JP6697552B2

JP6697552B2 - 高圧燃料供給ポンプ

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Publication number: JP6697552B2
Application number: JP2018527468A
Authority: JP
Inventors: 早谷　政彦; 政彦早谷; 徳尾　健一郎; 健一郎徳尾; 雄太笹生; 悟史臼井; 克年小林
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: DE112017002970T5; US20190316558A1; WO2018012211A1; JPWO2018012211A1

Description

本発明は、高圧燃料供給ポンプの構造に関し、特にリリーフバルブ構造に関する。

燃焼室内部へ直接、燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関において、燃料を高圧化するために高圧燃料供給ポンプが広く用いられている。このような高圧燃料ポンプの背景技術として、特開２００９−１１４８６８号公報には、高圧燃料供給ポンプの高圧側から低圧側へと流体を流す燃料通路内において、前記燃料通路内にあるハウジングと弁体押さえの隙間が絞り効果（流体の流れを絞ることにより流速を高め、低速部に比べて低い圧力を発生させる効果）を有するように構成されるリリーフバルブが開示されている。前記したような構成を持つことにより、前記弁体押さえの前記高圧側、及び前記低圧側に発生する圧力差により、開弁方向へリリーフバルブを大きくストロークさせ、高圧配管の圧力を速やかに低下させることが可能となる。

特開２００９−１１４８６８号公報

しかしながら、特許文献１の技術を備えたリリーフバルブ機構を、加圧室（高圧側）へ流体を戻す構造の高圧燃料供給ポンプへ適用する場合、高圧燃料供給ポンプの通常動作時の吸入工程（プランジャ下降）において、リリーフバルブから加圧室に燃料が吸い込まれるといった流れが発生し、隙間の狭いハウジングと弁体押さえの隙間部及びその近傍のリリーフバルブシート部で流速が増加すること、前記隙間部において圧力が低下することによってキャビテーションが発生し、エロージョンによりシート部にダメージを与え、結果的にリリーフバルブシートの燃料シール機能を損失させてしまう虞がある。

そこで本発明の目的は、リリーフばねホルダに絞りを設けることにより、シート近傍での圧力低下及びキャビテーションの発生を抑制することのできる高圧燃料供給ポンプを提供することにある。

上記した課題を解決するために本発明は、燃料を加圧する加圧室と、吐出弁の下流側の吐出通路の燃料を前記加圧室に戻すリリーフバルブ機構と、を備えた燃料供給ポンプにおいて、前記リリーフバルブ機構は、リリーフバルブが着座することでリリーフ流路を閉弁するリリーフシートが形成されたリリーフバルブハウジング内に収容され、前記リリーフバルブを保持するリリーフバルブホルダと、前記リリーフバルブホルダに一端が当接し、前記リリーフバルブを前記リリーフシートに向かって付勢するリリーフばねと、前記リリーフばねの他端を保持するとともに、前記リリーフバルブハウジングのリリーフシートと反対側内周部に圧入固定されるリリーフばねホルダと、を備え、前記リリーフばねホルダには、前記吐出通路の燃料を前記加圧室に戻す燃料通路内にリリーフばねホルダ側絞り部が形成され、前記リリーフバルブホルダの外周側と前記リリーフバルブハウジングの内周部との間には、リリーフバルブホルダ側絞り部が形成され、前記加圧室と前記リリーフバルブホルダ側絞り部との間に位置する前記リリーフばねホルダ側絞り部は、前記リリーフバルブホルダ側絞り部に対して、ほぼ同等の又はこれ以上の圧力損失を有するように構成されたことを特徴とする。

このように構成した本発明によれば、リリーフバルブ機構のキャビテーションエロージョンを防止することができるため、高圧燃料供給ポンプの信頼性を向上させることができる。

本発明が実施された第一実施例の高圧燃料供給ポンプの全体縦断面図である。第一実施例の高圧燃料供給ポンプの別の角度からの断面図である。第一実施例の高圧燃料供給ポンプのプランジャ軸方向に垂直で、燃料の吸入口軸中心及び吐出口軸中心の断面図である。高圧燃料供給ポンプを含む、システム全体図である。本発明が実施された第一実施例のリリーフバルブ機構の断面図である。本発明が実施された第一実施例の高圧燃料供給ポンプの通常動作時の吸入工程（プランジャ下降）時の燃料の流れを示した模式図である。第二実施例の高圧燃料供給ポンプの通常動作時の燃料の流れを示した模式図である。

以下、本発明に係る実施例を説明する。

以下、本発明に係る実施例１について図面を用いて説明する。はじめに、図４を用いてシステムの構成と動作を説明する。図４は、本発明に係る高圧燃料供給ポンプを含む、システムの全体構成を示す図である。

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）１（図１参照）の本体１Ａを示し、この破線の中に示されている機構、部品は高圧ポンプ本体１Ａに一体に組み込まれていることを示す。

燃料タンク２０の燃料はフィードポンプ２１によって汲み上げられ、吸入配管２８を通してポンプ本体（ポンプボディ）１Ａの吸入ジョイント１０ａに送られる。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、吸入通路１０ｂを介して容量可変機構を構成する電磁吸入弁３０の吸入ポート３０ａに至る。脈動防止機構９については後述する。

電磁吸入弁３０は電磁コイル３０８を備える。電磁コイル３０８が通電されていない時は、アンカー（電磁プランジャ）３０５及び吸入弁体３０１は、アンカーばね３０３の付勢力と弁ばね３０４の付勢力との差分の付勢力により付勢され、図３に示すように右方に移動した状態である。このとき、吸入弁体３０１は開弁方向に付勢されており、吸入口３０ｄは開けられた状態となっている。

尚、アンカーばね３０３の付勢力は弁ばね３０４の付勢力よりも大きくなるよう設定される。

一方、電磁コイル３０８が通電されている状態では、アンカー３０５が図４の左方に移動し、アンカーばね３０３が圧縮された状態になる。アンカー３０５の先端が同軸で接触するようにアンカー３０５の先端に取り付けられた吸入弁体３０１は、弁ばね３０４の付勢力により、吸入口３０ｄを閉じている。吸入口３０ｄは、高圧ポンプ１の加圧室１１と吸入ポート３０ａとを接続する燃料通路（燃料流路）である。

次に、高圧ポンプ１の動作について説明する。後述するカム５の回転により、プランジャ２が図４の下方に変位して吸入行程状態にある時は、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。この行程で加圧室１１内の燃料圧力が吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）の圧力よりも低くなると、燃料は、開口状態にある吸入口３０ｄを通り、加圧室１１に流入する。

プランジャ２が吸入行程を終了し圧縮行程へと移行した場合、プランジャ２が圧縮行程（図１の上方へ移動する状態）に移る。ここで電磁コイル３０８は無通電状態を維持したままであり、アンカー３０５に磁気付勢力は作用しない。よって、吸入弁体３０１はアンカーばね３０３の付勢力により開弁したままである。

圧縮行程において、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。しかし、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体３０１を通じて、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）へと戻される。このため、加圧室１１の圧力が上昇することは無い。この行程を戻し行程と称する。

この状態で、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと呼ぶ）からの制御信号が電磁吸入弁３０に印加されると電磁吸入弁３０の電磁コイル３０８に電流が流れる。このとき、アンカー３０５に磁気付勢力が作用し、電磁プランジャ３０５は図４の左方に移動してアンカーばね３０３が圧縮された状態になる。その結果、吸入弁体３０１にはアンカーばね３０３の付勢力が作用しなくなり、弁ばね３０４による付勢力と燃料が吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）に流れ込むことによる流体力とが働く。そのため、吸入弁体３０１は閉弁し、吸入口３０ｄを閉じる。

吸入口３０ｄが閉じると、このときから加圧室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、加圧室１１の燃料圧力が燃料吐出口１２側の燃料圧力以上になると、吐出弁機構８を介して加圧室１１に残っている燃料の高圧吐出が行われる。吐出ジョイント１２側へ吐出された高圧燃料は、コモンレール２３へと供給される。この行程を吐出行程と称する。

すなわち、プランジャ２の圧縮行程（下始点から上始点までの間の上昇行程）は、戻し行程と吐出行程とからなる。そして、電磁吸入弁３０の電磁コイル３０８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３０８へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中における戻し行程の割合が小さくなり、吐出行程の割合が大きくなる。すなわち、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）に戻される燃料が少なくなり、高圧吐出される燃料は多くなる。

一方、電磁コイル３０８へ通電するタイミングを遅くすれば圧縮行程中における戻し行程の割合が大きくなり、吐出行程の割合が小さくなる。すなわち、吸入通路１０ｂに戻される燃料が多くなり、高圧吐出される燃料は少なくなる。

電磁コイル３０８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。
以上のように構成することで、電磁コイル３０８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。

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、吐出弁シート面（吐出弁シート部）８ａと吐出弁８ｂと吐出弁ばね８ｃとを備える。加圧室１１と燃料吐出口１２と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面８ａに押し付けられ、閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、吐出口１２を構成する吐出ジョイント側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に逆らって開弁する。吐出弁８ｂが開弁することにより、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。

かくして、吸入ジョイント１０ａに導かれた燃料はポンプ本体１Ａの加圧室１１にてプランジャ２の往復動によって高圧に加圧され、必要な量の燃料が燃料吐出口１２からコモンレール２３に圧送される。

コモンレール２３には、直接噴射用インジェクタ２４（以下、直噴インジェクタと称す）及び圧力センサ２６が装着されている。直噴インジェクタ２４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２７の制御信号にしたがって開閉弁して、燃料を内燃機関のシリンダ（燃焼室）内に噴射する。

ポンプ本体１Ａにはさらに、リリーフバルブ機構１００が設けられている。リリーフバルブ機構１００には、吐出弁８ｂの下流側と加圧室１１とを連通するリリーフ通路（戻し通路）１０１が、吐出通路１１０とは別に、吐出弁機構８をバイパスして設けられている。リリーフ通路１０１にはリリーフバルブ１０３が設けられている。リリーフバルブ１０３は、燃料の流れを吐出通路１１０から加圧室１１への一方向のみに制限する。

リリーフバルブ１０３は、押付力（付勢力）を発生するリリーフばね１０２により、リリーフバルブシート１０４に押付けられている。リリーフバルブ１０３は、加圧室１１内の燃料圧力と吐出通路１１０内の燃料圧力との間の圧力差が規定の圧力以上になると、リリーフバルブ１０３がリリーフバルブシート１０４から離れ、開弁するように設定している。

直噴インジェクタ２４の故障等によりコモンレール２３等に異常高圧が発生した場合、吐出通路１１０の燃料圧力と加圧室１１の燃料圧力との差圧がリリーフバルブ１０３の開弁圧力以上になると、リリーフバルブ１０３が開弁する。リリーフバルブ１０３が開弁すると、異常高圧となったコモンレール２３の燃料はリリーフ通路１０１から加圧室１１へと戻される。これにより、コモンレール２３等の高圧部配管が保護される。

続いて、高圧燃料供給ポンプの構成及び動作を、図１、図２、図３及び図４を用いてさらに詳しく説明する。図１は本発明に係る第一実施例の高圧燃料供給ポンプについて、プランジャの軸方向に切断して示す全体断面図である。図２は本発明に係る第一実施例の高圧燃料供給ポンプの別の角度の全体断面図であり、吸入ジョイント軸中心における断面図である。図３は本発明に係る第一実施例の高圧燃料供給ポンプについて、プランジャの軸方向に垂直な方向に切断して示す全体断面図であり、燃料の吸入口軸中心及び吐出口軸中心における断面図である。

一般に高圧ポンプは、ポンプ本体１Ａに設けられたフランジ１ｅ（図３参照）を用い、内燃機関のシリンダヘッド４１の平面に密着して固定される。シリンダヘッド４１とポンプ本体１Ａ間の気密保持のために、Ｏリング６１がポンプ本体１Ａに嵌め込まれている。
ポンプ本体１Ａには、プランジャ２の進退運動（往復）をガイドし、かつ内部に加圧室１１を形成するよう端部が筒型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には、燃料を供給するための電磁吸入弁３０と加圧室１１から吐出通路に燃料を吐出するための吐出弁機構８（図３参照）とに連通するように、連通通路１１ａ（図３参照）が設けられている。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に伝達するタペット３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３に圧着されている。これによりカム５の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に進退（往復）運動させることができる。

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（図１参照）は、シリンダ６の図中下端部において、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いる。これによりプランジャ２とシリンダ６との間のブローバイ隙間がシールされ、燃料がポンプ外部に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）がブローバイ隙間を介してポンプ本体１の内部に流入するのを防止する。

フィードポンプ２１（図４参照）によって汲み上げられた燃料は、吸入配管２８と結合された吸入ジョイント１０ａを介してポンプ本体１Ａに送られる。ダンパカバー１４は、ポンプ本体１Ａと結合することにより低圧燃料室１０ｂ、１０ｃを形成し、吸入ジョイント１０ａを通過した燃料が流入する。低圧燃料室１０ｂ、１０ｃの上流には、燃料中に含まれる金属粉等の異物を除去するために燃料フィルタ１２０が、たとえばポンプ本体１Ａに圧入されるなどして取り付けられている。吸入ジョイント１０ａ及び低圧燃料室１０ｂ、１０ｃは、低圧の燃料が流れる低圧燃料通路部１０を構成する。

低圧燃料室１０ｂ、１０ｃには高圧ポンプ１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に吸入された燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３０１を通して吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）へと戻される場合、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）へ戻された燃料により低圧燃料室１０ｂ、１０ｃには圧力脈動が発生する。しかし、この圧力脈動は圧力脈動低減機構９により吸収低減される。

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９ａで形成されている。圧力脈動はこの金属ダンパ９ａが膨張・収縮することで吸収低減される。９ｂは金属ダンパ９ａをポンプ本体１Ａの内周部に固定するための取り付け金具である。

電磁吸入弁３０の電磁コイル３０８は、端子３０７を介してＥＣＵ２７と接続される。
電磁コイル３０８への通電と無通電を繰り返すことにより、吸入弁体３０１の開閉が制御される。電磁吸入弁３０は、吸入弁体３０１の開閉により燃料の流量を制御する可変制御機構である。電磁コイル３０８が通電されていない時、吸入弁体３０１には、アンカー３０５とアンカー３０５に一体となるよう形成されたアンカーロッド３０２とを介して、アンカーばね３０３の付勢力が伝達される。

アンカーばね３０３の付勢力と対向するように弁ばね３０４が設けられている。弁ばね３０４は吸入弁体３０１の内側に設置される。アンカーばね３０３の付勢力と弁ばね３０４の付勢力とは、上述したように設定される。その結果、吸入弁体３０１は開弁方向に付勢され、吸入口３０ｄは開けられた状態となっている。この時アンカーロッド３０２と吸入弁体３０１とは３０２ｂに示す部位で接触している（図１に示す状態）。

電磁コイル３０８の通電により発生する磁気付勢力は、アンカー３０５が固定子３０６側にアンカーばね３０３の付勢力に打ち勝って吸引可能な力を有するように設定される。
電磁コイル３０８への通電時、アンカー３０５は固定子３０６側に移動（図の左側）し、アンカーロッド３０２端部に形成されたストッパ３０２ａがアンカーロッド軸受３０９に当接して係止される。アンカー３０５の移動量は吸入弁体３０１の移動量よりも大きくなるようクリアランスが設定される。このため、ストッパ３０２ａがアンカーロッド軸受３０９に当接した状態では、アンカーロッド３０２と吸入弁体３０１との接触部３０２ｂは開放される。その結果、吸入弁体３０１は、弁ばね３０４により閉弁状態に付勢され、吸入口３０ｄは閉じられた状態となる。

電磁吸入弁３０には、吸入弁体３０１が加圧室１１への吸入口３０ｄを塞ぐことができるように、吸入弁シート部材３１０が設けられている。吸入弁シート部材３１０には、吸入弁シート３１０ａが形成されている。吸入弁シート部材３１０は、筒状ボス部１ｂに機密を保って挿入され、ポンプ本体１Ａに固定される。電磁吸入弁３０がポンプ本体１Ａに取り付けられた際、吸入ポート３０ａと吸入通路１０ｂとが接続される。

吐出弁機構８は、ポンプ本体１に設けられた吐出弁シート面８ａと、中心に往復摺動を保持可能なように軸受８ｅを設けた吐出弁部材８ｂと、吐出弁部材８ｂの軸受に対し摺動可能な中心軸８ｆを設けた吐出弁ガイド部材８ｄを有する。

吐出弁部材８ｂは吐出弁シート面８ａと接触することにより油密保持可能な環状接触面８ｆを形成する。

吐出弁ばね８ｃは吐出弁部材８ｂを閉弁方向に付勢するように設けられている。このような構成にすることで、吐出弁部材８ｂの傾きを抑制することができ、吐出弁部材８ｂを軸方向に摺動可能に拘束することができるので、吐出弁部材８ｂを確実にシート部（吐出弁シート面８ａ）に当接させることが可能となる。吐出弁ガイド部材８ｄをたとえば圧入によりポンプ本体１に封止されることにより吐出弁機構８を構成している。吐出弁機構８は燃料流通方向を制限する逆止弁として作用する。

次に、リリーフバルブ機構１００の構成及び動作を図５、図６を用いて説明する。リリーフバルブ機構１００は、ポンプ本体１Ａに形成された収容孔（収容凹部）１Ｃに収容されている。収容孔１Ｃは連通孔１１ｂにより加圧室１１に連通している。すなわち、リリーフ通路（戻し通路）１０１は、連通孔１１ｂにより、リリーフバルブ機構１００を介して加圧室１１に連通している。

リリーフバルブ機構１００は、リリーフバルブシート１０４と一体であるリリーフバルブハウジング１０５、リリーフバルブ１０３、リリーフバルブホルダ１０７、リリーフばね１０２、リリーフばねホルダ１０６からなる。リリーフばねホルダ１０７には、リリーフばね１０２が配置されたリリーフチャンバ１０８から加圧室１１に戻す燃料通路が形成される。

リリーフバルブ機構１００は、サブアセンブリとしてポンプハウジング１の外部で組み立てられる。リリーフバルブハウジング１０５に、リリーフバルブ１０３、リリーフバルブホルダ１０７、リリーフばね１０２の順に順次挿入し、リリーフばねホルダ１０６をリリーフバルブハウジング１０５に圧入固定する。このリリーフばねホルダ１０６の固定位置によって、リリーフばね１０２のセット荷重を決定する。リリーフバルブ１０３の開弁圧力は、このリリーフばね１０２のセット荷重によって決定される。

本実施例の燃料供給ポンプは、燃料を加圧する加圧室１１と、前記吐出弁８の下流側の吐出通路の燃料を前記加圧室１１に戻すリリーフバルブ機構１００とを備えている。そしてリリーフバルブ機構１００は、リリーフバルブ１０３が着座することでリリーフ流路を閉弁するリリーフバルブシート１０４と、リリーフバルブ１０３をリリーフバルブシート１０４に向かって付勢するリリーフばね１０２と、リリーフばね１０２を保持するリリーフばねホルダ１０６と、を備えている。さらにリリーフばねホルダ１０６には、リリーフばね１０２が配置されたリリーフチャンバ１０８から加圧室１１に戻す燃料通路と流路内に絞り部が形成されている。

ここで、加圧室１１に燃料を戻すリリーフバルブにおいては、リリーフバルブ機構１００が加圧室１１と連通しているため加圧工程（プランジャ上昇時）にはリリーフバルブ機構１００に燃料が流入する。また、吸入工程（プランジャ下降時）においてリリーフバルブ１０３から加圧室１１に燃料が吸い込まれる流れが発生するため、隙間の狭いハウジング１０５と弁体押さえの間隙部２０a、その近傍のリリーフバルブシート１０４で流速が増加すること、前記間隙部２０ａ付近において圧力が低下することによってキャビテーションが発生し、エロージョンによりリリーフバルブシート１０４にダメージを与えてしまうため、リリーフバルブシート１０４の燃料シール機能を低下させる虞がある。

そこで、本実施例のようにリリーフばねホルダ１０６に絞りを設けて、シート近傍での圧力低下、キャビテーションの発生を抑制することにより、信頼性の高い高圧燃料ポンプを提供することができる。また、絞り部はリリーフバルブ機構内１００に複数設けられてもよい。本実施例の絞り部については以下に詳述する。

また、リリーフバルブホルダ１０７は、リリーフばね１０２により付勢され、リリーフバルブ１０３を保持する役割を果たし、リリーフバルブホルダ１０７の外周側には絞り部１０７ｃが形成される。このようにリリーフバルブ１０３にリリーフバルブホルダ側絞り部１０７ｃがあることにより、摺動可能に支持される。またリリーフバルブ１０３から流入した燃料は、リリーフバルブホルダ側絞り部１０７ｃがあるため通過後に圧力を低下させることが可能となる。

また、リリーフバルブ機構１００はリリーフバルブホルダ１０７の外周部を保持するリリーフバルブハウジング１０５を備え、リリーフバルブホルダ１０７の外周側に形成されたリリーフバルブホルダ側絞り部１０７ｃは、リリーフバルブホルダ１０７の外周部とリリーフバルブハウジング１０５の内周部との間で形成される。

リリーフバルブ機構１００のリリーフばねホルダ１０６は、外周側でリリーフばね１０２を受けるリリーフばね受部１０６aと、リリーフばね受部１０６aに対してリリーフバルブ１０７側に突出し、リリーフばねの内周側に配置される突出部１０６ｂと、を備え、リリーフばねホルダ１０６のリリーフばねホルダ側絞り部１０６ｄは、突出部１０６ｂの内周側に形成される。リリーフばねホルダ１０６の突出部１０６ｂは、リリーフばね１０２を保持する役割を果たし、リリーフばね１０２の変形や劣化を防ぐことができる。また、プランジャ２が下降し燃料が加圧室に戻る際に、リリーフばねホルダ側絞り部１０６ｄは突出部１０６ｂの内周側に形成される絞り部１０６ｄにおいて、燃料が絞られるため、リリーフバルブシート１０４のキャビテーションエロージョンを抑えることができる。また、突出部１０６ｂの内周側に設けられることにより、デッドボリュームの低減にも効果を奏す。

リリーフばねホルダ１０６は、外周側でリリーフばね１０２を受けるリリーフばね受部１０６aと、リリーフばね受部１０６aに対してリリーフバルブ１０３側に突出し、リリーフばね１０２の内周側に配置される突出部１０６ｂと、を備え、リリーフバルブホルダ１０７は、リリーフバルブ１０２に対してリリーフばねホルダ１０６側に突出し、リリーフばね１０２の内周側に配置される突出部１０７ｂを備え、リリーフばねホルダ１０６の突出部１０６ｂの軸方向長さは、リリーフバルブホルダ１０７の突出部１０７ｂの軸方向長さよりも長くなるように構成される。

リリーフばねホルダ１０６に対して形成された前記絞り部１０６ｄは、リリーフバルブホルダ１０７に対して形成された絞り部１０７ｃに対して、ほぼ同等の又はこれ以上の圧力損失を有するように構成される。このように構成することにより、リリーフばねホルダ１０６側の燃料流速の方がより速くなるように構成される。その結果、リリーフバルブホルダ１０７側に設けられた絞り部において、燃料流速が遅くなる。よってリリーフバルブシート１０４でのキャビテーションエロージョンの発生を抑制することができる。

リリーフばねホルダ１０６に対して形成されたリリーフばねホルダ側絞り部１０６ｄの長さは、リリーフバルブホルダに対して形成されたリリーフバルブホルダ側絞り部１０７ｃの長さよりも、長くなるように構成される。一般的に径が長ければ長いほど、圧力損失が増え、絞り効果がより顕著に表れることが知られており、このように構成することで、図６に示す高圧燃料供給ポンプの通常動作時の吸入工程（プランジャ下降）にリリーフ通路（戻し通路）１０１の連通孔１１ｂにから加圧室１１に燃料が吸い込まれる流れが発生した際に、貫通孔１０６ｃにおいて絞り効果が得られ、リリーフバルブホルダ１０７の絞り形成部１０７ｃとその近傍のリリーフ弁シート部１０４での圧力低下によるキャビテーションの発生を抑制できる。

リリーフばねホルダ１０６に対して形成されたリリーフばねホルダ１０６側絞り部は、軸方向に対する断面積が２ｍｍ ^２以下となるように構成される。先述したとおり、リリーフバルブシート１０４のキャビテーションエロージョンを抑えるため、リリーフばねホルダ側絞り部１０６ｄはリリーフバルブホルダ側絞り部１０７ｃよりも燃料の絞り効果を強く持たせる必要がある。

リリーフばねホルダ側絞り部１０６ｄの軸方向断面積は絞り効果の指標となる。本実施例においては、燃料流速を充分に速めるためにリリーフばねホルダ１０６の軸方向断面積を２ｍｍ ^２以下とすることが望ましい。

リリーフバルブ機構１００は、リリーフばね１０２により付勢され、前記リリーフバルブ１０３を保持するリリーフバルブホルダ１０７を備え、リリーフばねホルダ１０６の加圧室１１側端面からリリーフバルブシート１０４までの間で形成されるリリーフチャンバ１０８の空間のうち、前記リリーフばねホルダ１０６とリリーフばね１０２とリリーフバルブホルダ１０７とリリーフバルブ１０３とで占められる体積が、それ以外の空間の体積よりも大きくなるように構成される。このように構成されることにより、リリーフバルブ１０３内のデッドボリューム低減が期待でき、高圧燃料供給ポンプの燃料吐出効率向上が可能となる。

以上のように構成した実施例１によれば、プランジャ下降時においても、リリーフバルブシート１０４でのキャビテーションエロージョン発生を防止することができ、リリーフバルブ１０３の燃料シール機能の低下を抑制することができ、ひいては、信頼性の高い高圧燃料供給ポンプを提供することができる。ただし、本実施例では添付の図面を用いて説明したが、リリーフ弁構造、絞り部の形状等は図示したものに限らない。

図７に示す高圧燃料供給ポンプでは、リリーフ通路（戻し通路）１０１は、連通孔１１ｃにより、リリーフバルブ機構１００を介して低圧室１０ｂに連通している。本実施例においては、リリーフバルブ機構１００は、吐出弁の下流側の吐出通路の燃料を低圧室に直接、戻すように構成されることを特徴とする。

ユニット化されたリリーフバルブ機構１００をポンプ本体１Ａに設けた収容孔（筒状貫通口）１Ｃの内周壁にリリーフバルブハウジング１０５を圧入することによって固定する。ついで燃料吐出口１２を形成する吐出ジョイント１２ａを、ポンプ本体１の収容孔１Ｃを塞ぐように固定し、燃料が高圧ポンプ１から外部へ漏れるのを防止すると同時に、コモンレール２３との接続を可能とする。

収容孔１Ｃと収容孔１Ｄとは、図３に示すように、吐出通路１１０で接続されている。
これにより、吐出通路１１０は収容孔１Ｃを介して燃料吐出口１２に連通している。

プランジャ２の動きにより、加圧室１１の容積が減少を始めると、加圧室１１内の圧力はその容積の減少に伴って増大していく。そして、吐出流路１１０内の圧力よりも加圧室１１内の圧力が高くなると、吐出弁機構８が開弁し、燃料は加圧室１１から吐出流路１１０へと吐出されていく。この吐出弁機構８が開弁する瞬間から直後にかけて、加圧室１１内の圧力はオーバーシュートして非常な高圧となる。この高圧が吐出流路１１０内にも伝播して、吐出流路１１０内の圧力も同じタイミングでオーバーシュートする。

もしここで、リリーフバルブ機構１００の出口が吸入流路１０ｂに接続されていたならば、吐出流路１１内の圧力オーバーシュートにより、リリーフバルブ１０３の入口と出口との間の圧力差がリリーフバルブ機構１００の開弁圧力よりも大きくなってしまい、リリーフバルブ１０３が誤動作してしまう虞がある。

これに対し本実施例では、リリーフバルブ機構１００の出口が加圧室１１に接続されているので、リリーフバルブ機構１００の出口には加圧室１１内の圧力が作用し、リリーフバルブ機構１１の入口には吐出流路１１０内の圧力が作用する。ここで、加圧室１１内と吐出流路１１０内では同じタイミングで圧力のオーバーシュートが発生しているので、リリーフバルブ１０３の入口と出口との間の圧力差はリリーフバルブ１０３の開弁圧力以上になることがない。すなわち、リリーフバルブ１０３が誤動作することはない。

プランジャ２の動きにより加圧室１１の容積が増加を始めると、容積の増加に伴って加圧室１１内の圧力は減少し、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）内の圧力よりも低くなる。この状態では、燃料は吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）から加圧室１１に流入する。そして再びプランジャ２の動きにより、加圧室１１の容積が減少を始めると上記のメカニズムにより燃料を高圧に加圧して吐出する。この構造を用いた場合であっても吐出効率改善が期待できる。

次に、直噴インジェクタ２４の故障等によりコモンレール２３等に異常高圧が発生した場合について詳しく説明する。

仮に直噴インジェクタ２４の噴射機能が停止し、コモンレール２３に送られてきた燃料を内燃機関の燃焼室内に供給できなくなると、吐出弁機構８とコモンレール２３との間に燃料がたまり、燃料圧力が異常な高圧となる。この場合緩やかな圧力上昇であれば、コモンレール２３に設けた圧力センサ２６で異常が検知され、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）に設けた容量制御機構であるところの電磁吸入弁３０をフィードバック制御して吐出量を少なくするような安全機能が動作する。しかし、瞬間的な異常高圧はこの圧力センサ２６を使ったフィードバック制御では対処できない。

また、電磁吸入弁３０が故障してコモンレール２３が最大容量時の様態のまま機能しなくなった場合、燃料がそれほど多く要求されていない運転状態では吐出圧力が異常に高圧になる。この場合はコモンレール２３の圧力センサ２６が異常高圧を検知しても、容量制御機構そのものが故障しているので、この異常高圧を解消することができない。このような異常高圧が発生した場合に本実施例のリリーフバルブ機構１００が安全弁として機能する。

プランジャ２の動きにより加圧室１１の容積が増加を始めると、容積の増加に伴って加圧室１１内の圧力は減少する。このとき、リリーフバルブ機構１００の入口すなわち吐出流路１１０の圧力が、リリーフバルブ１０３の出口すなわち加圧室１１の圧力よりも、リリーフバルブ機構１００の開弁圧力以上に高くなると、リリーフバルブ機構１００は開弁する。このリリーフバルブ機構１００の開弁により、コモンレール２３内で異常高圧となった燃料は加圧室１１内に戻される。これにより、異常高圧発生時でもコモンレール２３等の高圧配管系は規定の圧力以上にはならず、コモンレール２３等の高圧配管系の保護がなされる。

以上で説明を終えるが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１Ａ…ポンプ本体
２…プランジャ
６…シリンダ
８…吐出弁機構
９…圧力脈動低減機構
１０ｂ…吸入通路
１１…加圧室
２３…コモンレール
２６…圧力センサ
３０…電磁吸入弁
３０a…吸入ポート
１００…リリーフバルブ機構
１０３…リリーフバルブ
１０４…リリーフバルブシート
１０６…リリーフばねホルダ
１０６ａ…リリーフばね受け部
１０６ｂ…リリーフばね側突起部
１０６ｃ…リリーフばね側貫通孔
１０６ｄ…リリーフばね側絞り部
１０７…リリーフバルブホルダ
１０８…リリーフチャンバ
１１０…吐出流路

Claims

燃料を加圧する加圧室と、
吐出弁の下流側の吐出通路の燃料を前記加圧室に戻すリリーフバルブ機構と、を備えた燃料供給ポンプにおいて、
前記リリーフバルブ機構は、
リリーフバルブが着座することでリリーフ流路を閉弁するリリーフシートが形成されたリリーフバルブハウジング内に収容され、前記リリーフバルブを保持するリリーフバルブホルダと、
前記リリーフバルブホルダに一端が当接し、前記リリーフバルブを前記リリーフシートに向かって付勢するリリーフばねと、
前記リリーフばねの他端を保持するとともに、前記リリーフバルブハウジングのリリーフシートと反対側内周部に圧入固定されるリリーフばねホルダと、を備え、
前記リリーフばねホルダには、前記吐出通路の燃料を前記加圧室に戻す燃料通路内にリリーフばねホルダ側絞り部が形成され、
前記リリーフバルブホルダの外周側と前記リリーフバルブハウジングの内周部との間には、リリーフバルブホルダ側絞り部が形成され、
前記加圧室と前記リリーフバルブホルダ側絞り部との間に位置する前記リリーフばねホルダ側絞り部は、前記リリーフバルブホルダ側絞り部に対して、ほぼ同等の又はこれ以上の圧力損失を有するように構成された燃料供給ポンプ。
請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
前記リリーフばねホルダは、外周側で前記リリーフばねを受けるリリーフばね受部と、前記リリーフばね受部に対してリリーフバルブ側に突出し、前記リリーフばねの内周側に配置されるリリーフばねホルダ側突出部と、を備えている燃料供給ポンプ。
請求項２に記載の燃料供給ポンプにおいて、
前記リリーフバルブホルダは、前記リリーフバルブに対してリリーフばねホルダ側に突出し、前記リリーフばねの内周側に配置されるリリーフバルブホルダ側突出部を備え、
前記リリーフばねホルダ側突出部の軸方向長さは、前記リリーフバルブホルダ側突出部の軸方向長さよりも長くなるように構成された燃料供給ポンプ。
請求項２に記載の燃料供給ポンプにおいて、
前記リリーフばねホルダ側絞り部の長さは、前記リリーフバルブホルダ側絞り部の長さに対して、長くなるように構成された燃料供給ポンプ。
請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
前記リリーフばねホルダ側絞り部は、軸方向に対する断面積が２ｍｍ ^２以下となるように構成された燃料供給ポンプ。
請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
前記リリーフばねホルダの加圧室側端面から前記リリーフシートまでの間で形成されるリリーフチャンバの空間のうち、前記リリーフばねホルダと前記リリーフばねと前記リリーフバルブホルダと前記リリーフバルブとで占められる体積が、それ以外の空間の体積よりも大きくなるように構成された燃料供給ポンプ。
燃料を加圧する加圧室と、
吐出弁の下流側の吐出通路の燃料を直接低圧室に戻すリリーフバルブ機構と、を備えた燃料供給ポンプにおいて、
前記リリーフバルブ機構は、
リリーフバルブが着座することでリリーフ流路を閉弁するリリーフシートが形成されたリリーフバルブハウジング内に収容され、前記リリーフバルブを保持するリリーフバルブホルダと、
前記リリーフバルブホルダに一端が当接し、前記リリーフバルブを前記リリーフシートに向かって付勢するリリーフばねと、
前記リリーフばねの他端を保持するとともに、前記リリーフバルブハウジングのリリーフシートと反対側内周部に圧入固定されるリリーフばねホルダと、を備え、
前記リリーフばねホルダには、前記吐出通路の燃料を前記低圧室に戻す燃料通路内にリリーフばねホルダ側絞り部が形成され、
前記リリーフバルブホルダの外周側と前記リリーフバルブハウジングの内周部との間には、リリーフバルブホルダ側絞り部が形成され、
前記加圧室と前記リリーフバルブホルダ側絞り部との間に位置する前記リリーフばねホルダ側絞り部は、前記リリーフバルブホルダ側絞り部に対して、ほぼ同等の又はこれ以上の圧力損失を有するように構成された燃料供給ポンプ。