対向面よりも空隙側に長くなるように構成する。

空隙部１１０ｃは、吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み幅に対して外側に形成された第１部材（ポンプボディ１）の空隙構成面１ｃから第１部材（ポンプボディ１）の空隙構成面１ｃと交差する方向で吐出ジョイント溶接部１１０に向かう交差面とで構成されると良い。空隙構成面１ｃと交差面とはほぼ直交するように構成されると良い。

また同様に空隙部１１０ｃは、吐出ジョイント溶接部１１０の溶け込み幅に対して外側に形成された第２部材（吐出ジョイント１２）の空隙構成面１２ａから第２部材（吐出ジョイント１２）の空隙構成面１２ａと交差する方向で吐出ジョイント溶接部１１０に向かう交差面とで構成されると良い。空隙構成面１２ａと交差面とはほぼ直交するように構成されると良い。これにより鋭角に交わることで生じる応力集中が回避できるため、所望の疲労強度を得る事が可能になる。

なお、応力集中は吐出ジョイント溶接部１１０の溶接ビームが当たる部位と反対側（ポンプボディ及び吐出ジョイントの内部）に２０ＭＰａ以上の高圧の燃料が流れることにより生じるものである。しかし、本実施例の高圧燃料供給ポンプによれば、このような高圧燃料が流れる場合であっても吐出ジョイント溶接部１１０に生じる応力集中が回避でき、所望の疲労強度を得る事が可能になる。なお、本実施例では第１部材（ポンプボディ１）と第２部材（吐出ジョイント１２）とを一例に説明したが、同様に内部を高圧燃料が流れる部材同士を溶接する場合には同様の問題が生じる虞があり、本実施例の構成により、この問題を解決することが可能である。

１ ポンプボディ
１ａ ポンプボディ圧着面
１ｂ ポンプボディねじ部
１ｃ 吐出ジョイント溶接部内側空隙構成面（ポンプボディ側）
１Ａ ポンプボディ凹み部
１Ｂ クリアランス
２ プランジャ
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
３ タペット
５ カム
６ シリンダ
７ シリンダホルダ
８ 吐出弁ユニット
９ 圧力脈動低減機構
１０ａ 低圧燃料吸入口
１０ｂ、１０ｃ 低圧燃料流路
１０ｄ、１０ｅ 低圧燃料通路
１０ｆ 環状低圧シール室
１１ 加圧室
１２ 吐出ジョイント
１２ａ 吐出ジョイント溶接部内側空隙構成面（吐出ジョイント側）
１３ プランジャシール
２０ 燃料タンク
２１ フィードポンプ
２３ コモンレール
２４ インジェクタ
２６ 圧力センサ
２７ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
３０ 電磁吸入弁
３１ 可動部
３１ａ ロッド
３１ｂ アンカー
３１ｃ アンカー内周
３１ｄ アンカー連通孔
３１ｅ アンカー摺動部
３２ 弁シート
３３ コア
３４ アンカーばね
３５ 吸入弁ホルダ
３８ 吸入弁ばね
３９ 吸入弁
５２ 電磁コイル
１１０ 吐出ジョイント溶接部
１１０ａ 吐出ジョイント溶接レーザー受け部
１１０ｂ 吐出ジョイント圧入部
１１０ｃ 吐出ジョイント溶接部内側空隙部

Claims (10)

1. 第１部材と、前記第１部材の一面と対向する第２部材と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記第１部材と前記第２部材とを固定する溶接部と、
   前記溶接部の溶接レーザーによる溶接部位と反対側に前記溶接部と前記第１部材と前記第２部材とで形成される空隙と、を備え、
   前記空隙を構成する前記第１部材の空隙構成面と前記第２部材の空隙構成面との少なくともどちらか一方が前記溶接部の溶け込み幅に対して外側に形成された高圧燃料供給ポンプ。
2. 第１部材と、前記第１部材の一面と対向する第２部材と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記第１部材と前記第２部材とを固定する溶接部と、
   前記溶接部の溶接レーザーによる溶接部位と反対側に前記溶接部と前記第１部材と前記第２部材とで形成される空隙と、を備え、
   前記空隙を構成する前記第１部材の空隙構成面と前記第２部材の空隙構成面との双方が前記溶接部の溶け込み幅に対して外側に形成された高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記第１部材の外周部に対し、前記溶接レーザーによる溶接部位と反対側の前記第２部材の内周部が圧入され、前記第１部材の外周部が前記空隙の一部を形成することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項１又は２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記溶接部の溶接方向は前記第１部材と前記第２部材との対向部に対し、前記第１部材、又は前記第２部材の一方の側に傾いて形成され、
   当該傾いた側において、前記対向部が形成される方向と前記溶接部の溶接方向とが鋭角になることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項１又は２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   溶接レーザーによる前記第１部材と前記第２部材との対向部において、空隙側に段差があることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項１又は２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   溶接レーザーによる前記第１部材と前記第２部材との対向部のうち、圧入側の前記第２部材の対向面の方が前記第１部材の対向面よりも空隙側に長くな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。
7. 請求項１又は２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記空隙は、前記溶接部の溶け込み幅に対して外側に形成された前記第１部材の空隙構成面から前記第１部材の空隙構成面と交差する方向で前記溶接部に向かう交差面とで構成されたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
8. 請求項１又は２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記空隙は、前記溶接部の溶け込み幅に対して外側に形成された前記第２部材の空隙構成面から前記第２部材の空隙構成面と交差する方向で前記溶接部に向かう交差面とで構成されたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
9. 請求項１〜５の何れかに記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記第１部材は加圧室を形成するポンプボディであり、前記第２部材は前記ポンプボディに圧入される吐出ジョイントであることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
10. 請求項１〜５の何れかに記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記第１部材は加圧室を形成するポンプボディであり、前記第２部材は前記ポンプボディに圧入される吐出ジョイントであり、
    前記溶接部の溶接ビームが当たる部位と反対側（ポンプボディ及び吐出ジョイントの内部）に高圧燃料が流れることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

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