JP4940329B2 - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Description

本発明はフィードポンプから送られてくる燃料を加圧して、内燃機関の燃料噴射弁に圧送する時に、筒内燃料噴射型内燃機関に用いる高圧燃料供給ポンプに関する。

特に、高圧側燃料通路の燃料圧力の異常高圧を回避するための安全弁としてのリリーフ弁機構をポンプハウジングに組み込んだ高圧燃料供給ポンプに関する。

従来のこの種高圧燃料供給ポンプは、特開２００３−３４３３９５号公報に示されているように、高圧燃料供給ポンプのポンプハウジングに吐出弁下流の高圧燃料通路と吸入弁上流の低圧燃料通路とを接続する燃料リリーフ通路を設け、当該燃料リリーフ通路内部に高圧燃料通路側から低圧燃料通路側へのみ燃料を通すリリーフ弁としての逆止弁を設置している。

かくして、高圧燃料吐出通路側が異常高圧になったとき、この逆止弁で構成されたリリーフ弁が開いて、高圧燃料の一部を低圧通路側へ放出し、異常高圧を解消する。

特開２００３−３４３３９５号公報

しかしながら、このように構成された高圧燃料供給ポンプでは、吐出弁が開いて高圧燃料ポンプが燃料を加圧している過渡状態において、瞬間的に吐出燃料の圧力がリリーフ弁の開弁圧力を超える状態が生じる。

このような、瞬間的な高圧状態はシステムとしては異常な状態ではないので、リリーフ弁は動作する必要はないし、むしろ動作してほしくない。

この様な状況下でのリリーフ弁の開弁動作は、高圧燃料供給ポンプとしての吐出量の低下、エネルギ効率の低下を招いてしまうと言う問題があった。

本発明はこの点に鑑み、吐出弁が開いて高圧燃料ポンプが燃料を加圧している過渡状態において、瞬間的に吐出燃料の圧力が上昇してもリリーフ弁が開かないようにすることを目的とする。

上記目的は、燃料リリーフ通路内のリリーフ弁よりも上流側（つまり、吐出弁側）の燃料吐出通路内に、当該通路内で発生する瞬間的な圧力上昇がリリーフ弁へ伝播するのを防止する機構を設けることで、達成される。

具体的には、高圧燃料ポンプが開弁動作している間に発生する吐出通路側の短期間の圧力上昇に基づくリリーフ弁への作用エネルギを減衰させるエネルギ減衰機構をリリーフ通路に設けることで達成される。

好適には、エネルギ減衰機構はリリーフ弁の近傍の高圧燃料通路を絞るか若しくは遮断する開弁動作中の吐出弁によって構成することができる。

このように構成した本発明によれば、燃料噴射弁の故障等により異常高圧が発生した場合、異常な高圧に加圧された燃料はリリーフ弁を通して開放され、配管や、他の機器が異常高圧によって損傷を受けることがないという効果を維持しながら、圧縮率の高い、つまりエネルギ効率のよい高圧燃料供給ポンプを提供できる。

なお、リリーフ弁を通して開放された燃料は低圧通路に放出されるだけでなく、加圧室に放出することもできる。

本発明が実施される高圧燃料供給ポンプの全体縦断面図である。 本発明が実施される高圧燃料供給ポンプの全体横断面図である。 本発明が実施される高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの一例である。 本発明が実施される高圧燃料供給ポンプ内の各部およびコモンレール内での圧力波形である。 本発明の参考例としてのオリフィスプレートの一例である。 本発明の参考例としてのオリフィスプレートの別の例である。 本発明が実施される高圧燃料供給ポンプによる高圧吐出流量とコモンレール内圧力の関係を示した図である。 本発明が実施される高圧燃料供給ポンプの、リリーフ弁機構の組立て図である。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの縦断面図であり、図１とは垂直方向を示す。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの横断面図である。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの一例である。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの、吐出弁機構の動作を模式的に表した図であり、高圧燃料供給ポンプが吐出工程にあるときを示す。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの、吐出弁機構の動作原理を模式的に表した図であり、高圧燃料供給ポンプが吐出工程にあるときを示す。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの、吐出弁機構の動作原理を模式的に表した図であり、高圧燃料供給ポンプが吸入および戻し工程にあるときを示す。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの、吐出弁機構の構造を示した図であり、高圧燃料供給ポンプが吐出工程にあるときを示す。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの、吐出弁機構の構造を示した図であり、高圧燃料供給ポンプが吸入および戻し工程にあるときを示す。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの、吐出弁機構の構造を垂直断面図および水平断面図によって示した図であり、高圧燃料供給ポンプが吐出工程にあるときを示す。 本発明が実施された高圧燃料供給ポンプの、吐出弁機構の構造を垂直断面図および水平断面図によって示した図であり、高圧燃料供給ポンプが吸入および戻し工程にあるときを示す。

以下、図を参照して本発明の実施例を具体的に説明する。

図１乃至図３に基づき本発明の基本構成について具体的に説明する。まず図３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。

破線で囲まれた部分が高圧ポンプのポンプハウジング１を示し、この破線の中に示されている機構，部品は高圧ポンプのポンプハウジング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を通してポンプハウジング１の吸入ジョイント１０ａに送られる。その際ポンプハウジング１への吸入燃料はプレッシャ−レギュレータ２２にて一定の圧力に調圧される。

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１０ｃ，１０ｄを介して容量可変機構を構成する電磁吸入弁機構３０の吸入ポート３０ａに至る。圧力脈動低減機構９については後で詳しく説明する。

電磁吸入弁機構３０は電磁コイル３０ｂを備え、この電磁コイル３０ｂが通電されている状態では電磁プランジャ３０ｃが図１の右方に移動した状態で、ばね３３が圧縮された状態が維持される。

このとき電磁プランジャ３０ｃの先端に取付けられた吸入弁体３１が高圧ポンプの加圧室１１につながる吸入口３２を開く。

電磁コイル３０ｂが通電されていない状態で、かつ吸入通路１０ｄ（吸入ポート３０ａ）と加圧室１１との間の流体差圧が無い時は、このばね３３の付勢力により、吸入弁体３１は閉弁方向に付勢され吸入口３２は閉じられた状態となっている。

具体的には以下のように動作する。

後述するカムの回転により、プランジャ２が図１の下方に変位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（吸入ポート３０ａ）の圧力よりも低くなると、吸入弁体３１には燃料の流体差圧による開弁力（吸入弁体３１を図１の右方に変位させる力）が発生する。

この流体差圧による開弁力により、吸入弁体３１は、ばね３３の付勢力に打ち勝って開弁し、吸入口３２を開くように設定されている。

この状態にて、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの制御信号が電磁吸入弁機構３０に印加されると電磁吸入弁機構３０の電磁コイル３０ｂには電流が流れ、磁気付勢力により電磁プランジャ３０ｃが図１の右方に移動し、ばね３３が圧縮された状態が維持される。その結果、吸入弁体３１が吸入口３２を開いた状態が維持される。

電磁吸入弁機構３０に入力電圧の印加状態を維持したまま、プランジャ２が吸入工程を終了し、圧縮工程へと移行した場合、プランジャ２が圧縮工程（図１の上方へ移動する状態）に移ると、電磁コイル３０ｂへの通電状態を維持したままなので磁気付勢力は維持されたままであり、依然として吸入弁体３１は開弁したままである。

加圧室１１の容積は、プランジャ２の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弁体３１を通して吸入通路１０ｄ（吸入ポート３０ａ）へと戻されるので、加圧室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。

この状態で、ＥＣＵ２７からの制御信号を解除して、電磁コイル３０ｂへの通電を断つと、電磁プランジャ３０ｃに働いている磁気付勢力は一定の時間後（磁気的，機械的遅れ時間後）に消去される。吸入弁体３１にはばね３３による付勢力が働いているので、電磁プランジャ３０ｃに作用する電磁力が消滅すると吸入弁体３１はばね３３による付勢力で吸入口３２を閉じる。吸入口３２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に残っている燃料が加圧され、加圧室１１の燃料圧力が吐出口１２の部分の圧力以上になると、吐出弁機構８、吐出口１２を介して高圧配管２９に吐出され、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、電磁吸入弁機構３０の電磁コイル３０ｂへの通電を解除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３０ｂへの通電を解除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（吸入ポート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、入力電圧を解除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３０ｂへの通電を解除するタイミングは、ＥＣＵ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３０ｂへの通電を解除するタイミングを制御することで、高圧に加圧されて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。

かくして、燃料吸入口１０ａに導かれた燃料はポンプハウジング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、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、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、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、燃料をシリンダ内に噴射する。

コモンレール２３の入口にはオリフィス２５が設けられており、これによりコモンレール２３内への圧力オーバーシュートの伝播が遮断され、インジェクタ２４に安定した圧力の燃料を供給できる。

ポンプハウジング１にはさらに、吐出弁８ｂの下流側と吸入通路１０ｃとを連通するリリーフ通路２１０，２１５が設けられている。

リリーフ通路２１０，２１５には燃料の流れを吐出通路から吸入通路１０ｃへの一方向のみに制限するリリーフ弁２０２が設けられている。具体的構成は図２に基づき説明する。

リリーフ弁機構２００はリリーフ弁シート２０１，リリーフ弁２０２，リリーフ押さえ２０３，リリーフばね２０４，リリーフばねアジャスタ２０５からなる。

ポンプハウジング１にリリーフ弁シート２０１を圧入固定し、オリフィスプレート２１４をポンプハウジング１とリリーフ弁シート２０１の間にはさみ込む形で固定する。リリーフ弁２０２はリリーフ押さえ２０３を介して、リリーフばね２０４の押付け力によってリリーフ弁シート２０１に圧着されている。リリーフ弁２０２の開弁圧力は、リリーフばね２０４にて発生する押付け力によって決定されるが、この押付け力は、リリーフばねアジャスタ２０５の外周に螺刻されたねじを、ポンプハウジング１に螺刻されたねじに組み込み、リリーフばね２０４の圧縮量を調整することによって決定する。燃料はＯリング２１３により外部への燃料をシールしている。

以下リリーフ弁の動作について説明する。リリーフ弁２０２は、押付け力を発生するリリーフばね２０４によりリリーフ弁シート２０１に押し付けられており、吸入室内とリリーフ通路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２０２がリリーフ弁シート２０１から離れ、開弁するように設定している。オリフィスプレート２１４はリリーフ通路２１０の途中に設けられ、リリーフ通路２１０内の圧力の急変によってリリーフ弁２０２が過敏に開かないようにしている。

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、リリーフ通路２１０と吸入通路１０ｃの差圧がリリーフ弁２０２の開弁圧力以上になると、リリーフ弁２０２が開弁し、異常高圧となった燃料はリリーフ通路２１０から吸入通路１０ｃ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。

第一実施例では、吐出弁機構８，電磁吸入弁機構３０が加圧室１１を挟んで同軸にシリーズに配置されており、リリーフ弁機構２００は吐出弁機構８，電磁吸入弁機構３０の取付け軸線に対して並行にポンプハウジングに形成されたリリーフ弁取付け穴に組みつけられている。

以下に高圧燃料ポンプの構成，動作を図１，図２を用いてさらに詳しく説明する。

ポンプハウジング１には中心に加圧室１１としての凹部１Ａが形成されており、この加圧室１１の内周壁から吐出口１２の間に吐出弁機構８装着用の凹所１１Ａが形成されている。さらに加圧室１１に燃料を供給するための電磁吸入弁機構３０を取付けるための孔３０Ａが吐出弁機構装着用の凹所１１Ａと同一軸線上で、ポンプハウジングの外側壁に設けられている。

加圧室１１としての凹部１Ａの中心軸線に対して、吐出弁機構８装着用の凹所１１Ａと電磁吸入弁機構３０を取付けるための孔の軸線は直角に交わるように形成されている。

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が設けられている。

また、プランジャ２の進退運動をガイドするシリンダ６が加圧室１１に臨むようにして取り付けられている。

第一の実施例では吐出弁機構８装着用の凹所１１Ａと電磁吸入弁機構３０を取付けるための孔３０Ａの軸線とが同一軸線になるように形成したが、これによれば、電磁吸入弁機構３０を取付けるための孔３０Ａから吐出弁機構８の装着用の凹所１１Ａにまっすぐ組み付けることができる。あるいは、吐出弁機構８を圧入する際の力を電磁吸入弁機構３０を取付けるための孔３０Ａから加えることができる。この場合、孔３０Ａの直径は最小径部において、吐出弁機構８の最大外径より大きく構成される必要がある。

しかし、これらの孔や凹所の軸線を周方向にあるいは上下方向にずらすこともできる。

この場合、吐出弁機構８はシリンダ６取付け用の開口１Ｂ側から組み付けることになる。

シリンダ６は外周がシリンダホルダ７で保持され、シリンダホルダ７の外周に刻設された雄ねじを、ポンプハウジング１に螺刻された雌ねじにねじ込むことによってポンプハウジング１に固定される。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する。

実施例では吐出弁機構８を凹所１１Ａに装着した後、シリンダ６を取付け用の開口１Ｂに装着する。

これによって、凹所１１Ａに装着された吐出弁機構８の内側端部に対面する位置までシリンダ６の先端部を挿入でき、これによって、加圧室１１の燃料収容容積を小さくできるので、燃料の圧縮効率が向上することができる。

また、実施例ではシリンダ６の外周に形成されたフランジ状の環状面部とポンプハウジング１の開口１Ｂの端面との突合せ面Ｓ１で金属シール部を構成し、加圧室１１を大気から隔離している。一般に、高圧燃料供給ポンプにおいては加圧室１１内の圧力変動によって発生するキャビテーションによって突合せ面Ｓ１が侵食される虞があるが、このようにシリンダ６を加圧室内に突出させることで、シールのための突合せ面Ｓ１をキャビテーションの発生箇所から遠ざけることができ、浸食の可能性を低減できる。

実施例では、吐出弁機構８を装着後、筒状部材１１Ｄを凹所１Ａの底（図１では上端部）の内周に圧入して固定することで吐出弁機構８の抜け止めを構成している。

この筒状部材１１Ｄは加圧室１１の容積を小さくして燃料の圧縮効率を高める機能も持っている。なお、筒状部材１１Ｄを装着しない場合はシリンダ６を吐出弁機構８の抜け止めに用いることができる。

この筒状部材１１Ｄを設けた場合は、シリンダ６を抜け止めとして用いる必要がないので、シリンダ６の長さを短くして、吐出弁機構８の位置まで届かないように構成することもできる。

また、吐出弁機構８を凹所１１Ａに圧入後、たとえば加圧室側１１周縁をポンプハウジングの内壁に加締め付けるなどして、吐出弁機構８自体に抜け止めを設けることもできる。この場合においては、筒状部材１１Ｄは必要ない。また、シリンダ６の長さを短くして、吐出弁機構８の位置まで届かないように構成すれば、シリンダ６を先に固定し、その後吐出弁機構８を凹所１１Ａに装着することも可能である。

プランジャ２の下端には、エンジンのカムシャフトに取付けられたカム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、シリンダホルダ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おり、燃料が外部に漏れることを防止する。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）がポンプハウジング１の内部に流入するのを防止する。

ダンパカバー１４には、ポンプ内で発生した圧力脈動の燃料配管２８への波及を低減させる圧力脈動低減機構９が固定されている。

ダンパカバー１４は、ポンプハウジング１に固定されており、低圧通路としての吸入通路は１０ａ，１０ｂ，１０ｃからなる。プランジャ２の往復運動に伴ってポンプ内で発生する圧力脈動の燃料配管２８への波及を低減させる圧力脈動低減機構９は２組の金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂからなる。金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂはそれぞれ２枚の金属ダイアフラムがその外周部で溶接接合され、内部には不活性ガスが注入されている。ポンプハウジング１には吸入通路の一部を構成するダンパハウジング１０Ｂが設けられており、このダンパハウジング１０Ｂ内に２組の金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂが収納されている。２組の金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂは互いに特定の間隔を保つように周縁部に支持部材１０Ａ１，１０Ａ２が配置されている。ダンパハウジング１０Ｂの内周に設けたねじ溝１０Ｃにダンパカバー１４の外周に刻設したねじを螺合し、シール部材１０Ｄを押圧してシールすることで、ダンパ室が密閉される。これにより、吸入通路１０内にダンパ室が画成され、圧力脈動低減機構９が形成される。ダンパカバー１４と金属ダイアフラム組体９Ａとの間、金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂとの間にも通路１０Ｅによって吸入燃料が導かれ、４枚のダイアフラムには基本的に同じ圧力が作用する。

なお、この実施例では、ダンパカバー１４をねじ止めによってポンプハウジングに固定したが、例えばＰ位置で全周を溶接することで固定することもできる。この場合は、溶接によってシールもできるので、第一実施例のシール部材１０Ｄは廃止できる。

また、この場合、金属ダイアフラム組体を固定する力がなくなるので、金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂの固定はダンパカバー１４の固定とは別に設けることが好ましい。

また、ねじ止めした後溶接することもできる。この場合、シール部材が廃止できると共に、本実施例と同じようにねじ止めの締め付けトルクで金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂを固定することが可能となる。

吐出口（吐出側配管接続部）１２はポンプハウジング１に形成されており、吸入口１０ａから吐出口１２に至る燃料通路の途中に、燃料を加圧する加圧室１１が形成されている。加圧室１１の入り口には電磁吸入弁機構３０が設けられている。吸入弁体３１は電磁吸入弁機構３０内に設けられた吸入弁ばね３３によって吸入口を閉じる方向に付勢力がかけられている。これにより電磁吸入弁機構３０は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。
具体的構成及び動作については上述したとおりである。

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はシート部材（シート部材）８ａ，吐出弁８ｂ，吐出弁ばね８ｃ，吐出弁ストッパとしての保持部材８ｄからなる。加圧室１１と吐出口１２との間に燃料の差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力でシート部材８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１内の燃料圧力が、吐出口１２の燃料圧力よりも所定の値だけ大きくなった時に始めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに抗して開弁し、加圧室１１内の燃料は吐出口１２を経てコモンレール２３へと吐出される。

吐出弁８ｂは開弁した際、保持部材８ｄと接触し、動作を制限される。したがって、吐出弁８ｂのストロークは保持部材８ｄによって適切に決定せられる。もし、ストロークが大きすぎると、吐出弁８ｂの閉じ遅れにより、燃料吐出口１２へ吐出された燃料が、再び加圧室１１内に逆流してしまうので、高圧ポンプとしての効率が低下してしまう。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、保持部材８ｄにてガイドしている。以上のように構成することで、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。

戻し工程中に、吸入通路１０ｄへ戻された燃料により吸入通路１０には圧力脈動が発生する。この圧力脈動は金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂが膨張，収縮することで吸収低減される。戻し工程中、燃料は吸入通路１０ａから吸入配管２８を通して僅かに逆流するのみであり、大部分は金属ダイアフラム組体９Ａ，９Ｂの容積変化によって吸収される。

図２に戻って、本発明の参考例を説明する。リリーフ通路２１５は、吸入通路１０ｃに接続されている。これにより、リリーフ弁２０２の出口は圧力脈動低減機構９と前記吸入弁３２の間に接続される。

オリフィスプレート２１４には図５，図６に示すように１個、または２個以上のオリフィスが設けられている。

次に、高圧燃料供給ポンプによって、正常に燃料がコモンレール２３へと高圧圧送されている場合について基本動作を説明する。

プランジャ２が上昇中すなわち圧縮工程中の、戻し工程から加圧工程に移行する瞬間から、直後にかけて加圧室１１内では圧力オーバーシュートが発生する。加圧室１１で発生した圧力オーバーシュートは吐出口１２からリリーフ通路２１０，オリフィスプレート２１４へと伝播していく。オリフィスプレート２１４まで伝播してきた圧力オーバーシュートは、オリフィス２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃによってリリーフ通路２１１への伝播を妨げられ、リリーフ通路２１１における圧力オーバーシュートはリリーフ弁２０１の開弁圧力以上にはならない。したがって、リリーフ弁の入口と出口との圧力差がリリーフ弁の開弁圧力以上にはならず、リリーフ弁が誤動作することはなく、高圧吐出される燃料の量の低下もない。

以上のポンプ構成において、吐出弁ストッパとしての保持部材８ｄは吐出弁８ｂ，吐出弁ばね８ｃを入れた状態でシート部材８ａに軽い圧入で嵌合されており、吐出弁機構８として、加圧室１１側からポンプハウジング１に圧入によって組み付けられる。

これによって、組立性の向上をはかることができる。また、吐出弁機構８と吐出配管接続部１２の間にリリーフバルブに至る燃料通路を接続することにより、容易にリリーフバルブをポンプに内蔵することができる。

ポンプハウジング１には吐出弁機構８のストッパ部を設け、加圧室１１側にはシート部材８ａの抜け止め部を設けたシリンダ６を設け、シート部材８ａとシリンダ６にはシート部材８ａとポンプハウジング１の圧入嵌合長より小さい隙間が設けてある。

これによって、シート部材とポンプハウジングの圧入嵌合力（圧入締代）を小さくしてもシート部材が抜け出すことがないので、圧入嵌合力（圧入締代）を大きくする必要がなく、圧入時のシート部の変形による弁シート性の悪化を防止することができる。従って、圧入嵌合力（圧入締代）の公差幅の管理をラフにでき、安価な加工ができる。

また、シート部材８ａとシリンダ６の間に隙間があるため、組立時の各部の寸法公差による位置ずれを隙間で吸収でき、また、ポンプ動作時にシート部材８ａが隙間分移動しても圧入嵌合部を確保できるため、圧入部のシール性を維持できる。

本実施例では、吐出側配管ジョイントがねじ込まれる吐出口１２の内径は吐出弁機構８の外径の最も大きいシート部材８ａの外径と同じかそれより小さくすることもできる。その結果、吐出口とジョイントとの間のシール部の面積が、小さくでき、シール部の受圧面積を小さくすることができるという効果が得られる。

シリンダ６は外周がシリンダホルダ７で保持されている。シリンダホルダ７はフランジホルダ４０の内周に螺刻されたねじを、ポンプハウジング１に螺刻されたねじにねじ込むことによって推力を得、シリンダ６をポンプハウジング１に固定している。シリンダ６は加圧部材であるプランジャ２を上下に摺動可能に保持する。

また、高圧燃料供給ポンプのエンジンへの固定は、フランジホルダ４０およびフランジ４１により行われる。フランジホルダ４０は、フランジ４１を介して止めねじ４２によりエンジンへ圧着固定される。フランジホルダ４０は内周に螺刻されたねじにより、ポンプハウジング１に固定されているので、ポンプハウジングはこれによりエンジンへ固定される。

リリーフ通路２１５は、吸入通路１０ｃを介して圧力脈動低減機構９が設けられた吸入通路１０ｂに接続されている。これにより、リリーフ弁２０２の出口は圧力脈動低減機構９と前記吸入弁３２の間に接続される。

参考例のオリフィスプレート２１４には１個、または２個以上のオリフィスが設けられている。
図５，図６に参考例のオリフィスプレート２１４の例を示す。図５に示すのは一つのオリフィス２１４ａを設けた例である。図６は４個のオリフィス２１４ｂ、さらには多数のオリフィス２１４ｃを設ける例である。この場合、複数個のオリフィスは燃料の粘性が影響するほどに小さな径とする。以下、この参考例としてのオリフィスの機能について説明する。

まず、高圧燃料供給ポンプによって、正常に燃料がコモンレール２３へと高圧圧送されている場合について説明する。

高圧燃料供給ポンプが吐出工程中は、加圧室１１内では圧力オーバーシュートが発生する。加圧室１１で発生した圧力オーバーシュートは吐出口１２からリリーフ通路２１０，オリフィスプレート２１４へと伝播していく。オリフィスプレート２１４まで伝播してきた圧力オーバーシュートは、オリフィス２１４ａ（２１４ｂ，２１４ｃ）によってリリーフ通路２１１への伝播を遮断され、リリーフ通路２１１における圧力オーバーシュートを小さくすることができる。これにより、リリーフ弁の誤動作をなくし、高圧吐出される燃料の低下量も低減できる。すなわち、高圧燃料供給ポンプとしての効率を高水準に維持できる。

なお、加圧室１１で発生した圧力オーバーシュートは吐出口１２を経て高圧配管２９からコモンレール２３へも伝播していく。コモンレール２３の入口にはオリフィス２５が設けられており、これによりコモンレール２３内への圧力オーバーシュートの伝播が遮断され、インジェクタ２４に安定した圧力の燃料を供給できる。

次に、インジェクタ２４の故障等によりコモンレール２３等の高圧部に異常高圧が発生した場合について説明する。

図７は、高圧燃料供給ポンプから高圧吐出される燃料の量と、コモンレール２３内の圧力の関係を示したものである。一般的に、リリーフ弁２０２の開弁圧力が同じでも、高圧吐出される燃料が多いほどコモンレール２３内の燃料圧力は必ず高くなる。

一方、図２のように参考例のオリフィスプレート２１４等により、リリーフ弁２０２の入口にオリフィスを設けると、前述のように通路２１０で発生する圧力オーバーシュートによるリリーフ弁２０２の誤動作を低減することができる。しかし、圧力オーバーシュートのリリーフ弁２０２への伝播を遮断するには、オリフィス２１４ａを非常に小さくしなくてはならない。異常高圧が発生した場合は、高圧燃料はこのオリフィス２１４ａを通過してリリーフ通路２１５から、吸入通路１０ｂへと戻されるが、オリフィス２１４で圧力損失が発生するので、結果としてコモンレール２３等での燃料圧力がリリーフ弁２０２の開弁圧力よりも非常に大きくなってしまう。これでは高圧配管部の耐圧性やコストが問題になってしまう。

一方、図６のように燃料の粘性が影響する程に小さなオリフィス２１４ｂ，２１４ｃを複数個設ければ、圧力オーバーシュートのリリーフ弁２０２への伝播を遮断することができ、かつ異常高圧発生時も、コモンレール２３等の圧力の上昇を押さえることができる。
なぜならば、一つ一つのオリフィス２１４ｂ，２１４ｃの通路面積は小さいが、これらの合計通路面積は十分大きくすることができ、オリフィス２１４部での圧力損失は発生しないからである。これにより、高圧配管部の耐圧性やコストが問題を回避できる。

また、異常高圧となった燃料が、吸入通路１０ｂへと開放される際、燃料は急激に圧力が低下するので、これにより吸入通路１０ｂ内では非常に大きな圧力脈動が発生する。しかし、吸入通路１０ｂには圧力脈動低減機構９が設けられており、これによりこの圧力脈動を十分に低減できるので、低圧配管２８への圧力脈動伝播を防止することができ、配管の破損が防止される。

また、オリフィスプレート２１４の代りにメッシュ構造をもった焼結金属等を設けても同じ効果が得られる。

なお、この実施例ではリリーフ通路の出口を吸入（低圧）通路に接続したものを説明したが、リリーフ弁を加圧室に近い位置、好適には加圧室内に設けることができて、圧縮効率が低下しさえしなければリリーフ通路の出口を加圧室に接続し、異常高圧時に燃料を加圧室に戻すこともできる。

次に、図１及び図８ないし図１８に基づき第一の実施例を説明する。

まず、図８ないし図１０を用いてリリーフ弁機構Ｂ２００の具体的構造について説明する。

リリーフ弁機構Ｂ２００は、リリーフ弁シートＢ２０１と一体であるリリーフ弁ハウジングＢ２０６，リリーフ弁Ｂ２０２，リリーフ押さえＢ２０３，リリーフばねＢ２０４，リリーフばねアジャスタＢ２０５からなる。リリーフ弁機構Ｂ２００は、サブアセンブリとしてポンプハウジング１の外部で組立て、その後にポンプハウジング１に圧入によって固定する。

まず、リリーフ弁ハウジングＢ２０６に、リリーフ弁Ｂ２０２，リリーフ押さえＢ２０３，リリーフばねＢ２０４の順に順次挿入し、リリーフばねアジャスタＢ２０５をリリーフ弁ハウジングＢ２０６に圧入固定する。このリリーフばねアジャスタＢ２０５の固定位置によって、リリーフばねＢ２０４のセット荷重を決定する。リリーフ弁Ｂ２０２の開弁圧力は、このリリーフばねＢ２０４のセット荷重によって決定せられる。こうしてできたリリーフ弁機構Ｂ２００を、ポンプハウジング１に圧入固定する。第二実施例では、リリーフ通路２１１はシリンダ６に対して並行にポンプハウジング１に一体形成されている。

次いで、図１１，図１２，図１３を用いて吐出弁機構８の機能について説明する。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８ａ，吐出弁８ｂ，吐出弁ばね８ｃ，吐出弁ホルダ８ｄからなり、吐出弁８ｂは吐出弁ホルダ８ｄによって摺動可能に保持され、吐出弁８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、ストローク方向にのみ運動するよう吐出弁ホルダ８ｄにてガイドしている。また、吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ホルダ８ｄの接触部８ｄ３にて接触し、動作を制限させられる。こうすることで、吐出弁８ｂの閉じ遅れにより、吐出口１２へ高圧吐出された燃料が、再び加圧室１１内に逆流してしまい、高圧ポンプとしての効率低下してしまうことはない。

吐出弁ホルダ８ｄには吐出口８ｄ１、およびリリーフ口８ｄ２，戻し口８ｄ４が開けられている。リリーフ口８ｄ２はリリーフ通路２１１と連通されている。高圧燃料供給ポンプが吐出工程にあるときは、図１２のように吐出弁８ｂが開弁状態にある。吐出弁８ｂは吐出弁ホルダ８ｄと、接触部８ｄ３にて接触し、この部分で燃料をシールしているので、吐出口１２とリリーフ通路２１１は遮断され、非連通となる。

一方、高圧燃料供給ポンプが吸入および戻し工程にあるときは、図１３のように吐出弁８ｂが閉弁状態にある。吐出弁８ｂは吐出弁シート８ａ上のシート部８ａ３にて吐出通路１２と加圧室１１を遮断する。これにより、加圧室内１１内の圧力がプランジャ２の運動により低圧になっても、吐出通路１２内の高圧燃料が加圧室１１へと逆流することはない。また、接触部８ｄ３では、吐出弁８ｂと吐出弁ホルダ８ｄの間に吐出弁８ｂのストローク分だけの隙間が生じ、この隙間を通して吐出口１２とリリーフ通路２１１が連通されるようになっている。すなわち、吐出工程時は吐出口１２とリリーフ通路２１１は非連通となり、吸入工程および戻し工程時は、吐出口１２とリリーフ通路２１１は連通となる。

つぎに、高圧燃料供給ポンプによって、正常に燃料がコモンレール２３へと高圧圧送されている場合について説明する。

吐出工程の間には、加圧室１１で高圧に加圧された燃料は、図１２のように吐出口１２を介して、高圧配管２９によりコモンレール２３へと供給される。

このとき、加圧室１１内では圧力オーバーシュートが発生する。加圧室１１で発生した圧力オーバーシュートは吐出口１２へと伝わっていくが、この時に吐出弁８ｂは開弁状態である。すなわち上記の如く、吐出口１２とリリーフ通路２１１は非連通となっているので、この圧力オーバーシュートはリリーフ通路２１１には伝播しない。

したがって、加圧室１１で圧力オーバーシュートが発生しても、リリーフ弁Ｂ２０２は誤動作しない。このことは、高圧燃料供給ポンプからコモンレール２３へと吐出される流量が低下しないことを意味する。

一方、吸入工程、および戻し工程時は、吐出口１２とリリーフ通路２１１は連通となるが圧力オーバーシュートは存在しないので、リリーフ弁Ｂ２０２は誤動作しない。すなわち、高圧燃料供給ポンプからコモンレール２３へと吐出される流量が低下しない。

さらに、インジェクタ２４の故障等によりコモンレール２３等の高圧部に異常高圧が発生した場合について説明する。

吐出工程時は、上述の如く吐出通路１２とリリーフ通路２１１は非連通であるので、異常高圧となった燃料は、リリーフ弁Ｂ２０２に到達することができない。

吸入工程及び戻し工程時は、上述の如く吐出口１２とリリーフ通路２１１は連通となる。

したがって、異常高圧になった燃料は吐出口１２からリリーフ通路２１１を通して、リリーフ弁Ｂ２０２へと達する。そして、リリーフ弁Ｂ２０２を通過した燃料は、リリーフばねアジャスタＢ２０５にあけられた逃がし通路Ｂ２０５ａを通って低圧部である吸入通路１０ｂへ開放される。これにより、コモンレール２３等の高圧部の保護がなされる。

また、異常高圧となった燃料が、吸入通路１０ｂへと開放される際、燃料は急激に圧力が低下するので、これにより吸入通路１０ｂ内では非常に大きな圧力脈動が発生する。しかし、吸入通路１０ｂの更に上流には圧力脈動低減機構９が設けられており、これによりこの圧力脈動は十分に低減できるので、低圧配管２８への圧力脈動伝播を防止することができ、配管の破損を防止することができる。

次に、図１４，図１５，図１６，図１７，図１８を用いて、上述のような機能を持った吐出弁機構８の構造について説明する。

吐出弁機構８は、ポンプハウジング１に組み込まれる前に、ポンプハウジング１の外でサブアセンブリとして組立てる。吐出弁ホルダ８ｄに、吐出弁ばね８ｃ，吐出弁８ｂ，吐出弁シート８ａの順に順時挿入し、吐出弁シート８ａを吐出弁ホルダ８ｄに圧入部８ａ１にて圧入固定する。

こうしてできた吐出弁機構８をポンプハウジングに圧入固定する。圧入箇所は、吐出弁シート８ａの側面部である圧入部８ａ２と、吐出弁ホルダ８ｄの側面である圧入部８ｄ５である。吐出弁ホルダ８ｄの側面は、円筒形状上に平行な２面の平面８ｄ６をカットした形状とする。すなわち、吐出弁ホルダ８ｄの側面は円筒形の圧入部８ｄ５、および平面部８ｄ６からなる。

２つの吐出口８ｄ１はこの２つの平面部８ｄ６に接続するよう加工する。２つのリリーフ口８ｄ２は円筒形状の圧入部８ｄ５に接続するよう加工する。そうして、吐出弁機構８をポンプハウジング１に圧入する際には、吐出弁ホルダ８ｄに加工されたリリーフ口８ｄ２と、ポンプハウジング１に加工されたリリーフ通路２１１とが重なるように圧入固定する。なお、ポンプハウジングの圧入部は円筒形状に加工されている。

吐出工程時は、図１５および図１７のように、加圧室１１で加圧された燃料は吐出口８ｄ１から、吐出弁ホルダ８ｄの側面に加工された平面部８ｄ６とポンプハウジング１の隙間を通って吐出通路１２へと吐出されていく。この時、リリーフ通路２１１と吐出通路１２は、吐出弁ホルダ８ｄ上の接触部８ｄ３によって遮断され非連通となっている。したがって、加圧室１１内で発生した圧力オーバーシュートは、リリーフ弁Ｂ２０２へと伝播しない。

また、インジェクタ２４の故障等によりコモンレール２３等の高圧部に異常高圧が発生した場合は、図１６および図１８のように、接触部８ｄ３では、吐出弁８ｂと吐出弁ホルダ８ｄの間に吐出弁８ｂのストローク分だけの隙間が生じ、この隙間を通して吐出口１２とリリーフ通路２１１が吐出弁ホルダ８ｄに設けられた連通口８ｄ４およびリリーフ口８ｄ２を介して連通されるようになっている。

したがって、異常高圧となった燃料はリリーフ弁Ｂ２０２へと達することができ、リリーフばねアジャスタＢ２０５にあけられた逃がし通路Ｂ２０５ａを通って低圧部である吸入通路１０ｂへ開放される。

また、ポンプハウジング１の外で組立てられた吐出弁機構８は、吐出弁ホルダ８ｄの圧入部８ｄ５および吐出弁シート８ａ２でポンプハウジング１との間で圧入固定される。特に８ｄ５とポンプハウジング１との圧入部は、これにより吐出通路１２とリリーフ通路２１１の間を遮断する構造となっている。

この圧入部８ｄ５とポンプハウジング１の間を、燃料の粘性が影響するほどに微小なクリアランスとしても良い。これにより、上記効果と同じ効果を得ながら、吐出弁機構８のポンプハウジング８への圧入荷重を低減することができ、高圧燃料供給ポンプの組立て性が向上する。

本発明は、筒内噴射型の内燃機関に用いられる高圧燃料供給ポンプに適用される。実施例では、加圧室が１つだけのいわゆる単筒型高圧燃料供給ポンプについて説明したが、複数の加圧室を有するいわゆる多気筒型のポンプにも用いることができる。

１…ポンプハウジング、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、１１…加圧室、３０…電磁吸入弁機構、２００，Ｂ２００…リリーフ弁機構、２１４…オリフィスプレート、２１０，２１１，２１５…吸入通路。

Claims (5)

1. 加圧室へ燃料を吸入する低圧吸入通路と、
   前記加圧室から前記燃料を吐出する吐出通路とを有し、
   前記吸入通路に吸入弁、前記吐出通路に吐出弁をそれぞれ備え、
   前記吐出通路の前記吐出弁より下流側と前記吸入通路の前記吸入弁より上流側とを接続し、若しくは前記吐出弁より下流側と前記加圧室とを接続すると共に、前記吐出通路側を上流、前記吸入通路側を下流、若しくは前記吐出通路側を上流、前記加圧室側を下流、とするリリーフ通路を有し、
   前記リリーフ通路内に、燃料の流れを上流側から下流側への一方向のみに制限するリリーフ弁を備え、
   前記リリーフ弁は入口と出口との間の圧力差が規定の開弁圧力以上になると開弁するよう構成された高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記高圧燃料供給ポンプが高圧燃料の吐出工程期間中に前記リリーフ通路と前記吐出通路とを非連通とし、それ以外の工程においては前記リリーフ通路と前記吐出通路とを連通する通路開閉機構を含んで構成される
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記通路開閉機構として、前記吐出弁を用い、当該吐出弁の開弁動作時に前記吐出通路と前記リリーフ通路との接続部を前記吐出弁により絞るかまたは遮断することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記リリーフ通路と前記吐出通路との接続開口部が前記吐出弁の往復運動をガイドする筒状保持部材の側面に形成されており、前記吐出弁の開弁時に当該吐出弁によって前記接続開口部が絞られるか若しくは遮断されるように構成したことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項３に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記筒状保持部材の側面には前記吐出弁が開弁動作中に前記加圧室の燃料を前記吐出通路に導くための導通路が設けられていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項３に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記筒状保持部材は前記加圧室の吐出開口部に固定され、当該筒状保持部材の加圧室側端には前記吐出弁のためのシート部材が固定され、前記筒状保持部材の内部に保持されるばねによって前記吐出弁が当該シート部に押し付けられていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

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