JP2010071266A - 高圧燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧燃料ポンプから戻される燃料により低圧燃料通路に生じる燃圧脈動を抑制する燃料ダンパの耐久性を維持しつつ低圧燃料通路に生じる燃圧脈動を抑制させる高圧燃料供給装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の燃料系には、燃料噴射系と同燃料噴射系に高圧燃料を供給する燃料供給装置とが設けられ、同燃料供給装置では低圧燃料通路１６を介して高圧燃料供給装置１９に供給（順流）された燃料１０が加圧される。高圧燃料供給装置１９には、燃料１０を加圧する高圧燃料ポンプ２０と、高圧燃料ポンプ２０側から低圧燃料通路１６への燃料１０の戻り（逆流）を規制する逆止弁２５と、逆止弁２５と高圧燃料ポンプ２０との間において燃料１０の圧力である燃料圧力Ｐ１の脈動を抑制するパルセーションダンパ２６とが設けられている。すなわち逆流される燃料１０は逆止弁２５にて最小設定値の量だけが低圧燃料通路１６へ戻されるように規制される。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の高圧燃料供給装置に関し、特に高圧燃料ポンプにより加圧した燃料を燃料噴射系に圧送する高圧燃料供給装置に関する。

筒内噴射式の内燃機関に適用される高圧燃料供給装置においては、筒内へ噴射される燃料が高圧燃料ポンプにより加圧されて燃料噴射系に圧送される。このような高圧燃料供給装置には、図８に示されるように、クランク軸８７の回転に連動するプランジャ８３がシリンダ８１に形成された加圧室８４へ進入及び後退することにより加圧室８４の容積を変化させる、いわゆるプランジャ式の高圧燃料ポンプが採用されている。すなわちプランジャ式の高圧燃料ポンプは、前述のような加圧室８４の容積の変化により加圧室８４への燃料の導入と加圧室８４からの燃料の圧送とを順に繰り返すようになっている。

こうしたプランジャ式の高圧燃料ポンプには、上記加圧室８４と燃料タンクとの間における燃料１０の流通を許可及び禁止することにより加圧室８４における燃料の圧力を調整する燃料圧力制御弁としてのスピル弁９１が設けられている。そして上記プランジャ８３が加圧室８４から後退する工程である吸入工程では、上記スピル弁９１が開弁することにより、フードポンプ７１によってフィード圧に加圧された燃料１０が低圧燃料通路７２から加圧室８４へ吸入される。また、プランジャ８３が加圧室８４へ進入する工程である加圧工程では、上記スピル弁９１が閉弁することにより、加圧室８４内の燃料が加圧されて加圧室８４から吐出通路９２を通じて燃料噴射弁へ圧送される。

ところで、上述する加圧工程にあっては、加圧室８４からの圧送量を調整するために、要求される圧送量に応じたタイミングになるまでは上記スピル弁９１が開弁し続けるように制御される。すなわち、加圧工程における加圧室８４の燃料は、同加圧室８４へのプランジャ８３の進入を受けて加圧されるものの、上記スピル弁９１が開弁している期間にあっては、同スピル弁９１を通して再び低圧燃料通路７２へと押し戻されることになり、こうした燃料の押し戻しによって圧送量が調量されるようになっている。

一方、加圧室８４の燃料１０が低圧燃料通路７２へと押し戻される態様では、例えば燃料ダンパを有している構成であれ、燃料１０が押し戻される度に、低圧燃料通路７２の圧力である燃圧Ｐ１０が大きく変化してしまう。すなわち、低圧燃料通路７２の燃圧Ｐ１０が加圧工程の度に変化してしまい、こうした燃圧脈動に基づく振動が低圧燃料通路７２から車体へと伝達されて、車室内に騒音を生じさせてしまう。そこで、低圧燃料通路の燃圧脈動が抑制されるような高圧燃料供給装置の一つとして特許文献１に記載のような高圧燃料供給装置が提案されている。なお説明の便宜上、図８と同様の部材には同図８の符号を付して説明する。

特許文献１に記載の高圧燃料供給装置は、低圧燃料通路７２と燃料ダンパとしてのスプリングダンパ７４との間に逆止弁を設け、加圧工程において加圧室８４から押し戻される燃料１０のすべてがスプリングダンパ７４に収容されるように構成されている。こうした構成からなる高圧燃料装置であれば、低圧燃料通路７２内への燃料１０の逆流を抑えることができるために、低圧燃料通路７２内における燃圧脈動を抑えることができる。

また近年における高圧燃料供給装置にあっては、上述するスプリングダンパに代えて同スプリングダンパよりも簡易かつ小型に構成されたパルセーションダンパを上記燃料ダンパとして用いる場合も多い。特許文献２に記載の高圧燃料供給装置では、高圧燃料ポンプ
の加圧室８４と低圧燃料通路７２との間の燃料ダンパとして、燃料１０が収容される燃料室の容積をダンパ部であるダイヤフラムの弾性変化により変化させるパルセーションダンパがその高圧燃料ポンプに一体的に設けられている。
特開平１０−２３８４３７号公報 特開２００８−１９７２８号公報

一方、特許文献１に記載するような高圧燃料供給装置では、低圧燃料通路に発生する燃圧脈動を上記のように抑制することができるものの、加圧室から押し戻される燃料のすべてが燃料ダンパに収容されるために以下のような問題を招いてしまう。図９は、こうした高圧燃料供給装置の加圧工程と吸入工程とにおいて生じる低圧燃料通路の燃圧変動及び燃料ダンパの燃圧変動を示す図である。

図９に示されるように、加圧工程における高圧燃料供給装置にあっては、加圧室から押し戻される燃料のすべてが上述する燃料ダンパに収容されて、これにより低圧燃料通路の燃圧Ｐ１０（破線）がフィード圧Ｐｆからほとんど変化しなくなる。他方、加圧室から押し戻される燃料１０のすべてが燃料ダンパに収容されるために、燃料ダンパの燃圧Ｐ１１（実線）は、フィード圧Ｐｆに対して負荷圧ΔＰｄ０だけ一旦増加して、そのダンパ部が変位することにより再びフィード圧Ｐｆに戻る。すなわち、燃料ダンパの可動部（ダンパ部）においては、加圧室から押し戻される燃料１０のすべてを加圧工程の度に収容するために、こうした燃料の収容に伴う負荷圧ΔＰｄ０に応じた変動が加圧工程を実行する度に生じることになる。この結果、上述するような変動がダンパ部の疲労として燃料ダンパに蓄積され続けてしまい、燃料ダンパそのものの耐久性を早期に低下させてしまうことになる。

また特許文献２に記載のように、燃料ダンパとしてパルセーションダンパを用いた場合であれ、加圧室８４から押し戻される燃料１０の流入に応答して大きく変動されるダイヤフラムにはその大きな変動に応じた大きな疲労が蓄積されて、やはりパルセーションダンパとしてはその耐久性が早期に低下される。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高圧燃料ポンプから戻される燃料により低圧燃料通路に生じる燃圧脈動を抑制する燃料ダンパの耐久性を維持しつつ低圧燃料通路に生じる燃圧脈動を抑制させる高圧燃料供給装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、加圧室の容積が増加及び減少する高圧燃料ポンプと、燃料タンクからの燃料を前記高圧燃料ポンプに供給する低圧燃料通路と、前記加圧室と前記低圧燃料通路との間で燃料の流通を許可及び禁止するスピル弁と、
前記スピル弁と前記低圧燃料通路との間で燃料の圧力に生じる変動である燃圧変動を抑制する燃料ダンパとを備え、前記加圧室の容積が増加するときに前記流通を許可して前記加圧室に燃料を吸入し、前記加圧室の容積が減少するときに前記流通を許可及び禁止して前記加圧室からの燃料の圧送量を調整可能にする高圧燃料供給装置であって、前記燃料ダンパと前記低圧燃料通路との間に設けられて、前記加圧室の容積が増加することによる前記低圧燃料通路から前記加圧室への燃料の流れである順流と、前記加圧室の容積が減少することによる前記加圧室から前記低圧燃料通路への燃料の流れである逆流とを可能にして、かつ前記逆流の流量を前記順流の流量よりも低く規制する逆止弁を備えたことをその要旨とする。

このような構造によれば、逆止弁は燃料の逆流を順流よりも低い流量に規制するものの、その逆流を禁止しない。これにより、例えばスピル弁が開弁されているときに加圧室の容積が減少されることなどにより燃料が逆流されるときであれ、逆流された燃料は逆止弁を通り低圧燃料通路に戻される。このとき低圧燃料通路は、逆止弁に規制された少量の燃料が戻されて小さな燃圧変動を生じるが、逆止弁による規制のない場合と比較すると、燃料が逆流されるたびに生じる燃圧脈動が抑制されるようになる。一方、逆止弁の規制により低圧燃料通路に戻ることのできない燃料は、加圧室から逆流された量より低圧燃料通路に戻される分だけ少ない量が燃料ダンパに一時的に収容されその燃圧変動が減衰される。燃料ダンパは、燃料の収容により燃圧変動を減衰させるとともに、そこに収容される燃料が少なくされる分だけ収容量に応じて可動されるダイヤフラムなどの可動部に生じる弾性変形の大きさが小さくされ、同変形に応じて同可動部に生じる疲労の累積が少なくされるようになり耐久性が向上される。このことにより高圧燃料供給装置としての耐久性が向上されるとともに信頼性も高められるようになる。

また、燃料ダンパは、そこへ収容される燃料が低圧燃料通路に戻される燃料の分だけ少なくされることから小型化されるようになる。さらに、逆止弁を高圧燃料ポンプに配設することもできるため、こうした構成であれば高圧燃料供給装置そのものの小型化が容易とされる。また、例えば低圧燃料通路の燃圧脈動により噴射量が変動されるなどの影響を受けやすいポート噴射式を併せて有する燃料噴射系であれば、低圧燃料通路の燃圧脈動が低減されることにより、共通の低圧燃料通路から燃料供給ができるようにもなる。このことにより、燃料系としては筒内噴射用とポート噴射用とに別個の低圧燃料通路を設ける必要が無くなり、その構造の簡単化や小型化が促進されるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記逆止弁が、前記燃料の流れに沿って移動して、前記順流を受けることにより流路面積を拡張し、前記逆流を受けることにより前記流路面積を縮小する弁体を備えたことをその要旨とする。

このような構造によれば、燃料の順流及び逆流に応じて移動する弁体により同順流の許可及び逆流の規制とが実現できることから、簡単な構造により逆止弁が形成されるようになり、高圧燃料供給装置としてもその構造が簡単とされる。

請求項３に記載の発明は、前記逆止弁が、前記弁体を格納可能にする格納通路と、前記格納通路の流路面積よりも小さい流路面積を有して前記格納通路に対して前記燃料が逆流する方向に連結された絞り通路とを備え、前記順流を受ける前記弁体が前記絞り通路から後退することにより前記流路面積を拡張し、前記逆流を受ける前記弁体が前記絞り通路へ進入することにより前記流路面積を縮小することをその要旨とする。

このような構造によれば、簡単な構造の逆止弁により燃料の順流、逆流に応じた燃料の流通及び規制が行なわれるようになる。
請求項４に記載の発明は、前記燃料が逆流する方向へ前記弁体を付勢する第１弾性部材を備えたことをその要旨とする。

このような構成によれば、弁体に対する付勢力を弾性部材により設定することができ、逆止弁における流量や同流量の変更時期などが、燃料の流体力に加えて、弾性部材の弾性力により設定可能になる。それゆえ、逆流した燃料が低圧燃料通路に戻される量と燃料ダンパに収容される量とのバランスを調整することもでき、低圧燃料通路に生じさせる燃圧変動及び燃圧脈動の大きさ、燃料ダンパに収容させる燃料の量を調整することができるようにもなる。ひいては高圧燃料供給装置の用途を広げることができる。

請求項５に記載の発明は、前記燃料が順流する方向へ前記弁体を付勢する第２弾性部材を備え、前記第１弾性部材による付勢力と第２弾性部材による付勢力との合力により前記燃料が逆流する方向へ前記弁体を付勢することをその要旨とする。

このような構成によれば、燃料が逆流する向きへの付勢力と燃料が順流する向きへの付勢力との合力により、逆止弁における流量や同流量の変更時期などが設定可能になる。それゆえ、流量規制に関わる設定をより細かく実現することが可能になり、逆流された燃料の低圧燃料通路に戻る量と燃料ダンパに収容される量とのバランスがよりこまかく調整できるようになる。これにより、低圧燃料通路に生じさせる燃圧変動や燃圧脈動の大きさ、燃料ダンパに収容させる燃料の量をより細かく調整することができるようになる。これにより高圧燃料供給装置の用途をさらに広げることができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に従って説明する。図１は、内燃機関の燃料系についてその構成の概略を模式的に示した図である。
図１に示されるように、内燃機関１には、その気筒毎に設けられた複数の燃料噴射弁１１と、複数の燃料噴射弁１１のそれぞれに高圧燃料を分配供給する共通の高圧燃料配管であるデリバリパイプ１２と、デリバリパイプ１２に高圧燃料を供給する燃料供給系１３とが設けられている。本実施形態では、これら複数の燃料噴射弁１１とデリバリパイプ１２とにより燃料噴射系が構成されている。各燃料噴射弁１１は、対応する気筒の燃焼室にデリバリパイプ１２からの高圧燃料を噴射して燃焼室内の空気と燃料とを混合させた混合気を生成する。

燃料供給系１３に設けられた燃料タンク１４には、同燃料タンク１４内の燃料１０を吸入して燃料１０を所定の圧力にして吐出する低圧燃料ポンプ１５が備えられており、該低圧燃料ポンプ１５の出口には低圧燃料ポンプ１５からの燃料を高圧燃料供給装置１９へ供給するための燃料通路である低圧燃料通路１６が接続されている。低圧燃料通路１６の途中には、その燃料圧力Ｐ０を一定の圧力であるフィード圧に調圧するプレッシャレギュレータ１７が備えられている。

低圧燃料通路１６とデリバリパイプ１２との間には、低圧燃料ポンプ１５からの燃料１０を加圧する前記高圧燃料供給装置１９と、該高圧燃料供給装置１９で加圧された高圧の燃料１０をデリバリパイプ１２へ供給する高圧燃料通路２１とが備えられている。またデリバリパイプ１２と燃料タンク１４との間には、該デリバリパイプ１２の燃料１０が所定の噴射圧を超えるときに開弁するリリーフ弁２２と、デリバリパイプ１２の燃料１０を噴射圧に維持すべく該リリーフ弁２２を通してデリバリパイプ１２内の余剰燃料を燃料タンク１４へ戻すリリーフ通路２３とが備えられている。

なお本実施形態では、この燃料系において燃料タンク１４側を上流側、燃料噴射弁１１側を下流側とし、燃料タンク１４から燃料噴射弁１１の方向への燃料の流れを順流、燃料噴射弁１１から燃料タンク１４の方向への燃料の流れを逆流とする。

高圧燃料供給装置１９には、吸入した燃料１０を加圧して高圧燃料通路２１に吐出する高圧燃料ポンプ２０が設けられている。また、高圧燃料ポンプ２０と低圧燃料通路１６との間には、低圧燃料通路１６に接続されており高圧燃料ポンプ２０側から低圧燃料通路１６への燃料１０の戻り（逆流）を規制する逆止弁２５と、逆止弁２５と高圧燃料ポンプ２０との間において燃料１０の圧力である燃料圧力Ｐ１の脈動を抑制するパルセーションダンパ２６とが設けられている。

次に、上記高圧燃料供給装置１９について図２〜図６を参照して以下に説明する。図２
は高圧燃料供給装置１９を構成する逆止弁２５、パルセーションダンパ２６及び高圧燃料ポンプ２０の断面構造を示す側断面図であり、図３は逆止弁２５を上下流方向（図において右側が下流、左側が上流）に切断したときの一部断面構造を示す図であり、図４は、図３の４−４線断面図であり、図５は、図３の５−５線断面図である。

図２に示されるように、高圧燃料供給装置１９における高圧燃料ポンプ２０のシリンダ４１には、上記逆止弁２５及びパルセーションダンパ２６が一体に設けられている。高圧燃料ポンプ２０のシリンダ４１には、その下面から上方に延びる円形孔４２と、該円形孔４２の上端から上方に拡がるプランジャ室４３とが形成されており、その円形孔４２には円柱状のプランジャ４４が上下動可能に挿入されている。プランジャ４４の上側部は、該プランジャ４４が上動及び下動するときにプランジャ室４３に進入及び後退するように配置されており、このプランジャ４４の上側部とプランジャ室４３とにより区画された加圧室の容積を減少及び増加させる。プランジャ４４の下側部は、円形孔４２の下端である開口を通り下方に突出するように配置されている。円形孔４２の開口近傍には、該円形孔４２の内面に沿うリング形状のシール部材４５が嵌入されており、該シール部材４５の内側にはプランジャ４４が上下動可能に圧入されている。そして、プランジャ４４の外周面と円形孔４２の内周面との間がこのシール部材４５でシールされることにより円形孔４２の開口が封止されている。

シリンダ４１の下部には、円形孔４２の開口部を囲む円筒形状のリフタガイド５１が下方に延出されており、そのリフタガイド５１の内部には有底円筒形状のリフタ５２が上下動可能に嵌合されている。リフタ５２の内部には、プランジャ４４の下端がそれに嵌合するリテーナ５３とともに収容されており、そのリテーナ５３とシリンダ４１との間には該リテーナ５３をリフタ５２の内底面５２ａへ付勢するばね５４が挟入されている。リフタ５２の外底面５２ｂには、カムシャフト５６に連結された駆動カム５７のカム面が摺接するようになっており、このカムシャフト５６は内燃機関が有する図示しないクランク軸に連動して同クランク軸の回転数に対して例えば１／２の回転数で回転する。

こうした構成では、クランク軸の回転に同期して駆動カム５７が回転位置Ｒ１から回転位置Ｒ２へ回動するとき、リフタ５２の外底面５２ｂが上記ばね５４の付勢に抗した押圧力を駆動カム５７から受けて上動し、プランジャ４４が上下方向に変位する量であるプランジャリフト量が増大するようになる。この間、プランジャ４４の上側部がプランジャ室４３に進入し続けるために、プランジャ室４３においてはプランジャ４４が進入する分だけ燃料１０で占められる容積である加圧室の容積が縮小する。このためプランジャ室４３の内部には上記フィード圧よりも高い圧である正圧がプランジャ４４の進入量に応じて形成されるようになる。本実施形態においては、上述のようにプランジャ４４の上端がプランジャ室４３へ進入する工程を、加圧工程という。

これに対して、駆動カム５７が回転位置Ｒ２から回転位置Ｒ３へ回動するとき、リフタ５２の外底面５２ｂは上記ばね５４の付勢に従って下動して、上記プランジャリフト量が減少するようになる。この間、プランジャ４４の上側部がプランジャ室４３から後退し続けるために、プランジャ室４３においてはプランジャ４４が後退する分だけ燃料１０で占められる容積である加圧室の容積が拡大する。このため、プランジャ室４３の内部には上記フィード圧よりも低い圧力である負圧がプランジャ４４の後退量に応じて形成されるようになる。本実施形態においては、上述のようにプランジャ４４の上端がプランジャ室４３から後退する工程を、吸入工程という。

プランジャ室４３の一側（図２において左側）には、該プランジャ室４３とパルセーションダンパ２６との間を連通するプランジャ通路６１が形成されており、該プランジャ通路６１の途中にはプランジャ通路６１を連通状態と非連通状態とに切替える切替えバルブ
（電磁スピル弁６２）が設けられている。電磁スピル弁６２は、その弁体６２ａを閉弁位置と開弁位置との間で移動させるためのコイルを有し、そのコイルが非通電状態であるときに弁体６２ａを開弁位置に配置してプランジャ通路６１を連通状態にする。また、電磁スピル弁６２は、図示しない電子制御装置からの指令により同コイルが通電状態であるときに弁体６２ａを閉弁位置に配置してプランジャ通路６１を非連通状態にする。

本実施形態においては、弁体６２ａが開弁位置に配置されプランジャ通路６１が連通状態にされているとき電磁スピル弁６２が開弁されているといい、弁体６２ａが閉弁位置に配置されプランジャ通路６１が非連通状態にされているとき電磁スピル弁６２が閉弁されているという。そして、加圧工程において電磁スピル弁６２が開弁されており加圧室の容積の縮小に応じた燃料１０が加圧室から上流側に戻される工程を、戻し過程といい、加圧工程において電磁スピル弁６２が閉弁されており加圧室の容積の縮小に応じた燃料が加圧室から下流側に圧送される工程を、圧送過程という。

プランジャ室４３を挟んで電磁スピル弁６２の反対側には、そのプランジャ室４３と高圧燃料通路２１との間を連通する吐出通路６５が形成されている。吐出通路６５には、その出力端に高圧燃料通路２１から吐出通路６５への燃料１０の逆流を規制するとともに、吐出通路６５内の燃料圧力が所定の吐出圧以上に高くなった際に開弁するチェック弁６６が設けられている。チェック弁６６は、プランジャ室４３にて加圧された燃料から受ける力により開弁されて加圧された燃料１０を高圧燃料通路２１に吐出する。

パルセーションダンパ２６には、その内部の空間を２つに区画するダイヤフラム２６Ｄが備えられ、そのダイヤフラム２６Ｄにより区画された一方の空間に大気圧よりも高圧の状態の不活性ガスなどが封入されている気体室２６ａと、他方の空間に燃料１０を収容する燃料室２６ｂとが形成されている。燃料室２６ｂは、その上流側に逆止弁２５が接続され、その下流側に高圧燃料ポンプ２０が接続されており、低圧燃料通路１６から流入した燃料１０が高圧燃料ポンプ２０に供給されるようになっている。一方、高圧燃料ポンプ２０から低圧燃料通路１６に燃料１０が戻される場合にもその燃料１０は燃料室２６ｂを通り戻されるようになっている。ダイヤフラム２６Ｄは、気体室２６ａと燃料室２６ｂとの間において、その形状が弾性変形されることにより気体室２６ａ側もしくは燃料室２６ｂ側に移動されるようになっており、気体室２６ａ側へ変形されるときには燃料室２６ｂの容量を増加させ、燃料室２６ｂ側へ変形されるときには燃料室２６ｂの容量を減少させる。

例えばダイヤフラム２６Ｄは、燃料室２６ｂに燃圧の高い燃料１０が収容されるときには気体室２６ａ側に弾性変形されて燃料室２６ｂの容量を拡大させる。また、燃料室２６ｂに燃圧の低い燃料１０が収容されるときには燃料室２６ｂ側に弾性変形されて燃料室２６ｂの容量を減少させる。すなわち、パルセーションダンパ２６は、燃料室２６ｂの燃料１０の燃圧の変化に伴い燃料室２６ｂの収容量を変化させるべくダイヤフラム２６Ｄが弾性変形することにより燃料１０に生じる圧力変動を抑制する。

なお、ダイヤフラム２６Ｄは弾性変形の可能な薄い金属板などの部材から形成されており、このような部材には弾性変形の繰り返しによる磨耗や疲労が蓄積されるようになることから、燃料１０の収容量の変動にともない繰り返されるその変形によりその耐久性が低下される。またダイヤフラム２６Ｄは、その耐久性が変形回数に応じて低下するとともに変形量が大きいほど大きな度合いで低下するものであることから、本実施形態のように変形回数や変形量を減少させることによりその耐久性が維持されるようになる。すなわち、パルセーションダンパ２６としては、ダイヤフラム２６Ｄの耐久性が維持されるようになることでその耐久性が維持されるようになる。

図３に示されるように、逆止弁２５は、燃料１０が流通する通路である燃料通路を有した円筒形状の筐体部３０と、同燃料通路を上下流方向に移動可能に配設される弁体３１とを有し構成されている。筐体部３０における上流側端部には、前記低圧燃料通路１６に連結される内径φＡの絞り通路３０ａが形成されており、また筐体部３０における下流側端部には、前記パルセーションダンパ２６に連結される出口通路３０ｂが形成されている。これら絞り通路３０ａと出口通路３０ｂとの間である筐体部３０の中央部には、それら通路３０ａ，３０ｂの内径よりも大きい内径を有する格納通路３０ｈが形成されている。すなわち筐体部３０の燃料通路は、上流側端部から下流側端部へ向けて、絞り通路３０ａ、格納通路３０ｈ、出口通路３０ｂが順に連結されることにより構成されている。そして格納通路３０ｈには前記弁体３１が同格納通路３０ｈを上下流方向に移動可能に配設されている。

図３及び図４に示されるように、弁体３１は、上下流方向から見て八角柱状を呈し格納通路３０ｈの内周面と摺接可能な外周面を有する摺動部３３と、該摺動部３３の上流側に凸設された円柱状の凸部３５とを有している。摺動部３３の外周面は、格納通路３０ｈの内周と上下流方向に沿って摺接する４つの摺接面３３ａと、格納通路３０ｈの内周面から離間する４つの通路面３３ｂとにより構成されている。なお本実施形態における摺動部３３の外周面には、格納通路３０ｈの周方向において４つの摺接面３３ａが等配されるかたちで形成されており、隣合う２つの摺接面３３ａの間にそれぞれ通路面３３ｂが形成されている。こうした構成からなる摺動部３３は、その摺接面３３ａが格納通路３０ｈの内周面を摺動することにより上下流方向への移動が可能とされるとともに、その通路面３３ｂと格納通路３０ｈの内周面との間に形成される空間により、格納通路３０ｈ内における燃料１０の流路を確保している。図３及び図５に示されるように、弁体３１の凸部３５は、絞り通路３０ａの内径φＡよりも小さい外径φＢを有して先細りの円柱形状に形成されており、その先端には傾斜面３５ｓを介してさらに小さい外径とされる先端部３５ａが形成されている。

こうした構造からなる凸部３５を有した弁体３１の位置と燃料通路における上流側の開口面積との関係を図６に示す。なお、図６においては、本実施形態の逆止弁２５における開口面積の変化を面積変化曲線ＣＶ１として実線で示し、比較例である開口面積の変化を面積変化曲線ＣＶ０としてそれぞれ短破線で示す。

図６に示されるように、先端部３５ａの移動範囲のなかで最も下流側の位置である弁位置Ｓ１（図３の実線位置）に先端部３５ａが位置するとき、絞り通路３０ａの開口には、最も大きい開口面積が最大値として形成される。一方、先端部３５ａの移動範囲のなかで最も上流側の位置である弁位置Ｓ４（図３の２点鎖線位置）に弁体３１が位置するとき、絞り通路３０ａの開口には、絞り通路３０ａの内周と凸部３５の外周３５ｆとの間の距離である幅Δａｂのリング状通路が形成されて、最も小さい開口面積が最小設定値として形成される。また、先端部３５ａが絞り通路３０ａの開口にかかる位置である弁位置Ｓ２から凸部３５の外周３５ｆが絞り通路３０ａの開口にかかる位置である弁位置Ｓ３までの間においては、絞り通路３０ａの開口面積は最大値から最小設定値までの間において変化されるようになっている。ちなみに通常の逆止弁においては、弁体が着座したときには開口面積が「０」とされるので、例えば開口面積は面積変化曲線ＣＶ０に示されるように変化される。

そして、本実施形態の弁体３１の先端部３５ａが弁位置Ｓ１にある場合には、逆止弁２５における燃料流路として、絞り通路３０ａと、格納通路３０ｈの内周面と通路面３３ｂとの間に形成される通路と、出口通路３０ｂとからなる流路が確保され、こうして構成される流路により燃料１０の十分な流通が確保される。なお本実施形態では、先端部３５ａが弁位置Ｓ１にある弁体３１は図示しないストッパによりその弁位置Ｓ１よりも下流側に
は移動しないようになっており、弁体３１の摺動部３３は出口通路３０ｂから充分に離間されて摺動部３３と出口通路３０ｂとにより燃料１０の流量が規制されないようになっている。

また、本実施形態の弁体３１の先端部３５ａが弁位置Ｓ４にある場合には、逆止弁２５における燃料通路として、前記リング状通路と、格納通路３０ｈの内周面と通路面３３ｂとの間に形成される通路と、出口通路３０ｂとからなる流路が確保され、こうして構成される流路により、その流量が規制された状態で燃料１０の流通が確保される。なお本実施形態では、先端部３５ａが弁位置Ｓ４にある弁体３１は図示しないストッパによりその弁位置Ｓ４よりも上流側には移動しないようになっており、弁体３１の摺動部３３は絞り通路３０ａから充分に離間されて摺動部３３と絞り通路３０ａとにより燃料１０の流量が規制されないようになっている。

なお、図３に示されるように、摺動部３３の下流側端面と格納通路３０ｈの下流側端面との間には予圧縮状態の第１弾性部材３６が挟持されており、該第１弾性部材３６による上流方向への付勢力である第１付勢力が弁体３１の摺動部３３に対して作用するようになっている。また、摺動部３３の上流側端面と格納通路３０ｈの上流側端面との間にはこれも予圧縮状態の第２弾性部材３７が挟持されており、該第２弾性部材３７による下流方向への付勢力である第２付勢力が弁体３１の摺動部３３に対して作用するようになっている。なお本実施形態では、第１付勢力が第２付勢力より強い力に設定されており、弁体３１に対してこれら第１付勢力及び第２付勢力のみが加わる場合には、第１付勢力と第２付勢力との合力である付勢合力により先端部３５ａが上流側に付勢されて弁位置Ｓ４に配置され、絞り通路３０ａにはリング状通路が形成されるようなっている。

ところで、低圧燃料通路１６とパルセーションダンパ２６との間に配置される逆止弁２５には、上流側の燃料１０からは燃料圧力Ｐ０が、下流側の燃料１０からは燃料圧力Ｐ１が加えられる。例えば、下流側の燃料圧力Ｐ１が燃料圧力Ｐ０よりも低い場合には、逆止弁２５の内部において燃料１０が順流するかたちで流体力が発生し、こうした燃料１０からの流体力を受ける弁体３１は、その先端部３５ａなどに対して下流方向への押圧力を受ける。このとき、弁体３１が下流方向に受ける押圧力は前記付勢合力よりも大きくなるようになっており、弁体３１は燃料１０から受ける押圧力により下流方向に例えば弁位置Ｓ１まで移動するようになっている。一方、下流側の燃料圧力Ｐ１が燃料圧力Ｐ０よりも高い場合には、逆止弁２５の内部において燃料１０が逆流するかたちで流体力が発生し、こうした燃料１０からの流体力を受ける弁体３１は、その下流側端面などに上流方向への押圧力を受ける。このとき、燃料１０による上流方向への押圧力と前記付勢合力とがともに弁体３１に対して上流方向に加わり、弁体３１は上流方向に、例えば弁位置Ｓ４まで移動するようになっている。こうした構成からなる逆止弁２５は、燃料１０が順流するときには燃料流路が略全開となり燃料１０の十分な流通が確保され、燃料１０が逆流するときには燃料流路がリング状通路により狭められて燃料１０の流通が規制される。

なお本実施形態では、下流側の燃料圧力Ｐ１と上流側の燃料圧力Ｐ０とが同じ場合、弁体３１に対する燃料１０からの上流側及び下流側への付勢力が釣り合うようになっている。すなわち、下流側の燃料圧力Ｐ１が燃料圧力Ｐ０と等しい、あるいは大きい場合には、上流側への付勢合力が付勢されている弁体３１は最終的には弁位置Ｓ４まで移動して逆止弁２５の開口面積は最小設定値とされる。また、燃料１０が順流する場合であって、燃料圧力Ｐ１と付勢合力との和が燃料圧力Ｐ０と釣り合うような場合には、弁体３１はその位置、例えば弁位置Ｓ２と弁位置Ｓ３との間の位置などに停止されて、その位置に対応した所定の開口面積が維持される。さらに、燃料１０が順流する場合であって、燃料圧力Ｐ１と付勢合力との和が燃料圧力Ｐ０よりも小さいような場合には、弁体３１は最終的には弁位置Ｓ１まで移動されて逆止弁２５の開口面積が最大値とされる。

次に、このような高圧燃料供給装置１９において生じる燃料脈動について図７を参照して説明する。図７は、高圧燃料供給装置１９の加圧工程と吸入工程とにおいて生じる逆止弁２５の上流側の燃料圧力Ｐ０と下流側の燃料圧力Ｐ１とを示す図である。なお、本実施形態では、説明の便宜上、電磁スピル弁６２が常時開弁されており加圧工程においては上記戻し過程のみが行われているものとする。

まず、高圧燃料ポンプ２０において加圧工程の後に吸入工程が開始されると、加圧室の容積の拡大により同加圧室の燃料１０がフィード圧Ｐｆよりも低い圧力である負圧を形成し、同加圧室と連通するパルセーションダンパ２６の燃料室２６ｂにも、同じく負圧である燃料圧力Ｐ１が形成される。こうした燃料圧力Ｐ１は同燃料室２６ｂに連通する逆止弁２５にも伝達され、逆止弁２５の下流側の燃料圧力Ｐ１がその上流側の燃料圧力Ｐ０よりも低くなり、逆止弁２５において燃料１０が順流するようになる。

そして高圧燃料ポンプ２０において吸入工程が実行される間は、逆止弁２５において燃料１０が順流することにより、前記開口面積が最大値になる弁位置Ｓ１へ弁体３１が移動される。開口面積が弁体３１の弁位置Ｓ１への移動により最大値にされるようになることにより低圧燃料通路１６の燃料圧力Ｐ０も燃料圧力Ｐ１と同様に低下し、低圧燃料ポンプ１５から低圧燃料通路１６への燃料供給および加圧室への燃料１０の吸入が促進されるようになる。そして吸入工程が終了すると、加圧室における負圧が無くなり、燃料圧力Ｐ１及び燃料圧力Ｐ０ともフィード圧Ｐｆに回復して逆止弁２５の上下流の各燃料圧力Ｐ１，Ｐ０が等しくなり、弁体３１が付勢合力により弁位置Ｓ４へ移動する。

続いて、高圧燃料ポンプ２０において加圧工程が開始されると、加圧室の容積の縮小により同加圧室の燃料１０がフィード圧Ｐｆよりも高い圧力である正圧を形成し、同加圧室と連通するパルセーションダンパ２６の燃料室２６ｂにも正圧である燃料圧力Ｐ１が形成される。こうした燃料圧力Ｐ１は同燃料室２６ｂに連通する逆止弁２５にも伝達され、逆止弁２５の下流側の燃料圧力Ｐ１がその上流側の燃料圧力Ｐ０よりも高くなり、逆止弁２５において燃料１０が逆流するようになる。

そして高圧燃料ポンプ２０において加圧工程が実行される間は、逆止弁２５において燃料１０が逆流することにより、前記開口面積が最小設定値になる弁位置Ｓ４に弁体３１が保持されて低圧燃料通路１６への燃料１０の逆流が規制され、低圧燃料通路１６における燃料１０の燃料圧力Ｐ０の上昇がフィード圧Ｐｆよりも少し高い程度に制限される。その一方、逆止弁２５による燃料１０の逆流の規制によりパルセーションダンパ２６の燃料室２６ｂの燃料圧力Ｐ１は上昇されるものの、上昇された燃料圧力Ｐ１によりダイヤフラム２６Ｄが弾性変形されて燃料室２６ｂの容積が拡大され燃料室２６ｂ内の燃圧変動が抑制されるようになる。このとき、ダイヤフラム２６Ｄとしては、燃料１０が低圧燃料通路１６に戻される分だけ燃料圧力Ｐ１の上昇が低減され、上昇された圧力はフィード圧Ｐｆよりも負荷圧ΔＰｄ１だけ高い値となる。この負荷圧ΔＰｄ１は、燃料１０が低圧燃料通路１６に戻される分だけ前述した従来の負荷圧ΔＰｄ０（図９）よりも自ずと低い値となり、これを受けるダイヤフラム２６Ｄとしてもその変形が小さくされることから従来よりもその耐久性が維持されるようになる。

なお本実施形態における上記最小設定値は、戻し過程のときに逆止弁２５から逆流された燃料１０により低圧燃料通路１６に生じた燃圧脈動が車体を介して伝達された車内において騒音を生じさせないように調整された値であり、予め実験などにより求められた値となっている。

これにより、高圧燃料供給装置１９が駆動されたとき、その吸入工程において低圧燃料
通路１６に生じる燃料脈動が車体を介して伝達された車室に生じる騒音が抑制されるとともに、パルセーションダンパ２６はそのダイヤフラム２６Ｄの変形が小さくされその耐久性が維持されるようになる。

以上説明したように、本実施形態の高圧燃料供給装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）逆止弁２５は燃料１０の逆流を順流よりも低い流量に規制するものの、その逆流を禁止しないようにした。これにより、例えば電磁スピル弁６２が開弁されているときに加圧室の容積が減少されることなどにより燃料１０が逆流されるときであれ、逆流された燃料１０は逆止弁２５を通り低圧燃料通路１６に戻される。このとき低圧燃料通路１６は、逆止弁２５に規制された少量の燃料１０が戻されて小さな燃圧変動を生じるが、逆止弁２５による規制のない場合と比較すると、燃料１０が逆流されるたびに生じる燃圧脈動が抑制されるようになる。一方、逆止弁２５の規制により低圧燃料通路１６に戻ることのできない燃料１０は、加圧室から逆流された量より低圧燃料通路１６に戻される分だけ少ない量がパルセーションダンパ２６に一時的に収容されその燃圧変動が減衰される。パルセーションダンパ２６は、燃料１０の収容により燃圧変動を減衰させるとともに、そこに収容される燃料１０が少なくされる分だけ収容量に応じて可動されるダイヤフラム２６Ｄに生じる弾性変形の大きさが小さくされ、同変形に応じてダイヤフラム２６Ｄに生じる疲労の累積が少なくされるようになり耐久性が向上される。このことにより高圧燃料供給装置１９としての耐久性が向上されるとともに信頼性も高められるようになる。

（２）また、燃料１０が低圧燃料通路１６に戻されるようにしたことから、パルセーションダンパ２６は、そこへ収容される燃料１０が少なくされる分だけ小型化されるようになる。

（３）さらに、逆止弁２５を高圧燃料ポンプ２０に配設するようにしたことから、高圧燃料供給装置１９そのものの小型化が容易とされる。
（４）燃料１０の順流及び逆流に応じて移動する弁体３１により同順流の許可及び逆流の規制とを実現したことから、簡単な構造により逆止弁２５が形成されるようになり、高圧燃料供給装置１９としてもその構造が簡単とされる。

（５）燃料１０が逆流する向きへの第１弾性部材３６の付勢力と燃料１０が順流する向きへの第２弾性部材３７の付勢力との付勢合力により、逆止弁２５における流量や同流量の変更時期などが面積変化曲線ＣＶ１に示すように設定された。それゆえ、流量規制に関わる設定をより細かく実現することが可能になり、逆流された燃料の低圧燃料通路１６に戻る量とパルセーションダンパ２６に収容される量とのバランスがよりこまかく調整できるようになる。これにより、低圧燃料通路１６に生じさせる燃圧変動や燃圧脈動の大きさ、パルセーションダンパ２６に収容させる燃料１０の量をより細かく調整することができるようになる。これにより高圧燃料供給装置１９の用途をさらに広げることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第１弾性部材３６と第２弾性部材３７とによる付勢合力により弁体３１を上流側に付勢した。しかしこれに限らず、付勢合力が弁体を付勢する向きは下流側であってもよい。すなわち第１弾性部材の付勢力と第２弾性部材の付勢力とを調整することにより逆流される燃料が規制されるタイミングが調整されるようになる。例えば規制するタイミングが遅れるように調整されると、燃料の逆流量が増加するようになる。

・また付勢合力の向きは上流側であっても、第１弾性部材の付勢力と第２弾性部材の付勢力とのバランスが調整されることにより、弁体の移動速度が変更されるようになり、逆止弁としての特性が変化されるようにもなる。これによっても逆止弁の特性が幅広く調整
されることとなり、このような逆止弁を有する高圧燃料供給装置の調整範囲が拡大されて、燃料供給装置としてもその自由度が高められるようになりその用途も拡大される。

・上記実施形態では、弁体３１は第１弾性部材３６により上流側に、第２弾性部材３７により下流側に付勢されたが、これに限らず、弁体は上流側または下流側のどちらか一方にのみ付勢されるように構成されてもよい。これにより弾性部材が一つになるようになれば逆止弁の構造が簡単にされる。

なおこれによっても、逆止弁における流量や同流量の変更時期などが、燃料の流体力に加えて、弾性部材の弾性力により設定可能とされるようになる。それゆえ、逆流した燃料が低圧燃料通路に戻される量と燃料ダンパに収容される量とのバランスを調整することもでき、低圧燃料通路に生じさせる燃圧変動及び燃圧脈動の大きさ、燃料ダンパに収容させる燃料の量を調整することができるようにもなる。

・上記実施形態では、逆止弁２５における絞り通路３０ａの流路の開口面積が面積変化曲線ＣＶ１のように変化する構成にした。しかしこれに限らず、絞り通路の開口面積は、例えば凸部の外径を大きくしてリング状通路の幅が狭くなるようにして面積変化曲線ＣＶ２（図６参照）のように変化するように構成してもよく、逆に同凸部の外径を小さくしてリング状通路の幅が広くなるようにして面積変化曲線ＣＶ３のように変化するように構成してもよい。これにより、このような逆止弁を有する高圧燃料供給装置の調整範囲が拡大される。

・上記実施形態では、最小設定値は戻し過程のときに逆止弁２５から逆流された燃料１０により低圧燃料通路１６に生じた燃圧脈動が車体を介して伝達された車内において騒音を生じさせないように調整された値とされた。しかしこれに限らず、最小設定値は燃料系などの他の要因にもとづいて設定されるものであってもよい。

・上記実施形態では、逆止弁２５は凸部３５を有する弁体３１により燃料１０の逆流を規制したが、これに限らず、逆止弁における弁体の形状はそれが逆止弁において燃料の逆流を規制することができるのであればその他の形状、例えば球形状などでもよい。例えば、球形状の弁体であっても、その弁体が着座する着座部にスリット状の通路が形成されたり、着座部から所定の距離だけ離間させる弁体保持部が設けられたりすることによって、このような逆止弁の弁体として用いることができる。これにより、このような高圧燃料供給装置に用いられる逆止弁の自由度が高められ、高圧燃料供給装置としても設計の自由度が高められその実現が容易になる。

・上記実施形態では、燃料ダンパとしてダイヤフラム２６Ｄを有するパルセーションダンパ２６を用いたが、これに限らず、燃料ダンパとしてはその燃料室の容量が変化されるものであればスプリングダンパなどのその他の構造を有するものでもよい。このような構成によれば、どのような構成の燃料ダンパであれ、その可動部の変位量が減少されて燃料ダンパとしての耐久性が維持されるようになり、高圧燃料供給装置としての耐久性が向上されるようになる。

・上記実施形態では、燃料系は燃料１０を内燃機関の気筒に噴射する筒内噴射用の燃料噴射系のみを有した。しかしこれに限らず、燃料系には、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射式が併せて備られてもよい。

・また、このように低圧燃料通路の燃料脈動が抑制されることにより、低圧燃料通路に生じた燃圧脈動により燃料吐出量が変動されるなどの影響を受けやすいポート噴射がその低圧燃料通路を筒内噴射に用いられる低圧燃料通路と共用することができるようになる。
これにより、燃料系としては筒内噴射用とポート噴射用とに別個の低圧燃料通路を設ける必要が無くなり、その構造の簡単化や小型化が促進されるようになる。

本発明にかかる高圧燃料供給装置を用いた燃料系の概略構成を示す構成図。 本発明にかかる高圧燃料供給装置の一実施形態についてその断面構造を示す断面図。 同実施形態にかかる逆止弁についてその構成を示す断面図。 同実施形態にかかる逆止弁について図３の４−４線における断面構造を示す断面図。 同実施形態にかかる逆止弁について図３の５−５線における断面構造を示す断面図。 同実施形態における逆止弁の開口面積と弁体の位置との関係を示すグラフ。 同実施形態における高圧燃料供給装置について加圧工程及び吸入工程における逆止弁の上流側と下流側の燃料圧力の変化の態様を示すグラフ。 従来の高圧燃料供給装置についてその断面構造を示す断面図。 従来の高圧燃料供給装置について加圧工程及び吸入工程における燃料圧力の変化の態様を示すグラフ。

符号の説明

１…内燃機関、１０…燃料、１１…燃料噴射弁、１２…デリバリパイプ、１３…燃料供給系、１４…燃料タンク、１５…低圧燃料ポンプ、１６…低圧燃料通路、１７…プレッシャレギュレータ、１９…高圧燃料供給装置、２０…高圧燃料ポンプ、２１…高圧燃料通路、２２…リリーフ弁、２３…リリーフ通路、２５…逆止弁、２６…パルセーションダンパ、２６ａ…気体室、２６ｂ…燃料室、２６Ｄ…ダイヤフラム、３０…筐体部、３０ａ…絞り通路、３０ｂ…出口通路、３０ｈ…格納通路、３１…弁体、３３…摺動部、３３ａ…摺接面、３３ｂ…通路面、３５…凸部、３５ａ…先端部、３５ｆ…外周、３５ｓ…傾斜面、３６…第１弾性部材、３７…第２弾性部材、４１…シリンダ、４２…円形孔、４３…プランジャ室、４４…プランジャ、４５…シール部材、５１…リフタガイド、５２…リフタ、５２ａ…内底面、５２ｂ…外底面、５３…リテーナ、５４…ばね、５６…カムシャフト、５７…駆動カム、６１…プランジャ通路、６２…電磁スピル弁、６２ａ…弁体、６５…吐出通路、６６…チェック弁。

Claims (5)

1. 加圧室の容積が増加及び減少する高圧燃料ポンプと、
   燃料タンクからの燃料を前記高圧燃料ポンプに供給する低圧燃料通路と、
   前記加圧室と前記低圧燃料通路との間で燃料の流通を許可及び禁止するスピル弁と、
   前記スピル弁と前記低圧燃料通路との間で燃料の圧力に生じる変動である燃圧変動を抑制する燃料ダンパとを備え、
   前記加圧室の容積が増加するときに前記流通を許可して前記加圧室に燃料を吸入し、前記加圧室の容積が減少するときに前記流通を許可及び禁止して前記加圧室からの燃料の圧送量を調整可能にする高圧燃料供給装置であって、
   前記燃料ダンパと前記低圧燃料通路との間に設けられて、前記加圧室の容積が増加することによる前記低圧燃料通路から前記加圧室への燃料の流れである順流と、前記加圧室の容積が減少することによる前記加圧室から前記低圧燃料通路への燃料の流れである逆流とを可能にして、かつ前記逆流の流量を前記順流の流量よりも低く規制する逆止弁を備えたことを特徴とする高圧燃料供給装置。
2. 前記逆止弁が、
   前記燃料の流れに沿って移動して、前記順流を受けることにより流路面積を拡張し、前記逆流を受けることにより前記流路面積を縮小する弁体を備えた
   請求項１に記載の高圧燃料供給装置。
3. 前記逆止弁が、
   前記弁体を格納可能にする格納通路と、
   前記格納通路の流路面積よりも小さい流路面積を有して前記格納通路に対して前記燃料が逆流する方向に連結された絞り通路とを備え、
   前記順流を受ける前記弁体が前記絞り通路から後退することにより前記流路面積を拡張し、前記逆流を受ける前記弁体が前記絞り通路へ進入することにより前記流路面積を縮小する
   請求項２に記載の高圧燃料供給装置。
4. 前記燃料が逆流する方向へ前記弁体を付勢する第１弾性部材を備えた
   請求項３に記載の高圧燃料供給装置。
5. 前記燃料が順流する方向へ前記弁体を付勢する第２弾性部材を備え、
   前記第１弾性部材による付勢力と第２弾性部材による付勢力との合力により前記燃料が逆流する方向へ前記弁体を付勢する
   請求項４に記載の高圧燃料供給装置。

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