JP2006207451A - 燃料ポンプ及びその燃料ポンプに備えられる吐出弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 スプリングによってバルブ閉鎖方向の付勢力を得るチェック弁を備えた燃料ポンプに対し、ポンプ内燃料圧力のオーバシュートの抑制及び吐出燃料の逆流の防止を図る。
【解決手段】 高圧燃料ポンプ１のチェック弁４０に備えられてバルブ体４３を閉弁方向に付勢するコイルスプリング４４を不等ピッチコイルスプリングにより構成する。これにより、吐出行程の初期時にはバネ定数の小さい部分が弾性変形し、バルブ体４３が迅速に移動して加圧室２２を開放して燃料圧力のオーバシュートを小さくする。その後、バネ定数の大きい部分が弾性変形し、バルブ体４３のリフト量が抑えられ、吐出行程の完了と略同時にチェック弁４０を閉鎖することができて、加圧室２２内に向けての高圧燃料の逆流が回避できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば筒内直噴型エンジン等の内燃機関に適用され、燃料噴射弁（インジェクタ）に向けて高圧燃料を供給するための燃料ポンプ及びその燃料ポンプの吐出部分に備えられる吐出弁に係る。特に、本発明は、ポンプ内燃料圧力のオーバシュートの抑制及び燃料の逆流防止を図るための対策に関する。

従来より、例えば筒内直噴型エンジンのようにインジェクタへ供給する燃料に高い圧力が要求されるエンジンにあっては、燃料タンクから送られてきた燃料を高圧燃料ポンプで加圧してインジェクタに向けて供給するようになっている。

具体的に、この種のエンジンにおける燃料供給系の構成としては、下記の特許文献１にも開示されているように、燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプ、このフィードポンプによって送り出された燃料を加圧する高圧燃料ポンプを備えている。そして、この高圧燃料ポンプによって加圧された燃料を、複数のインジェクタが接続されたデリバリパイプに貯留するようになっている。これにより、インジェクタの開弁動作に伴って、デリバリパイプに貯留されている高圧燃料が、その開弁されたインジェクタから燃焼室に向けて噴射されることになる。

また、この種のエンジンの燃料供給系に備えられる上記高圧燃料ポンプは、下記の特許文献２にも開示されているように、シリンダ内で往復移動するプランジャと、そのプランジャ及びシリンダによって区画形成される加圧室と、この加圧室の吐出側に配設された吐出弁（チェック弁）とを備えている。そして、シリンダ内でのプランジャの往復移動により加圧室の容積が変化し、この容積の拡大時に加圧室に燃料が吸入される一方、この容積の縮小時の所定タイミングで吐出弁が開放してデリバリパイプに向けて高圧燃料が圧送されるようになっている。

具体的には、この高圧燃料ポンプには加圧室の内外を連通・遮断する電磁スピル弁が設けられており、燃料圧送行程では、シリンダ内でのプランジャの移動により加圧室が縮小していく。そして、この加圧行程中において電磁スピル弁が開弁されている間は、加圧室から燃料が流出（フィードポンプ側へ流出）するため、デリバリパイプに向けての燃料圧送は行われない。これに対し、この加圧行程中に電磁スピル弁が閉弁されると、この加圧室内の圧力（燃料圧力）が上昇していき、この圧力による力が、吐出弁の弁体（以下、バルブ体という）を閉鎖方向に付勢しているコイルスプリングの付勢力とデリバリパイプ内の燃料圧力とを足し合わせた合力を上回ると吐出弁が開動作を開始し、電磁スピル弁の閉弁期間中にデリバリパイプに向けての燃料圧送が行われる。このように、加圧行程中における電磁スピル弁の閉弁期間を制御することによって、高圧燃料ポンプからデリバリパイプへの燃料圧送量が調整されるようになっている。
特開２０００−１１０６８５号公報 特開２００３−６５１８５号公報

ところで、上述したように高圧燃料ポンプにあっては、吐出弁のバルブ体をコイルスプリングによって閉鎖方向に付勢しているため、加圧室内の圧力がコイルスプリングの付勢力とデリバリパイプ内の燃料圧力とを足し合わせた合力を上回ったとしても、バルブ体の慣性力や圧損の作用により、瞬時（加圧室内の圧力がコイルスプリングの付勢力を上回る
のと同時）に吐出弁が所定開度まで開放されるといったことはない。つまり、加圧室内の圧力がコイルスプリングの付勢力とデリバリパイプ内の燃料圧力とを足し合わせた合力を上回った後、僅かな遅れをもって吐出弁の開放動作が開始されたり、徐々に吐出弁が開放されていくといった状況になる。

図６は、この際の加圧室内の燃料圧力（燃圧）とバルブ体の移動量（吐出弁の開度）との関係を示している。上述した如くバルブ体に慣性力や圧損があるために、加圧室内の圧力が所定圧に達したとしても瞬時に吐出弁が所定開度まで開放することはなく、僅かな遅れをもってまたは徐々に開放動作が行われることになる。また、この加圧室内の圧力が所定圧に達した以降であっても吐出弁の開度が未だ小さい状況では、バルブ体とバルブシートとの間に圧力損失が生じており、加圧室内の圧力が瞬時に開放されるといったことはない。その結果、図６に示すように、一時的に加圧室内の燃料圧力がオーバシュートしてしまうことになる（図６における点Ａ参照）。特に、エンジンの高速回転域にあっては、それに伴うプランジャの高速往復移動にバルブ体が追従できなくなり、上記燃料圧力のオーバシュートは顕著に現れる。また、大排気量エンジンに適用される高圧燃料ポンプにあっては、ポンプ容積を可能な限り小さくしながらも単位時間当たりの燃料吐出量を大きく確保する必要があることから、昇圧カーブ（吐出期間初期時の燃圧の立ち上がり）が急峻になるように設計されており、これによってもオーバシュートは顕著に現れることになる。

このように加圧室内の燃料圧力がオーバシュートしてしまうため、これまでの高圧燃料ポンプには以下の課題があった。つまり、上記プランジャを往復動させるための駆動力を与えているカムとプランジャ底部との接触力が著しく高くなって摩擦損失や潤滑不良が生じてしまう可能性があった。また、高圧燃料ポンプの各シール部分のシール性能もオーバシュート圧力に耐え得るように高くしておく必要があった。つまり、これまでの高圧燃料ポンプでは、設計燃料圧力Ｐ（例えば上記１３ＭＰａ）よりも大幅に高い燃料圧力に耐え得るように設計しておく（オーバスペックで設計しておく）必要があり、高圧燃料ポンプの大型化、重量及び部品点数の増大、製造コストの高騰を招くものとなっていた。

この課題を解決するための手法として、上記コイルスプリングの付勢力を予め低く設定しておく（バネ定数の小さいものを採用する）ことで加圧室内圧力のオーバシュートを回避することが考えられる。ところが、これでは、バルブ体のリフト量が増大することに繋がるため、吐出行程の完了後、迅速な閉弁動作が行われず、高圧燃料が加圧室内に向けて逆流（吹き戻し）してしまう可能性があり、高圧燃料ポンプの吐出効率を低下させてしまい好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スプリングによってバルブ閉鎖方向の付勢力を得る吐出弁を備えた燃料ポンプに対し、ポンプ内燃料圧力のオーバシュートの抑制及び吐出燃料の逆流の防止を図ることにある。

上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、燃料を加圧する加圧室と、この加圧室の吐出側に配設され且つスプリングによって閉弁方向への付勢力が与えられた弁体を有する吐出弁とを備え、加圧室内の圧力が所定圧力以上に達した場合に上記スプリングの付勢力に抗して弁体が移動して加圧室から燃料が圧送される構成とされた燃料ポンプを前提とする。この燃料ポンプに対し、上記スプリングを、閉鎖位置にある弁体が開放方向に移動する移動初期における弁体に対する付勢力が、弁体が開放方向に所定量以上移動した際における弁体に対する付勢力よりも小さくなるように互いにバネ定数の異なる部分を備えた構成としている。

この特定事項により、燃料ポンプの燃料吐出時に、加圧室内の圧力が所定圧力以上に達
すると、スプリングの付勢力に抗して弁体が移動して加圧室から燃料が圧送されることになる。この吐出動作の際、加圧室から弁体に作用する燃料圧力によって、先ず、スプリングのうちバネ定数の小さい部分が弾性変形することになる。このため、加圧室内の圧力が所定圧力に達するのと同時に弁体はスプリングの付勢力（比較的低い付勢力）に抗して迅速に移動して加圧室を開放する。このようにして吐出弁の開度が瞬時に大きく得られるため、加圧室内の燃料圧力がオーバシュートすることが少ない。その後、この弁体の移動に伴い、スプリングのうちバネ定数の大きい部分が弾性変形することになる。この場合には、弁体は比較的大きな反力を受け、弁体の移動量（リフト量）は抑えられることになって、吐出行程の完了後には迅速な閉弁動作が行われる。このため、吐出行程の完了と略同時に吐出弁を閉鎖することができ、加圧室内に向けての高圧燃料の逆流（吹き戻し）が確実に回避される。

上記機能を発揮するためのスプリングの具体構成として、不等ピッチまたは多段ピッチのコイルスプリングにより構成されていることが掲げられる。これにより、比較的容易に、上記機能を発揮するスプリングを作製することができ、上記効果を得るための構成を簡単な製作作業で且つ低コストで実現することができる。

また、上記燃料ポンプが内燃機関の燃料供給系に適用された場合の形態として具体的には、燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプが燃料ポンプの吸入側に接続される一方、複数の燃料噴射弁が接続された蓄圧容器が燃料ポンプの吐出側に接続される。そして、フィードポンプから供給された燃料を、燃料ポンプが上記燃料噴射弁の噴射圧力まで昇圧させて蓄圧容器に圧送する構成としている。これは、特に、筒内直噴型内燃機関等のように燃料噴射弁（インジェクタ）へ供給する燃料に高い圧力が要求されるものに適用された形態であり、上述した如く高圧燃料の逆流が回避されていることにより蓄圧容器の燃料圧力が良好に維持されることになる。

尚、上記各解決手段に係る燃料ポンプに備えられる吐出弁も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、スプリングからの付勢力によってバルブシートに押圧されて加圧室を閉鎖する弁体を備え、加圧室内の圧力が所定圧力以上に達した場合に上記スプリングの付勢力に抗して弁体が移動して加圧室を開放するようになっている一方、上記スプリングが、不等ピッチまたは多段ピッチのコイルスプリングにより構成されて、バルブシートに押圧された閉鎖位置にある弁体が開放方向に移動する移動初期における弁体に対する付勢力が、弁体が開放方向に所定量以上移動した際における弁体に対する付勢力よりも小さくなるように構成された吐出弁である。

本発明では、燃料ポンプの吐出弁に備えられて弁体を閉弁方向に付勢するスプリングに、互いにバネ定数の異なる部分を備えさせたことにより、吐出行程の初期時にはバネ定数の小さい部分が弾性変形して弁体が迅速に移動し加圧室を開放して燃料圧力のオーバシュートを小さくできる。このため、燃料圧力のオーバシュートを考慮して設計燃料圧力よりも大幅に高い燃料圧力に耐え得るように燃料ポンプを設計しておく必要がなくなり、燃料ポンプの小型化、重量の軽減、部品点数の削減、製造コストの低廉化を図ることができる。また、吐出行程の後期には、スプリングのうちバネ定数の大きい部分が弾性変形することになるため、弁体のリフト量が抑えられて吐出行程の完了と略同時に吐出弁を閉鎖することができ、加圧室内に向けての高圧燃料の逆流を回避することができて燃料ポンプの吐出効率を高く維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載された筒内直噴型多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンに使用される高圧燃料ポンプ
に本発明を適用した場合について説明する。

−燃料供給装置１００−
高圧燃料ポンプの具体構成について説明する前に、この高圧燃料ポンプが適用される燃料供給装置１００の概略構成について説明する。図１は本実施形態における燃料供給装置１００の構造を模式的に示す図である。この図１に示すように、燃料供給装置１００は、燃料タンク１０１から燃料を送り出すフィードポンプ１０２と、そのフィードポンプ１０２によって送り出された燃料を加圧して各気筒（４気筒）の燃料噴射弁４，４，…に向けて吐出する高圧燃料ポンプ１とを備えている。

上記高圧燃料ポンプ１の概略構成としては（具体構成については、後で図３及び図４を用いて説明する）、シリンダ２１、プランジャ２３、加圧室２２及び電磁スピル弁３０を備えている。プランジャ２３は、エンジンの排気カムシャフト１１０に取り付けられた駆動カム１１１の回転によって駆動され、シリンダ２１内を往復移動する。このプランジャ２３の往復移動により加圧室２２の容積が拡大または縮小する。本実施形態では、排気カムシャフト１１０の回転軸回りに１８０°の角度間隔をもって２つのカム山（カムノーズ）１１２，１１２が駆動カム１１１に形成されている。そして、このカムノーズ１１２，１１２によってプランジャ２３が押し上げられて、このプランジャ２３がシリンダ２１内で移動するようになっている。尚、本実施形態に係るエンジンは４気筒型であるため、エンジンの１サイクル中、つまりクランクシャフトが２回転する間に、気筒毎に設けられた燃料噴射弁４から各１回ずつ、合計４回の燃料噴射が行われることになる。また、このエンジンでは、クランクシャフトが２回転する度に排気カムシャフト１１０は１回転する。よって、燃料噴射弁４からの燃料噴射は４回ずつ、高圧燃料ポンプ１からの吐出動作は２回ずつ、エンジンの１サイクル毎に行われるようになっている。

上記加圧室２２はプランジャ２３及びシリンダ２１によって区画されている。この加圧室２２は、低圧燃料配管１０４を介してフィードポンプ１０２に連通しており、また、高圧燃料配管１０５を介してデリバリパイプ（蓄圧容器）１０６内に連通している。

このデリバリパイプ１０６には、上記燃料噴射弁４，４，…が接続されていると共に、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力（実燃圧）を検出する燃圧センサ１６１が配設されている。また、このデリバリパイプ１０６には、リリーフバルブ１７１を介してリターン配管１７２が接続されている。このリリーフバルブ１７１は、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力が所定圧（例えば１３ＭＰａ）を越えたときに開弁する。この開弁により、デリバリパイプ１０６に蓄えられた燃料の一部をリターン配管１７２を介して燃料タンク１０１に戻すようになっている。これにより、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力の過上昇が防止される。また、上記リターン配管１７２と高圧燃料ポンプ１とは、余剰燃料戻し配管１０８（図１では破線で示している）によって接続されており、プランジャ２３とシリンダ２１との間隙から漏出した燃料がオイルシール２Ａの上部の燃料収容室２Ｂに蓄積され、その後、この燃料収容室２Ｂに接続された上記余剰燃料戻し配管１０８に戻される。

尚、低圧燃料配管１０４には、フィルタ１４１及びプレッシャレギュレータ１４２が設けられている。このプレッシャレギュレータ１４２は、低圧燃料配管１０４内の燃料圧力が所定圧（例えば０．４ＭＰａ）を越えたときに低圧燃料配管１０４内の燃料を燃料タンク１０１に戻すことによって、この低圧燃料配管１０４内の燃料圧力を所定圧以下に維持している。また、低圧燃料配管１０４には、パルセーションダンパ１０７が備えられており、このパルセーションダンパ１０７によって高圧燃料ポンプ１の作動時における低圧燃料配管１０４内の燃圧脈動が抑制されるようになっている。また、高圧燃料配管１０５には、高圧燃料ポンプ１から吐出された燃料が逆流することを阻止するための逆止弁１５１が設けられている。

上記高圧燃料ポンプ１には、低圧燃料配管１０４と加圧室２２との間を連通または遮断するための上記電磁スピル弁３０が設けられている。この電磁スピル弁３０は、電磁ソレノイド３１を備えており、その電磁ソレノイド３１への通電を制御することにより開閉動作する。電磁スピル弁３０は、電磁ソレノイド３１への通電が停止されているときにはコイルスプリング３７の弾性力によって開弁する。以下、この電磁スピル弁３０の開閉動作について図２を参照しながら説明する。

先ず、電磁ソレノイド３１に対する通電が停止された状態のときには、電磁スピル弁３０がコイルスプリング３７の弾性力によって開弁し、低圧燃料配管１０４と加圧室２２とが連通した状態になる。この状態において、加圧室２２の容積が増大する方向にプランジャ２３が移動するとき（吸入行程）には、フィードポンプ１０２から送り出された燃料が低圧燃料配管１０４を経て加圧室２２内に吸入される。

一方、加圧室２２の容積が収縮する方向にプランジャ２３が移動するとき（加圧行程）において、電磁ソレノイド３１への通電により電磁スピル弁３０がコイルスプリング３７の弾性力に抗して閉弁すると、低圧燃料配管１０４と加圧室２２との間が遮断され、加圧室２２内の燃料圧力が所定値に達した時点でチェック弁４０が開放して、高圧の燃料が高圧燃料配管１０５を通じてデリバリパイプ１０６に向けて吐出される。

そして、高圧燃料ポンプ１における燃料吐出量の調整は、電磁スピル弁３０の閉弁開始時期を制御し、加圧行程での電磁スピル弁３０の閉弁期間を調整することによって行われる。即ち、電磁スピル弁３０の閉弁開始時期を早めて閉弁期間を長くすると燃料吐出量が増加し、電磁スピル弁３０の閉弁開始時期を遅らせて閉弁期間を短くすると燃料吐出量が減少するようになる。このように、高圧燃料ポンプ１の燃料吐出量を調整することにより、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力が制御される。

ここで、高圧燃料ポンプ１の燃料吐出量（電磁スピル弁３０の閉弁開始時期）を制御するための制御量であるポンプデューティＤＴについて説明する。

このポンプデューティＤＴは、０〜１００％という値の間で変化する値であって、電磁スピル弁３０の閉弁期間に対応する排気カムシャフト１１０の駆動カム１１１のカム角度に関係した値である。

具体的には、駆動カム１１１のカム角度に関して、図２に示すように、電磁スピル弁３０の最大閉弁期間に対応したカム角度（最大カム角度）をθ０とし、その最大閉弁期間の目標燃圧に対応するカム角度（目標カム角度）をθとすると、ポンプデューティＤＴは、最大カム角度θ０に対する目標カム角度θの割合（ＤＴ＝θ／θ０）で表される。従って、ポンプデューティＤＴは、目標とする電磁スピル弁３０の閉弁期間（閉弁開始時期）が最大閉弁期間に近づくほど１００％に近い値となり、目標とする閉弁期間が「０」に近づくほど０％に近い値となる。

そして、ポンプデューティＤＴが１００％に近づくほど、ポンプデューティＤＴに基づいて調整される電磁スピル弁３０の閉弁開始時期は早められ、電磁スピル弁３０の閉弁期間は長くなる。その結果、高圧燃料ポンプ１の燃料吐出量が増加して実燃圧が上昇するようになる。また、ポンプデューティＤＴが０％に近づくほど、ポンプデューティＤＴに基づいて調整される電磁スピル弁３０の閉弁開始時期は遅らされ、電磁スピル弁３０の閉弁期間は短くなる。その結果、高圧燃料ポンプ１の燃料吐出量が減少して実燃圧が低下するようになる。尚、上記ポンプデューティＤＴの算出手順の詳細についてはここでは説明を省略する。

−高圧燃料ポンプ１の具体構成−
次に、上記高圧燃料ポンプ１の具体構成について図３及び図４を用いて説明する。図３は高圧燃料ポンプ１の縦断面図であり、図４はこの高圧燃料ポンプ１の吐出側に備えられたチェック弁（吐出弁）４０の一部を示す断面図である。

これら図に示すように、本実施形態の高圧燃料ポンプ１は、ハウジング１０内にポンプ部２０、上記電磁スピル弁３０及びチェック弁４０を備えた構成となっている。

上記ポンプ部２０は、シリンダ２１、加圧室２２、プランジャ２３、リフタ２４及びリフタガイド２５を備えている。シリンダ２１はハウジング１０の中央部に形成され、その先端側（図３における上端側）に加圧室２２が形成される。プランジャ２３は円柱状であって、シリンダ２１内にその軸線方向の摺動が可能に挿入支持されている。リフタ２４は有底円筒状に形成されており、その底板部にプランジャ２３の基端部が接続されている。リフタガイド２５はハウジング１０の下端に取り付けられた円筒状の部材であって、その内部にリフタ２４が軸線方向へ摺動可能に収納されている。

上記プランジャ２３の基端部にはリテーナ２６が係合されている。そして、リフタガイド２５の上部に嵌め込まれているスプリングシート部材２５ａの下面とリテーナ２６との間にコイルスプリング２７が圧縮状態で配置されており、このコイルスプリング２７により、プランジャ２３に対して下方への付勢力が付与されていると共に、リフタ２４が駆動カム１１１に向けて付勢されている。

上記電磁スピル弁３０は加圧室２２に対向して配設され、上記電磁ソレノイド３１、ボビン３２、コア３３、アーマチャ３４、ポペット弁３５及びシート体３６を備えている。電磁ソレノイド３１はボビン３２にリング状に巻装されたコイルで成り、コア３３はボビン３２の中心貫通孔に嵌合固定されている。アーマチャ３４はポペット弁３５の一端に固定された状態で、その一部がコア３３と同軸上でボビン３２の中心貫通孔に進入可能に配置されている。コア３３及びアーマチャ３４の各対向面には凹部がそれぞれ形成されており、それらの凹部間にはコイルスプリング３７が圧縮状態で収容されている。そして、このコイルスプリング３７により、アーマチャ３４が加圧室２２側に向かって付勢されている。

上記ポペット弁３５はシート体３６内の貫通孔に摺動可能に貫通され、その下端部には円板状の弁体３５ａが形成されている。そして、電磁ソレノイド３１の非通電時には、コイルスプリング３７の付勢力により、弁体３５ａがシート体３６のシート部３６ａから離間されて、電磁スピル弁３０は開弁状態となる。一方、図示しない電子制御装置から端子３８を介して電磁ソレノイド３１に通電されると、コア３３、アーマチャ３４及び電磁スピル弁３０全体を支持する支持部材３９により磁気回路が形成され、コイルスプリング３７の付勢力に抗して、アーマチャ３４がコア３３側に移動する。これにより、ポペット弁３５が加圧室２２と反対側に移動し、その弁体３５ａがシート体３６のシート部３６ａに当接して、電磁スピル弁３０は閉弁状態となる（図３に示す状態）。

一方、電磁スピル弁３０が開弁状態にあるときには、シート体３６に形成された複数の供給通路３６ｂと加圧室２２との間で燃料が流通可能となっている。

上記供給通路３６ｂと連通するように、ハウジング１０には低圧燃料通路１１が形成されている。そして、電磁スピル弁３０の開弁状態で、プランジャ２３が下降するとき、図示しないフィードポンプの作動により、燃料タンク１０１から汲み上げられた低圧燃料が、フィルタ１４１、プレッシャレギュレータ１４２、低圧燃料通路１１及び供給通路３６
ｂを経て加圧室２２に吸入されるようになっている。

上記シリンダ２１の先端側に形成された加圧室２２は、シリンダ２１の内周面よりも大径に形成されている。そして、プランジャ２３は電磁スピル弁３０の閉タイミング前に加圧室２２に進入し、電磁スピル弁３０が閉弁した後にプランジャ２３が上死点に到達するようになっている。そして、プランジャ２３の先端部が加圧室２２内に進入した状態で、加圧室２２の内周面とプランジャ２３の外周面との間に隙間が形成されるようになっている。ハウジング１０には高圧燃料通路１２が形成されており、加圧室２２がこの高圧燃料通路１２を介してチェック弁４０に連通するようになっている。

上記チェック弁４０は、高圧燃料通路１２に接続されたケーシング４１と、そのケーシング４１内に配置されたシート体４２及びスプリングベース体４５と、シート体４２に接離可能に対向するバルブ体（弁体）４３と、このバルブ体４３をシート体４２に対する当接位置に向かって付勢するコイルスプリング４４とを備えている。また、このチェック弁４０は上記高圧燃料配管１０５に接続されている。そして、加圧室２２内から高圧燃料通路１２を介して圧送される燃料の圧力が所定値を超えたとき、バルブ体４３がコイルスプリング４４の付勢力に抗してシート体４２から離間する位置に移動される。これにより、チェック弁４０が開弁状態になって、高圧燃料通路１２から圧送される高圧燃料が高圧燃料配管１０５を経てデリバリパイプ１０６に供給されるようになっている。

以下、このチェック弁４０の内部構造について詳述する。図４は、このチェック弁４０の内部に備えられている上記シート体４２、バルブ体４３、コイルスプリング４４、スプリングベース体４５を示す断面図である。この図４に示すように、シート体４２は、中央部に軸線方向（図４における左右方向）に沿って延びる燃料通路４２ａを備えており、その燃料吐出側の端部は先細り形状に形成されたテーパ部４２ｂを備えている。このテーパ部４２ｂにより、バルブ体４３が燃料通路４２ａ内の燃料に臨む面積を大きく確保して燃料通路４２ａの内圧が上昇した際にその圧力がバルブ体４３の広範囲に作用するようにしている。

上記スプリングベース体４５は、シート体４２の先端部分に取り付けられた略円筒形状の部材であって、このシート体４２との間でスプリング収容空間４５ａを形成している。また、このスプリングベース体４５の先端部分（燃料吐出側部分）には、軸心に向かってフランジ状に形成されたスプリング座４５ｂが一体形成されている。これにより、上記コイルスプリング４４は、このスプリング座４５ｂとバルブ体４３との間に圧縮状態で収容されて、バルブ体４３に対してシート体４２のテーパ部４２ｂに向かう方向への付勢力（図中の矢印Ｆ参照）を与えている。また、このスプリングベース体４５の外周面の複数箇所には開口４５ｃが形成されており、上記バルブ体４３がシート体４２から離れて燃料が吐出される際に、この開口４５ｃの形成部分が燃料流路となるようにしている（この際の燃料の流れを図中矢印Ｏで示している）。

そして、本実施形態の特徴とするところは、上記コイルスプリング４４の形状にある。図４に示すように、このコイルスプリング４４は不等ピッチコイルスプリングにより構成されている。つまり、コイルピッチの比較的大きな低バネ定数領域（図中の領域Ｉ）と、コイルピッチの比較的小さな高バネ定数領域（図中の領域II）とが連続して形成されている。また、上記スプリング収容空間４５ａにおけるコイルスプリング４４の収容状態としては、上記低バネ定数領域Ｉがバルブ体４３に当接し、高バネ定数領域IIがスプリング座４５ｂに当接するようになっている。

このようにコイルスプリング４４が不等ピッチコイルスプリングにより構成されていることにより、加圧室２２内から高圧燃料通路１２及び燃料通路４２ａを介して圧送される
燃料の圧力が所定値（例えば１３ＭＰａ）を超えて、バルブ体４３がコイルスプリング４４の付勢力に抗してシート体４２から離間する際には、先ず、低バネ定数領域Ｉが迅速に弾性変形してバルブ体４３は迅速に（レスポンス良く）移動してシート体４２から離れて高圧燃料を高圧燃料配管１０５に向けて送り出す。そして、バルブ体４３の移動量がある程度大きくなると、次に、高バネ定数領域IIが弾性変形し、バルブ体４３の移動が抑制され、そのリフト量が所定量以下に抑えられることになる。このようにして、バルブ体４３のリフト量が抑えられることにより、吐出行程の完了後には迅速な閉弁動作が行われ、この吐出行程の完了と略同時にバルブ体４３はシート体４２に着座して燃料通路４２ａが閉鎖され、高圧燃料の加圧室２２に向けての逆流（吹き戻し）が回避される。

図５は、本実施形態に係る高圧燃料ポンプ１の加圧室２２内の燃料圧力（燃圧）とバルブ体４３の移動量（吐出弁の開度）との関係を示している。この図５からも判るように、本形態によれば、加圧室２２内の燃料圧力がデリバリパイプ１０６に必要な圧力Ｐ（例えば１３ＭＰａ）に達すると、瞬時にバルブ体４３が移動してチェック弁４０を所定開度まで（燃料圧力が大幅にオーバシュートしない開度まで）開放される。このため、駆動カム１１１とリフタ２４の底部との接触力が著しく高くなることがなくなり、摩擦損失や潤滑不良が生じることを回避できる。また、高圧燃料ポンプ１の各シール部分のシール性能も必要以上に高くしておく必要がない。このように、従来では、燃料圧力のオーバシュートを考慮し、設計燃料圧力Ｐ（例えば上記１３ＭＰａ）よりも大幅に高い燃料圧力に耐え得るように高圧燃料ポンプを設計しておく必要があったが、本実施形態では、その必要がなく、高圧燃料ポンプの小型化、重量の軽減、部品点数の削減、製造コストの低廉化を図ることができる。

また、上述した如く、吐出行程の完了と略同時にバルブ体４３はシート体４２に着座して燃料通路４２ａが閉鎖され、高圧燃料の加圧室２２に向けての逆流（吹き戻し）が回避されるため、高圧燃料ポンプ１の吐出効率の向上を図ることができる。

−変形例−
次に、本発明に係る高圧燃料ポンプ１のチェック弁４０に備えられたコイルスプリング４４についての複数の変形例について説明する。以下の変形例は、コイルスプリング４４の構成が上述した実施形態のものと異なっている。従って、以下の説明では上記実施形態との相違点についてのみ説明する。

−第１変形例−
図７はチェック弁４０に備えられたコイルスプリング４４についての第１の変形例を示す図４相当図である。上述した実施形態ではコイルスプリング４４を不等ピッチコイルスプリングにより構成していたが、本変形例に係るコイルスプリング４４は、コイルピッチは全体に亘って一定である一方、外径寸法が異なる領域を備えた構成となっている。つまり、外径寸法の比較的大きな低バネ定数領域（図中の領域Ｉ）と、外径寸法の比較的小さな高バネ定数領域（図中の領域II）とを備えた形状となっている。また、スプリング収容空間４５ａにおけるコイルスプリング４４の収容状態としては、上記低バネ定数領域Ｉがバルブ体４３に当接し、高バネ定数領域IIがスプリング座４５ｂに当接するようになっている。

このような形状のコイルスプリング４４を採用することによっても、上述した実施形態と同様に、吐出行程においてバルブ体４３がコイルスプリング４４の付勢力に抗してシート体４２から離間する際には、バルブ体４３が迅速に移動してシート体４２から離れて高圧燃料を高圧燃料配管１０５に向けて送り出す。一方、バルブ体４３の移動量がある程度大きくなると、高バネ定数領域IIが弾性変形し、バルブ体４３の移動が抑制され、そのリフト量が所定量以下に抑えられる。これにより、上述した実施形態と同様の効果を奏する
ことができる。

−第２変形例−
図８はチェック弁４０に備えられたコイルスプリング４４についての第２の変形例を示す図４相当図である。本変形例に係るコイルスプリング４４は、コイルピッチは全体に亘って一定である一方、外径寸法が軸線方向に沿って次第に変化する構成となっている。つまり、一端側の外径寸法の大きな低バネ定数部分から他端側の外径寸法の小さな高バネ定数部分に向かってバネ定数が次第に変化していく構成となっている。また、スプリング収容空間４５ａにおけるコイルスプリング４４の収容状態としては、最も外径寸法の大きな端部（図中左端部）がバルブ体４３に当接し、最も外径寸法の小さな端部（図中右端部）がスプリング座４５ｂに当接するようになっている。このような形状のコイルスプリング４４を採用することによっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

−第３変形例−
図９はチェック弁４０に備えられたコイルスプリング４４についての第３の変形例を示す図４相当図である。本変形例に係るコイルスプリング４４は、アウタスプリング４４Ａとインナスプリング４４Ｂとの２個のコイルスプリングを備えたスプリングユニットとして構成されている。

上記アウタスプリング４４Ａは、その全体に亘ってコイルピッチが比較的大きく且つ一定とされて低いバネ定数を有している。一方、インナスプリング４４Ｂは、外径寸法が上記アウタスプリング４４Ａよりも小さく設定され、また、その全体に亘ってコイルピッチが比較的小さく（アウタスプリング４４Ａのコイルピッチよりも小さく）且つ一定とされて上記アウタスプリング４４Ａよりも高いバネ定数を有している。そして、上記アウタスプリング４４Ａは、一端がバルブ体４３に、他端がスプリングベース体４５のスプリング座４５ｂにそれぞれ当接されて圧縮された状態でスプリング収容空間４５ａに収容されている。一方、上記インナスプリング４４Ｂは、一端がスプリングベース体４５のスプリング座４５ｂに当接されている一方、他端はバルブ体４３に当接されることなく、このバルブ体４３との間に所定間隔を存した状態でアウタスプリング４４Ａの内側に配置されている。尚、このインナスプリング４４Ｂとバルブ体４３との間隔は、バルブ体４３の移動ストロークよりも小さく設定されている。

このため、吐出行程においてバルブ体４３がコイルスプリング４４の付勢力に抗してシート体４２から離間する際、その移動初期時はバネ定数の低いアウタスプリング４４Ａの変形を伴う移動が行われ、バルブ体４３が迅速に移動してシート体４２から離れて高圧燃料を高圧燃料配管１０５に向けて送り出す。そして、バルブ体４３の移動量がある程度大きくなると、バルブ体４３がインナスプリング４４Ｂに当接し、バネ定数の高いインナスプリング４４Ｂの変形を伴う移動が行われて、バルブ体４３の移動が抑制され、そのリフト量が所定量以下に抑えられる。これにより、本変形例においても上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

−その他の実施形態−
上述した実施形態及び変形例では、本発明を自動車に搭載された筒内直噴型４気筒ガソリンエンジンに適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、例えば筒内直噴型６気筒ガソリンエンジンなど他の任意の気筒数のガソリンエンジンに適用可能である。また、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジン等の他の内燃機関にも本発明は適用可能である。更には、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものでもない。

また、上記実施形態及び変形例における高圧燃料ポンプ１では、排気カムシャフト１１
０に取り付けられた駆動カム１１１の回転によってプランジャ２３が駆動される構成としたが、吸気カムシャフトに取り付けられた駆動カムの回転によってプランジャ２３が駆動される構成としてもよい。

また、バルブ体４３を閉弁方向に付勢するコイルスプリング４４の形状及び構成も、上述した実施形態及び変形例に限るものではなく、バネ定数の異なる部分を備えた構成であればよい。

実施形態に係る燃料供給装置の構造を模式的に示す図である。 電磁スピル弁の開閉動作を説明するための図である。 高圧燃料ポンプを示す縦断面図である。 チェック弁の内部構成を示す縦断面図である。 実施形態に係る高圧燃料ポンプにおける加圧室内の燃料圧力とバルブ体の移動量との関係を示す図である。 従来の高圧燃料ポンプにおける加圧室内の燃料圧力とバルブ体の移動量との関係を示す図である。 第１の変形例における図４相当図である。 第２の変形例における図４相当図である。 第３の変形例における図４相当図である。

符号の説明

１ 高圧燃料ポンプ
２２ 加圧室
４０ チェック弁（吐出弁）
４２ シート体（バルブシート）
４３ バルブ体（弁体）
４４ コイルスプリング
１０２ フィードポンプ
１０６ デリバリパイプ（蓄圧容器）

Claims (4)

1. 燃料を加圧する加圧室と、この加圧室の吐出側に配設され且つスプリングによって閉弁方向への付勢力が与えられた弁体を有する吐出弁とを備え、加圧室内の圧力が所定圧力以上に達した場合に上記スプリングの付勢力に抗して弁体が移動して加圧室から燃料が圧送される構成とされた燃料ポンプにおいて、
   上記スプリングは、閉鎖位置にある弁体が開放方向に移動する移動初期における弁体に対する付勢力が、弁体が開放方向に所定量以上移動した際における弁体に対する付勢力よりも小さくなるように互いにバネ定数の異なる部分を備えた構成となっていることを特徴とする燃料ポンプ。
2. 上記請求項１記載の燃料ポンプにおいて、
   スプリングは、不等ピッチまたは多段ピッチのコイルスプリングにより構成されていることを特徴とする燃料ポンプ。
3. 上記請求項１または２記載の燃料ポンプにおいて、
   燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプが吸入側に接続されている一方、複数の燃料噴射弁が接続された蓄圧容器が吐出側に接続されており、フィードポンプから供給された燃料を上記燃料噴射弁の噴射圧力まで昇圧させて蓄圧容器に圧送する構成となっていることを特徴とする燃料ポンプ。
4. 上記請求項１、２または３記載の燃料ポンプに備えられる吐出弁であって、
   スプリングからの付勢力によってバルブシートに押圧されて加圧室を閉鎖する弁体を備え、加圧室内の圧力が所定圧力以上に達した場合に上記スプリングの付勢力に抗して弁体が移動して加圧室を開放するようになっている一方、
   上記スプリングが、不等ピッチまたは多段ピッチのコイルスプリングにより構成されて、バルブシートに押圧された閉鎖位置にある弁体が開放方向に移動する移動初期における弁体に対する付勢力が、弁体が開放方向に所定量以上移動した際における弁体に対する付勢力よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする吐出弁。

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