JP4457827B2

JP4457827B2 - 電磁弁

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Publication number: JP4457827B2
Application number: JP2004276313A
Authority: JP
Inventors: 克己森
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: CN100567728C; CN1752430A; JP2006090418A

Description

本発明は、バルブケースの摺動孔内を摺動してポートの流路開口面積を変更するスプール型バルブを備え、燃料、オイルやエア等の流体流量を調量する電磁弁に関するもので、特にコモンレール式燃料噴射システムの燃料供給ポンプに組み付けられて、フィードポンプから加圧室内に吸入される燃料吸入量を調量する電磁式吸入調量弁に係わる。

［従来の技術］
従来より、例えばディーゼルエンジン用燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射システムでは、コモンレール内に高圧燃料を蓄圧し、このコモンレール内に蓄圧された高圧燃料を内燃機関の気筒毎に対応して搭載された複数のインジェクタを介して所定のタイミングで内燃機関の各気筒の燃焼室内に噴射供給するように構成されている。コモンレールには、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を常時蓄圧する必要があるために、電磁弁を経て加圧室内に吸入した燃料を加圧して高圧化する燃料供給ポンプから燃料配管を経て高圧燃料がコモンレール内に吐出されるように構成されている。

ここで、燃料供給ポンプより吐出される燃料吐出量は、フィードポンプから吸入弁を経由して加圧室に至る燃料吸入経路の流路開口面積を調整して、フィードポンプから加圧室内に吸入される燃料吸入量を電磁弁のソレノイドコイルへのポンプ駆動電流に応じて調量するようにしている。このような電磁弁として、摺動孔内を摺動して流路開口面積の変更を行うための弁体機能と磁路形成のためのアーマチャ機能とを兼ね備えたスプール弁と、このスプール弁を摺動可能に収容するためのシリンダ機能と磁路形成のためのステータ機能とを兼ね備えたバルブケースとを備えた電磁式吸入調量弁が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献１に記載の電磁式吸入調量弁においては、スプール弁の摺動部の外周面とバルブケースの摺動孔の内周面との間に形成されるクリアランスの偏りによる磁気力の差で、バルブケースの摺動孔内でスプール弁をうまくセンタリング（調芯）することができず、スプール弁の摺動部の外周面がバルブケースの摺動孔の内周面に押し付けられ、スプール弁の摺動部の外周面とバルブケースの摺動孔の内周面との間の潤滑性が悪化するため、スプール弁の摺動部に焼き付き等が発生し、耐久性を低下させるという問題が生じていた。また、バルブケースのポートに対してスプール弁を相対的に移動させて燃料流量を調量する方法が、スプール弁をゆっくりストロークさせて、ポートの流路開口面積を可変する方法であるために、バルブケースのポートに対するスプール弁の摺動速度が非常に遅く、スプール弁の摺動部の外周面とバルブケースの摺動孔の内周面との間に油膜を形成することが困難となるので、更に潤滑性が悪化する。

これによって、電磁式吸入調量弁のソレノイドコイルにポンプ駆動電流を印加して、スプール弁のアーマチャがバルブケースのステータの吸引部に吸引される際に、バルブケースのポートに対してスプール弁の摺動部をスムーズに移動させることができず、例えば運転者のアクセル操作量の変化に対する電磁弁の応答性が悪化することによって、燃料流量の調量性能が低下する。したがって、フィードポンプから加圧室内に吸入される燃料吸入量が迅速に狙い値とならず、燃料供給ポンプより吐出される燃料吐出量が目標吐出量に到達するまでの時間が長くなり、コモンレール内の燃料圧力が運転者の要求通りの目標燃料圧力を迅速に得ることができなくなる。これにより、例えば運転者のアクセル操作量の変化に対して、燃料噴射量の増量遅れを要因とするエンジン回転速度の上昇遅れが生じ、加速応答性等のエンジン特性が低下するという問題が生じていた。
特開２００２−１０６７４０号公報（第１−１２頁、図１−図９）

本発明の目的は、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に形成される環状流路に流体を供給して、バルブの摺動部の焼き付きを防止することで、耐久性を向上することのできる電磁弁を提供することにある。また、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に形成される環状流路に流体を供給して、バルブケースの摺動孔内でバルブを流体圧調芯することで、ソレノイドコイルの通電時にバルブケースの摺動孔内をバルブがスムーズに移動可能になるので、信頼性および応答性を向上することのできる電磁弁を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、バルブ内部に形成され、フィードポンプからの調量前の流体が流れるとともに、第１内部流路と連通する第２内部流路が設けられており、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に、第２内部流路から流体が供給される環状流路を設けたことにより、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に流体が供給されて、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に流体膜が形成される。なお、バルブはスリーブ状のスプール型バルブである。
これによって、潤滑性が向上し、バルブの摺動部の焼き付きが防止されるため、電磁弁の耐久性を向上することができる。また、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に流体が供給されることで、バルブケースの摺動孔内でバルブが流体圧調芯（例えば油圧センタリング等）される。これによって、ソレノイドコイルの通電時にバルブケースの摺動孔内をバルブがスムーズに移動することが可能となるので、電磁弁の信頼性および応答性を向上することができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、バルブの摺動部の途中に、バルブケースの摺動孔内でバルブを調芯（センタリング）するための環状の調芯溝を設けることにより、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に流体が供給され易くなり、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に流体膜が形成され易くなる。また、バルブの摺動部に外径切削加工または溝加工等を施して調芯溝を形成することができるので、バルブケースの摺動孔の孔壁面に調芯溝を設ける場合と比べて、加工性および生産性を向上することができる。
さらに、バルブの摺動部の途中に環状の調量溝を設けることにより、ソレノイドコイルが通電されると、バルブ（のアーマチャ）が（ステータの吸引部に）吸引されて、バルブケースの摺動孔内をバルブの摺動部が移動する。これにより、バルブケースのポートとバルブの調量溝との重複状態に応じて、バルブケースのポートの流路開口面積が変更されるため、流体流量の調量が行われる。このとき、例えばバルブケースの第１内部流路内に流入した流体は、バルブの第２内部流路およびバルブの調量溝を経由してバルブケースのポートより流出する。あるいは例えばバルブケースのポート内に流入した流体は、バルブの調量溝およびバルブの第２内部流路を経由してバルブケースの第１内部流路より流出する。
そして、調芯溝は、調量溝よりも浅く、且つ、調量溝よりもバルブの軸線方向に長く形成されている。

請求項２に記載の電磁弁は、バルブケースの摺動孔とバルブの摺動部との間に油膜を形成するための、調芯溝よりもバルブの軸線方向の幅の狭い複数の円環状油溝が設けられている。
請求項３に記載の発明によれば、スプール型バルブに、第２内部流路と調芯溝とを連通する連通孔を設け、また、連通孔を、スプール型バルブの中心軸線の垂線に対して偏心した位置で、スプール型バルブを貫通するように設けても良い。この場合には、第２内部流路から連通孔を経由して調芯溝に供給される流体の圧力差等で、バルブケースの摺動孔内をスプール型バルブがその中心軸線を中心にして回転する。これにより、バルブケースの摺動孔の孔壁面とスプール型バルブの摺動部の外周面とが常に同じ位置で摩耗することを抑制できるので、電磁弁の耐摩耗性および耐久性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、バルブの摺動部は、調量溝の両側に位置する２つの第１摺動部、およびこれらの第１摺動部よりも軸線方向の一方側または他方側に位置する１つ以上の第２摺動部よりなる。そして、隣設する第１、第２摺動部間において、例えば隣設する第１、第２摺動部よりも外径が小さくなるように調芯溝を設けている。また、隣設する２つの第１摺動部間において、例えば隣設する２つの第１摺動部間よりも外径が小さくなるように調量溝を設けている。

請求項５に記載の発明によれば、バルブの摺動部のうち第２摺動部の外周面に、バルブケース内部に形成された第１内部流路とバルブの調芯溝とを連通する連通溝を設けている。そして、バルブの摺動部のうち２つの第１摺動部の外周面とバルブケースの摺動孔の孔壁面との間に、バルブの調芯溝とバルブの調量溝とを液密的に略遮断するシール部を設けている。これによって、バルブケースのポートとバルブの調量溝との重複状態に応じて、バルブケースのポートの流路開口面積を変更して流体流量を調量する際に、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの調芯溝とで囲まれた空間側からバルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの調量溝とで囲まれた空間側に流体が流入することを抑制できるので、流体流量の調量性能の低下を防止することができる。

請求項６に記載の発明によれば、電磁弁として、コモンレール式燃料噴射システムに適用されて、フィードポンプから電磁弁を経て加圧室内に吸入した燃料を加圧して高圧化する燃料供給ポンプのポンプバルブケースに組み付けられて、フィードポンプから加圧室内に吸入される燃料吸入量を調量することで、燃料供給ポンプよりコモンレール内に吐出される燃料吐出量を可変する電磁式吸入調量弁を設けても良い。この場合には、電磁式吸入調量弁のバルブの応答性が改善されるため、加速応答性等のエンジン特性が安定する。

本発明を実施するための最良の形態は、耐久性を向上するという目的を、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に形成される環状流路に流体を供給して、バルブの摺動部の焼き付きを防止することで実現した。また、ソレノイドコイルの通電時にバルブケースの摺動孔内をバルブがスムーズに移動可能になるので、信頼性および応答性を向上するという目的を、バルブケースの摺動孔の孔壁面とバルブの摺動部の外周面との間に形成される環状流路に流体を供給して、バルブケースの摺動孔内でバルブを流体圧調芯することで実現した。

［実施例１の構成］
図１ないし図３（ａ）は本発明の実施例１を示したもので、図１はコモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示した図で、図２は電磁弁を示した図で、図３（ａ）はサプライポンプの電磁弁のスプール弁を示した図である。

本実施例の内燃機関用燃料噴射装置は、自動車等の車両に搭載されるものであり、主として、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関（多気筒ディーゼルエンジン：以下エンジンと言う）用の燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射システム（蓄圧式燃料噴射装置）であり、コモンレール１内に蓄圧された高圧燃料を、エンジンの各気筒毎に対応して搭載された複数個（本例では４個）の電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）３を介してエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給するように構成されている。

このコモンレール式燃料噴射システムは、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール１と、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料を所定のタイミングで噴射供給するインジェクタ３と、電磁式吸入調量弁（ＳＣＶ：以下電磁弁と呼ぶ）６を経て加圧室内に吸入される燃料を加圧する吸入燃料調量方式の燃料供給ポンプ（サプライポンプ）５と、複数個のインジェクタ３の電磁弁４およびサプライポンプ５の電磁弁６を電子制御するエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ）１０とを備えている。この図１では、４気筒エンジンの１つの気筒に対応するインジェクタ３のみを示し、他の気筒については図示を省略している。ここで、エンジンの出力軸（例えばクランク軸：以下クランクシャフトと言う）は、サプライポンプ５のドライブシャフトまたはカムシャフトをベルト駆動している。

コモンレール１は、燃料供給配管１２を介して高圧燃料を吐出するサプライポンプ５の吐出口と接続されている。また、コモンレール１から燃料タンク７へのリリーフ配管１４には、燃料タンク７に連通する燃料排出路の開口度合を調整することが可能な常閉型の減圧弁２が設置されている。この減圧弁２は、減圧弁駆動回路を介してＥＣＵ１０から印加される減圧弁駆動電流によって電子制御されることにより、例えば減速時またはエンジン停止時に速やかにコモンレール１内の燃料圧力（コモンレール圧力）を高圧から低圧へ減圧させる降圧性能に優れる電磁弁である。

減圧弁２は、コモンレール１から燃料タンク７へ燃料を還流させるための燃料還流路の開度を調整するバルブ（弁体：図示せず）、このバルブを開弁方向に駆動するソレノイドコイル（電磁コイル：図示せず）、およびバルブを閉弁方向に付勢するスプリング等のバルブ付勢手段（図示せず）を有している。そして、減圧弁２は、減圧弁駆動回路を介してソレノイドコイルに印加される減圧弁駆動電流の大きさに比例して、コモンレール１内からリリーフ配管１４を経て燃料タンク７に還流される燃料の還流量（減圧弁流量）を調整して、コモンレール１内の燃料圧力（コモンレール圧力）を変更する。なお、減圧弁２の代わりに、リリーフ配管１４に、コモンレール１内の燃料圧力が限界設定圧力を超えた際に開弁してコモンレール１内の燃料圧力を限界設定圧力以下に抑えるプレッシャリミッタを取り付けるようにしても良い。

エンジンの各気筒毎に対応して搭載された複数個のインジェクタ３は、コモンレール１より分岐する複数の分岐管１３の下流端に接続されて、エンジンの各気筒の燃焼室内への燃料噴射を行う燃料噴射ノズル、この燃料噴射ノズル内に収容されたノズルニードル（図示せず）を開弁方向に駆動する電磁弁４、およびノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリング等のニードル付勢手段（図示せず）等から構成された電磁式燃料噴射弁である。そして、各気筒のインジェクタ３からエンジンの各気筒の燃焼室内への燃料噴射は、ノズルニードルと連動するコマンドピストンの動作制御を行う背圧制御室内の燃料圧力を増減制御する電磁弁４のソレノイドコイル（図示せず）への通電および通電停止（ＯＮ／ＯＦＦ）により電子制御される。つまり、インジェクタ３の電磁弁４のソレノイドコイルが通電されてノズルニードルがノズルボデーの先端部に形成された複数個の噴射孔を開弁している間、コモンレール１内に蓄圧された高圧燃料がエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給される。これにより、エンジンが運転される。また、インジェクタ３には、余剰燃料や背圧制御室から排出された燃料を燃料系の低圧側に溢流させるためのリークポートが設けられており、インジェクタ３からのリーク燃料は、リターン配管１５を介して燃料タンク７に戻される。

サプライポンプ５は、吸入した低圧燃料を加圧する圧送系統を２つ（または３つ以上）備え、つまりポンプエレメントを２気筒（または３気筒以上）備え、１つの電磁弁６で、２つ（または３つ以上）の圧送系統の燃料吐出量を、各加圧室内に吸入される吸入燃料量を調量することで制御するタイプの高圧供給ポンプである。このサプライポンプ５は、エンジンのクランクシャフトの回転に伴ってポンプ駆動軸（ドライブシャフトまたはカムシャフト）が回転することで、燃料タンク７から低圧燃料を汲み上げる周知のフィードポンプ（低圧供給ポンプ：図示せず）と、ポンプ駆動軸により回転駆動されるカム（図示せず）と、このカムに駆動されて上死点と下死点との間を往復運動する２個（または３個以上）のプランジャ（図示せず）と、これらのプランジャがポンプハウジングに固定されたシリンダヘッド（図示せず）内を往復摺動することにより吸入された燃料を加圧して高圧化する２個（または３個以上）の加圧室（プランジャ室：図示せず）と、各加圧室内の燃料圧力が所定値以上に上昇すると閉弁する２個（または３個以上）の吸入弁（図示せず）と、各加圧室内の燃料圧力が所定値以上に上昇すると開弁する２個（または３個以上）の吐出弁（図示せず）とを有している。

そして、サプライポンプ５は、各プランジャがシリンダヘッド（ポンプシリンダ）内を往復摺動することで、燃料タンク７から燃料供給配管１１を経て２個の加圧室内に吸入された低圧燃料を加圧して高圧化する。なお、燃料供給配管１１の途中には、燃料フィルタ８が設置されている。また、２個の吸入弁は、各加圧室よりも燃料の流れ方向の上流側、つまりフィードポンプから１個の電磁弁６を経て２個の加圧室に至る燃料吸入経路の途中に設置された逆止弁よりなる。また、２個の吐出弁は、各加圧室よりも燃料の流れ方向の下流側、つまり加圧室から吐出口に至る燃料吐出経路の途中に設置された逆止弁よりなる。また、サプライポンプ５には、内部の燃料温度が高温にならないように、リークポートが設けられており、サプライポンプ５からのリーク燃料は、燃料還流配管１６を経て燃料タンク７に戻される。

ここで、サプライポンプ５内に形成される、フィードポンプから２個の吸入弁を経て２個の加圧室に至る燃料吸入経路（図示せず）の途中には、加圧室内に吸入される吸入燃料量を調量する電磁弁６がそれぞれ取り付けられている。この電磁弁６は、図２に示したように、ポンプハウジングに固定されたスリーブ状のバルブケース２１と、このバルブケース２１の半径方向に開口した出口側ポート２２の流路開口面積を調整する弁体（以下スプール弁と言う）２３と、このスプール弁２３を開弁方向に駆動するリニアソレノイドアクチュエータ２４と、スプール弁２３を閉弁方向に付勢するリターンスプリング（弁体付勢手段）２５とによって構成されている。

そして、電磁弁６は、図示しないポンプ駆動回路を介してＥＣＵ１０から印加されるポンプ駆動電流によって電子制御されることにより、サプライポンプ５の加圧室内に吸入される燃料吸入量を調量するノーマリクローズタイプ（常閉型）の電磁式流量制御弁である。すなわち、電磁弁６は、ポンプ駆動回路を介してリニアソレノイドアクチュエータ２４に印加されるポンプ駆動電流の大きさに比例して、スプール弁２３をストローク方向に移動させて、燃料吸入経路の途中に設けられたバルブケース２１の出口側ポート２２の流路開口面積を調整する。これにより、フィードポンプから燃料吸入経路、吸入弁を経て加圧室内に吸入される燃料吸入量が調量される。したがって、サプライポンプ５の加圧室からコモンレール１内に吐出される燃料吐出量が、エンジンの運転条件（例えばエンジン回転速度、アクセル操作量、指令噴射量等）に対応した最適値に調整され、インジェクタ３からエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給する燃料の噴射圧力に相当するコモンレール１内の燃料圧力、所謂コモンレール圧力が変更される。

ここで、リニアソレノイドアクチュエータ２４は、バルブケース２１の図示右端部に一体的に設けられた袋筒状のステータ部（ステータコア）２６、スプール弁２３の図示右端部に一体的に設けられたアーマチャ部（アーマチャ、ムービングコア）２７、ステータ部２６の円筒状部の外周に保持された樹脂製のコイルボビン２８、このコイルボビン２８の外周に巻回されたソレノイドコイル２９、このソレノイドコイル２９の端末リード線（図示せず）に電気的に接続されたターミナル３０、ソレノイドコイル２９の外周側を覆う円筒状のハウジング３１等から構成されている。なお、バルブケース２１のステータ部２６は、ソレノイドコイル２９の通電時に、磁化されて電磁石となり、スプール弁２３のアーマチャ部２７を吸引するための吸引部３２を有している。この吸引部３２は、スプール弁２３を摺動可能に収容する略円筒状の収容部３３に対して薄肉部３４および円筒部３５を介して接続されている。

そして、ソレノイドコイル２９は、通電を受けることにより起磁力を発生してバルブケース２１のステータ部２６およびスプール弁２３のアーマチャ部２７を磁化することで、アーマチャ部２７をストローク方向（軸線方向の図示右側）に吸引すると共に、コイルボビン２８に、絶縁被膜を施した導線を複数回巻装したコイルである。このソレノイドコイル２９は、コイルボビン２８の一対の鍔状部間に巻装されたコイル部、およびこのコイル部より取り出された一対の端末リード線（端末線）を有している。また、ハウジング３１は、電気絶縁性に優れる樹脂材料によって一体的に形成され、ソレノイドコイル２９の外周側を覆う円筒状部、およびターミナル３０を保持する筒状のコネクタ部３６を備えている。そして、ハウジング３１の外周には、バルブケース２１の外周側に形成された略円環状のフランジ部にかしめ等の手段を用いて固定された円筒状のブラケット３７が設けられている。このブラケット３７の外周側に形成された略円環状のフランジ部（鍔状部）は、サプライポンプ５のポンプハウジングの外壁面にスクリュー等の締結具（図示せず）を用いて締め付け固定されている。そのフランジ部には、締結具を挿通する挿通孔３８が形成されている。

ここで、電磁弁６のバルブケース２１は、スプール弁２３を摺動可能に収容するシリンダ機能（収容部３３）と、磁路形成のためのステータ機能（ステータ部２６）とを兼ね備えている。そして、バルブケース２１をステータとして機能させるために、その材質をフェライト系のステンレス鋼（ＳＵＳ１３）等の軟質磁性材料としている。この軟質磁性材料は、磁気特性を悪化させることから焼き入れ等の熱処理を施すことができない。しかし、バルブケース２１に本来の機能であるシリンダ機能を持たせるには、耐摩耗性の向上および表面硬さの向上が要求されることから、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面にニッケル燐メッキ等の硬化層を施している。なお、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面は、スプール弁２３を軸線方向（ストローク方向）に案内（誘導）する円筒状のガイド部を構成している。

また、バルブケース２１の図示左端部は、サプライポンプ５のポンプハウジングの外壁面に設けられた嵌合凹部（図示せず）内に圧入嵌合されており、ポンプハウジングの嵌合凹部の内壁面とバルブケース２１の図示左端部の外周面との間には、燃料の漏れを防止するためのＯリング等のシール材４０が装着されている。そして、バルブケース２１の図示左端部には、フィードポンプから燃料が送り込まれる燃料溜まり部（図示せず）に連通する入口側ポート４１が形成されている。なお、上述した出口側ポート２２は、２個の吸入弁を介して２個の加圧室に連通する燃料吸入経路の後半部を構成する連通路に向けて４個開口している。そして、出口側ポート２２の入口側は、出口側に比べて流路径が小さくなっている。また、バルブケース２１は、スプール弁２３が摺動するスプール孔（摺動孔）３９を有している。このスプール孔３９の図示右側部には、スプール弁２３の内部に形成される内部流路（第２内部流路）４２を介して、入口側ポート４１に連通する内部流路（第１内部流路）４３が形成されている。なお、内部流路４３は、リターンスプリング２５を収容するスプリング室としても機能する。

ここで、電磁弁６のスプール弁２３は、内部の軸線方向に内部流路４２を有するスリーブ状のスプール型バルブであって、その外周面にバルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面に摺接する摺動部４４を備えている。このスプール弁２３は、摺動部４４がバルブケース２１の出口側ポート２２の流路開口面積を変更することで、２個の吸入弁を介して２個の加圧室に吸入される燃料流量（燃料吸入量）が調量される。そして、スプール弁２３は、バルブケース２１のスプール孔３９内を摺動して出口側ポート２２の流路開口面積を変更する弁体本来のバルブ機能と、磁路形成のためのアーマチャ機能（アーマチャ部２７）とを兼ね備えている。そして、スプール弁２３をアーマチャとして機能させるために、その材質を純鉄または低炭素鋼等の軟質磁性材料としている。この軟質磁性材料は、磁気特性を悪化させることから焼き入れ等の熱処理を施すことができない。しかし、スプール弁２３として機能させるには、耐摩耗性の向上および表面硬さの向上が要求される。そこで、スプール弁２３の摺動部４４の外周面にニッケル燐メッキ等の硬化層を施している。

そして、スプール弁２３は、バルブケース２１の図示左端部の内周に圧入固定された円環状のストッパ５０によって初期位置が規定されている。そして、スプール弁２３は、内部流路４３内に収容されたリターンスプリング２５により常に付勢されている。このため、スプール弁２３は、先端がストッパ５０に当接する位置で、スプール弁２３の閉弁側の移動範囲が規定されている。また、スプール弁２３の図示右端部には、バルブケース２１のステータ部２６に所定のエアギャップを介して対向するように設けられた円筒状のアーマチャ部２７が一体的に形成されている。そして、スプール弁２３の内部には、バルブケース２１の入口側ポート４１と内部流路４３とを連通するように内部流路４２が設けられている。この内部流路４２は、図示左側部よりも図示右側部の方が内径が小さくなっており、スプール弁２３が軸線方向に移動する際に内部流路４３内の燃料を出し入れすることでスプール弁２３の移動がし易くなっている。

そして、スプール弁２３の摺動部４４の外周面には、円環状の調量溝（環状流路）４５、円環状の調芯溝４６および複数個（２個または３個）の円環状油溝４７が形成されている。調量溝４５は、摺動部４４のうちの隣設する２つの第１摺動部６１間に位置し、スプール弁２３の外径を摺動部４４よりも小さくすることで設けられている。この調量溝４５は、摺動部４４の周方向に設けられて、調量溝４５よりも流路径の小さい連通孔４８を介して内部流路４２に連通している。また、連通孔４８は、調量溝４５に向けて４個開口している。そして、調芯溝４６は、摺動部４４のうちの隣設する第１、第２摺動部６１、６２間に位置し、スプール弁２３の外径を摺動部４４よりも小さくすることで設けられている。この調芯溝４６は、調量溝４５よりも浅く、且つ調量溝４５よりも軸線方向に長く摺動部４４の周方向に設けられている（図２参照）。そして、調芯溝４６は、調芯溝４６よりも流路径の小さい連通孔４９を介して内部流路４２に連通している。また、連通孔４９は、調芯溝４６に向けて２個開口している。

そして、複数個の円環状油溝４７は、スプール弁２３の図示左端部（先端部）または図示右端部（後端部）とバルブケース２１のスプール孔３９との間から燃料が浸入して、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面とスプール弁２３の摺動部４４の外周面との間に油膜を形成する周溝部である。ここで、本実施例のスプール弁２３の摺動部４４のうちの隣設する２つの第１摺動部６１の外周面とバルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面との間には、調量溝４５と調芯溝４６とを液密的に略遮断するシール部が設けられている。また、スプール弁２３の摺動部４４のうちの複数の第２摺動部６２の外周面とバルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面との間には、バルブケース２１のスプール孔３９内を摺動するのに必要な所定のクリアランスが設けられている。

ＥＣＵ１０には、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路（ＥＤＵ）、ポンプ駆動回路、減圧弁駆動回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。そして、ＥＣＵ１０は、図１に示したように、燃料圧力センサ（燃料圧力検出手段）５５からの電圧信号や、その他の各種センサからのセンサ信号が、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ１０に内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。

また、ＥＣＵ１０は、エンジンをクランキングさせた後にエンジンキーをＩＧ位置に戻して、図示しないイグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納された制御プログラムまたは制御ロジックに基づいて、例えばインジェクタ３の電磁弁４およびサプライポンプ５の電磁弁６を電子制御するように構成されている。ここで、マイクロコンピュータには、エンジンのクランクシャフトの回転角度を検出するためのクランク角度センサ５１、アクセル開度（ＡＣＣＰ）を検出するためのアクセル開度センサ５２、エンジン冷却水温（ＴＨＷ）を検出するための冷却水温センサ５３、およびサプライポンプ５内に吸入されるポンプ吸入側の燃料温度（ＴＨＦ）を検出するための燃料温度センサ５４等が接続されている。なお、ＥＣＵ１０は、クランク角度センサ５１より出力されたＮＥ信号パルスの間隔時間を計測することによってエンジン回転速度（ＮＥ）を検出する回転速度検出手段として働く。

［実施例１の作用］
次に、本実施例のサプライポンプ５の作用を図１ないし図３（ａ）に基づいて簡単に説明する。

サプライポンプ５のポンプ駆動軸（ドライブシャフトまたはカムシャフト）がエンジンのクランクシャフトにベルト駆動されて回転すると、２個のプランジャがシリンダヘッド内の摺動面を往復摺動する。そして、例えば上死点に位置する一方のプランジャが下降すると、加圧室内の圧力が低下し吸入弁が開弁して、フィードポンプ→燃料溜まり部→電磁弁６の入口側ポート４１→内部流路４２→連通孔４８→調量溝４５→出口側ポート２２→連通路→吸入弁を経て加圧室内に燃料が吸入される。そして、プランジャが下死点に達した後に、再び上昇を開始すると、加圧室内の圧力が昇圧され、吸入弁が閉弁して、加圧室内の圧力が更に上昇する。そして、加圧室内の圧力が吐出弁の開弁圧以上に上昇すると、吐出弁が開弁して、加圧室から吐出弁、燃料供給配管１２を経てコモンレール１内に圧送供給される。

他方のプランジャも、上記のプランジャと同様に上死点と下死点との間を往復摺動することにより、他の加圧室内の燃料は、吐出弁、燃料供給配管１２を経てコモンレール１内に圧送供給される。このように、サプライポンプ５は、ポンプ駆動軸の１回転につき、吸入行程、圧送行程が２サイクル行われるように構成されている。そして、コモンレール１内に蓄圧された高圧燃料は、インジェクタ３の電磁弁４を任意の噴射時期に駆動することで、所定のタイミングで、エンジンの各気筒の燃焼室内へ噴射供給することができる。

なお、サプライポンプ５の加圧室内から吐出弁、燃料供給配管１２を経てコモンレール１内に吐出される燃料の吐出量は、ＥＣＵ１０によって電磁弁６のソレノイドコイル２９に印加するポンプ駆動電流値を制御することにより、電磁弁６のスプール弁２３のストローク量、つまり燃料吸入経路、特に出口側ポート２２の流路開口面積を調整することによって、フィードポンプから電磁弁６、吸入弁を経て加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調量することで制御される。

すなわち、ＥＣＵ１０からのポンプ駆動信号によって電磁弁６を、エンジン回転速度（ＮＥ）、アクセル開度（ＡＣＣＰ）および指令噴射量（Ｑ）等に応じて電子制御することによって、ポンプ駆動回路を介して電磁弁６のソレノイドコイル２９に印加されるポンプ駆動電流値の大きさに比例して、２個の加圧室内に吸入される燃料の吸入量が調量される。これにより、加圧室内より吐出される燃料の吐出量を変更することによって、エンジンの各気筒毎に対応して搭載されたインジェクタ３の噴射孔からエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力に相当するコモンレール圧力を、運転者の要求通り（例えばアクセル操作量：アクセル開度）に制御することが可能となる。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例のサプライポンプ５においては、電磁弁６のスプール弁２３の摺動部４４の外周面に、燃料吸入量の調量を行うための円環状の調量溝４５、バルブケース２１のスプール孔３９内でスプール弁２３の摺動部４４を調芯（油圧センタリング）するための円環状の調芯溝４６、およびバルブケース２１のスプール孔３９とスプール弁２３の摺動部４４との間に油膜を形成するための複数個の円環状油溝４７を設けており、しかも内部流路４２と調量溝４５とを連通孔４８で連通し、且つ内部流路４２と調芯溝４６とを連通孔４９で連通している。そして、フィードポンプから燃料溜まり部、入口側ポート４１を経由して内部流路４２、４３内に流入した燃料を、連通孔４９を介して調芯溝４６に供給し、且つバルブケース２１のスプール孔３９とスプール弁２３の摺動部４４との間に形成されるクリアランスを介して複数個の円環状油溝４７に供給している。

したがって、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面とスプール弁２３の摺動部４４の外周面との間に燃料が供給されることで、バルブケース２１のスプール孔３９内でスプール弁２３が油圧センタリング（流体圧調芯）される。これによって、ソレノイドコイル２９の通電時にバルブケース２１のスプール孔３９内をスプール弁２３がスムーズにストローク方向に移動することが可能となるので、電磁弁６の信頼性および応答性を向上することができる。すなわち、電磁弁６のスプール弁２３の制御応答性を向上できるので、加速応答性等のエンジン特性を安定化することができる。

また、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面とスプール弁２３の摺動部４４の外周面との間に燃料が供給されて、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面とスプール弁２３の摺動部４４の外周面との間に油膜が形成される。これによって、潤滑性が向上し、スプール弁２３の摺動部４４の焼き付きが防止されるため、電磁弁６の耐久性を向上することができる。また、本実施例では、スプール弁２３の摺動部４４の途中、すなわち、第１、第２摺動部６１、６２間に、スプール弁２３の摺動部４４を油圧センタリングするための調芯溝４６を設けている。これによって、スプール弁２３の摺動部４４に外径切削加工または溝加工等を施して調芯溝４６を形成することができるので、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面に調芯溝を設ける場合と比べて、加工性および生産性を向上することができる。

図３（ｂ）は本発明の実施例２を示したもので、サプライポンプの電磁弁のスプール弁を示した図である。

本実施例のサプライポンプ５は、実施例１と同様にして、電磁弁６のバルブケース２１のスプール孔３９を摺動して燃料吸入量の調量を行うスプール弁２３の摺動部４４に、円環状の調量溝４５、円環状の調芯溝４６および複数個の円環状油溝４７を設けている。なお、本実施例では、内部流路４２と調量溝４５とを連通する連通孔４８を設けているが、内部流路４２と調芯溝４６とを連通する連通孔４９は設けられていない。このため、その連通孔４９の代わりに、スプール弁２３の摺動部４４のうちの第２摺動部６２の外周面に、バルブケース２１の入口側ポート４１または内部流路４３からバルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面とスプール弁２３の摺動部４４の外周面との間のクリアランスを経由して調芯溝４６および複数個の円環状油溝４７に燃料を供給するための複数の連通溝６３を設けている。

なお、連通溝６３は、スプール弁２３の摺動部４４のうちの第２摺動部６２の外周面にそれぞれ４個以上等間隔で例えば外径切削加工等により設けられている。この場合でも、実施例１と同様に、潤滑性が向上し、スプール弁２３の摺動部４４の焼き付きが防止されるため、電磁弁６の耐久性を向上することができる。また、バルブケース２１のスプール孔３９内でスプール弁２３を油圧センタリングできるので、ソレノイドコイル２９の通電時にバルブケース２１のスプール孔３９内をスプール弁２３がスムーズにストローク方向に移動することが可能となるので、電磁弁６の信頼性および応答性を向上することができる。

図４は本発明の実施例３を示したもので、サプライポンプの電磁弁のスプール弁を示した図である。

本実施例では、電磁弁６のスプール弁２３の摺動部４４のうち第１、第２摺動部６１、６２間に形成される調芯溝４６と、スプール弁２３内部に形成される内部流路４２とを連通する連通孔６４を、スプール弁２３の中心軸線の垂線に対して偏心した位置で、スプール弁２３のスリーブ部の内周面と外周面とを貫通するように設けている。この場合には、スプール弁２３内部に形成された内部流路４２から連通孔６４を経由して調芯溝４６に供給される燃料の圧力差等で、バルブケース２１のスプール孔３９内をスプール弁２３がその中心軸線を中心にして回転するようになる。これによって、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面とスプール弁２３の摺動部４４の外周面とが常に同じ位置で摩耗することを抑制できるので、電磁弁６の耐摩耗性および耐久性を向上させることができる。

［変形例］
本実施例では、フィードポンプから吸入弁を経て加圧室に至る燃料吸入経路（出口側ポート２２）の流路開口面積を調整して、フィードポンプから加圧室内に吸入される燃料吸入量をポンプ駆動電流に応じて調量することで、サプライポンプ５より吐出される燃料吐出量を制御する電磁弁６を設けたが、この電磁弁６は、そのソレノイドコイル２９への通電停止時に全閉、つまり出口側ポート（弁孔）２２の流路開口面積が最小、リフト量が最小となるノーマリクローズタイプ（常閉型）の電磁式流量制御弁を用いても、あるいはソレノイドコイル２９への通電停止時に全開、つまり出口側ポート（弁孔）２２の流路開口面積が最大、リフト量が最小となるノーマリオープンタイプ（常開型）の電磁式流量制御弁を用いても構わない。

また、出口側ポート２２を入口側ポートに変更し、入口側ポート４１を出口側ポートに変更し、入口側ポートよりも上流側にフィードポンプから燃料が送り込まれる燃料溜まり部を形成し、出口側ポートよりも下流側に吸入弁を介して加圧室に連通する燃料吸入経路の後半部を構成する連通路を形成するようにしても良い。ここで、燃料噴射量の制御精度を向上させる目的で、燃料圧力センサ５５によって検出されるコモンレール圧力（ＰＣ）がエンジンの運転条件（例えばエンジン回転速度（ＮＥ）と指令噴射量（Ｑ）等）に対応して設定される目標コモンレール圧力（目標燃料圧力：ＰＦＩＮ）と略一致するように、ＰＩＤ制御（またはＰＩ制御）を用いて、ポンプ駆動回路に出力するパルス状のポンプ駆動信号、および電磁弁６のソレノイドコイル２９に印加するポンプ駆動電流値をフィードバック制御するようにしても良い。

なお、パルス状のポンプ駆動信号は、デューティ（ＤＵＴＹ）制御により行うことが望ましい。すなわち、コモンレール圧力（ＰＣ）と目標コモンレール圧力（ＰＦＩＮ）との圧力偏差（ΔＰ）に応じて単位時間当たりのポンプ駆動信号のオン／オフの割合（通電時間割合・デューティ比）を調整して、電磁弁６のソレノイドコイル２９に印加するポンプ駆動電流の平均電流値を制御することで、電磁弁６の出口側ポート２２の流路開口面積を変化させるデューティ制御を用いる。これにより、高精度なデジタル制御が可能になり、目標燃料圧力（ＰＦＩＮ）に対するコモンレール圧力（ＰＣ）の制御応答性（圧力制御性）、追従性および圧力安定性を改善することができる。なお、指令噴射量（Ｑ）を、エンジン回転速度（ＮＥ）とアクセル開度（ＡＣＣＰ）とによって決定される基本噴射量に、エンジン冷却水温（ＴＨＷ）や燃料温度（ＴＨＦ）等を考慮した噴射量補正量を加味して求めても良い。また、指令噴射量（Ｑ）を、運転者のアクセル操作量から算出したドライバ要求トルクに基づいて求めても良い。

本実施例では、ポンプ駆動軸（カムシャフトまたはドライブシャフト）の回転中心軸線方向（軸方向）に対して直径方向に位置するように２個のプランジャおよび加圧室を設置したサプライポンプ５、あるいはポンプ駆動軸（カムシャフトまたはドライブシャフト）の周方向に等間隔で３個以上のプランジャおよび加圧室を備えたサプライポンプ５を用いたが、ポンプ駆動軸（カムシャフトまたはドライブシャフト）の回転中心軸線方向（軸方向）に所定の間隔（例えば等間隔）で複数のプランジャが並列的に設置されたサプライポンプ（高圧供給ポンプ）を用いても良い。また、本実施例では、バルブケース２１にシリンダ機能とステータ機能とを兼ね備えているが、シリンダ機能のみを有するバルブケース２１に、ステータ機能のみを有するステータコアを組み付けても良い。さらに、本発明の電磁弁を、インジェクタ３の電磁弁４に適用しても良く、また、その他の潤滑油や作動油等のオイル、水等の液体、あるいは空気、排気ガス、排気再循環ガス等の気体の流量を調量する電磁式流量制御弁に適用しても良い。

コモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示した概略図である（実施例１）。電磁弁を示した断面図である（実施例１）。（ａ）はサプライポンプの電磁弁のスプール弁を示した側面図である（実施例１）。（ｂ）はサプライポンプの電磁弁のスプール弁を示した側面図である（実施例２）。（ａ）はサプライポンプの電磁弁のスプール弁を示した側面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図ある（実施例３）。

符号の説明

１コモンレール
３インジェクタ（電磁式燃料噴射弁）
５サプライポンプ（燃料供給ポンプ）
６電磁弁（電磁式吸入調量弁、ＳＣＶ）
２１バルブケース
２２バルブケースの出口側ポート
２３スプール弁（スプール型バルブ、弁体）
２５リターンスプリング（弁体付勢手段）
２６バルブケースのステータ部（ステータコア）
２７スプール弁のアーマチャ部（アーマチャ、ムービングコア）
２９ソレノイドコイル
３２バルブケースの吸引部
３３バルブケースの収容部
３４バルブケースの薄肉部
３５バルブケースの円筒部
３９バルブケースのスプール孔（摺動孔）
４１バルブケースの入口側ポート
４２スプール弁の内部流路（第２内部流路）
４３バルブケースの内部流路（第１内部流路）
４４スプール弁の摺動部
４５スプール弁の調量溝（環状流路）
４６スプール弁の調芯溝
４７スプール弁の円環状油溝
４８スプール弁の連通孔
４９スプール弁の連通孔
６１スプール弁の第１摺動部
６２スプール弁の第２摺動部
６３スプール弁の連通溝
６４スプール弁の連通孔

Claims

（ａ）軸線方向に形成された摺動孔、およびこの摺動孔の途中で開口したポートを有するバルブケースと、
（ｂ）このバルブケースの摺動孔内を摺動する摺動部を有し、流体流量の調量を行うバルブと、
（ｃ）通電されると起磁力を発生すると共に、前記バルブケースのポートに対して前記バルブの摺動部を相対的に移動させるソレノイドコイルとを備え、
前記バルブは、前記摺動孔内を摺動して前記ポートの流路開口面積を変更する弁体機能と前記ソレノイドコイルの通電時に磁化されるアーマチャ機能とを兼ね備えた電磁弁において、
前記バルブケースの内部には、流体が流れる第１内部流路が設けられており、
前記バルブは、スリーブ状のスプール型バルブであって、その内部には、流体を供給するフィードポンプからの前記調量前の流体が流れるとともに、前記第１内部流路と連通する第２内部流路が設けられており、
前記摺動孔の孔壁面と前記摺動部の外周面との間には、前記第２内部流路から流体が供給される環状流路が設けられており、
前記環状流路は、前記摺動部の途中に設けられて、前記摺動孔内で前記バルブを調芯するための環状の調芯溝、及び、前記ポートの流路開口面積を変更して流体流量の調量を行うための環状の調量溝であり、
前記調芯溝は前記調量溝よりも浅く、且つ、前記調量溝よりも前記バルブの軸線方向に長く形成されていることを特徴とする電磁弁。
請求項１に記載の電磁弁において、
前記バルブケースの前記摺動孔と前記バルブの前記摺動部との間に油膜を形成するための、前記調芯溝よりも前記バルブの軸線方向の幅の狭い複数の円環状油溝が設けられていることを特徴とする電磁弁。
請求項２に記載の電磁弁において、
前記スプール型バルブは、前記第２内部流路と前記調芯溝とを連通する連通孔を有し、前記連通孔は、前記スプール型バルブの中心軸線の垂線に対して偏心した位置で、前記スプール型バルブを貫通するように設けられていることを特徴とする電磁弁。
請求項１ないし３のうちのいずれか１つに記載の電磁弁において、
前記摺動部は、前記調量溝の両側に位置する２つの第１摺動部、およびこれらの第１摺動部よりも軸線方向の一方側または他方側に位置する１つ以上の第２摺動部よりなり、
前記調芯溝は、隣設する前記第１、第２摺動部間に設けられており、
前記調量溝は、隣設する２つの前記第１摺動部間に設けられていることを特徴とする電磁弁。
請求項４に記載の電磁弁において、
前記第２摺動部の外周面には、前記第１内部流路と前記調芯溝とを連通する連通溝が設けられており、
前記２つの第１摺動部の外周面と前記摺動孔の孔壁面との間には、前記調芯溝と前記調量溝とを液密的に略遮断するシール部が設けられていることを特徴とする電磁弁。
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の電磁弁において、
前記電磁弁は、コモンレール式燃料噴射システムに適用されて、前記フィードポンプから前記電磁弁を経て加圧室内に吸入した燃料を加圧して高圧化する燃料供給ポンプのポンプバルブケースに組み付けられて、前記フィードポンプから前記加圧室内に吸入される燃料吸入量を調量することで、前記燃料供給ポンプよりコモンレール内に吐出される燃料吐出量を可変する電磁式吸入調量弁であることを特徴とする電磁弁。