JP2014105669A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】燃圧脈動による突発的な(瞬間的な)燃圧上昇時における開弁を抑制し、燃圧脈動に比べ長い時間をかけて燃圧が上昇する高圧燃料系統の異常による燃圧上昇時には開弁するリリーフバルブを提供する。
【解決手段】加圧室に吸入した燃料を加圧し、吐出弁を開弁することにより加圧された燃料を吐出する高圧燃料ポンプであって、吐出弁の下流側と上流側とを連通するリリーフ通路を備え、リリーフ通路は、吐出弁の下流側から上流側への燃料の流れを止める逆止弁を有するリリーフ弁機構Ｂ２００を有し、リリーフ弁機構は、リリーフ弁Ｂ２０２と弁シートＢ２０１とリリーフ弁を弁シートに付勢するばねＢ２０４とリリーフ弁の開弁動作を制限するダンパ機構を備えることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
【選択図】図６

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射弁に高圧燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプに関する。
特に、燃料圧力の異常高圧を回避するための安全弁として、リリーフ弁を内部に組み込んだ高圧燃料供給ポンプに関する。

特許文献１においては、高圧燃料供給ポンプに安全弁としての唯一のリリーフ弁を内部に組み込み、リリーフ弁の出口を高圧燃料供給ポンプの吸入弁より上流の低圧側に接続する高圧燃料供給ポンプを開示している。
具体的には、高圧燃料供給ポンプの吸入通路と吐出通路とを近接に配し、これらに連通通路を設け、この連通通路内にリリーフ弁を設ける。また、リリーフ弁の開弁圧は、通常運転時のシステム燃料圧力より高く設定している。
エンジン運転中の燃料系の誤作動・故障時や、エンジン停止時の燃料温度上昇時のように、所定の圧力を超えて燃料圧力が上昇した時に、蓄圧室や配管系の破損を防止するために、リリーフ弁を開口させ、蓄圧室の燃料を吸入通路へ排出するようにしている。

特開２００３−３４３３９５号

通常運転時において、エンジンが高回転でより多くの燃料を必要とする際には、燃料ポンプの吐出時の瞬間的な燃圧上昇及び配管内の圧力脈動がリリーフ弁の開弁圧を超えることにより、リリーフ弁が意図せず開口し、吐出通路の高圧側から、吸入通路の低圧側に燃料が漏れる。これにより、高圧燃料供給ポンプからコモンレールへと吐出させる高圧燃料を低下させてしまうという課題がある。
上記の課題に対応する為にリリーフ弁の開弁圧力を高く設定することやリリーフ弁と吐出通路の間の一部にオリフィスを設けることなどが考えられる。しかし、エンジンに燃料を供給する燃料噴射弁の故障や、燃料噴射弁および高圧燃料供給ポンプなどを制御するエンジンコントロールユニット(ENGINE CONTROL UNIT：以下ECUと称す)等が故障し、コモンレール等の高圧配管内に異常高圧が発生した場合、リリーフ弁から低圧側へ開放する燃料の容量不足により、低圧側に十分に高圧配管内の圧力を開放できず、燃料圧力が高圧配管の耐圧許容値を超えてしまうという課題がある。

これに対し、リリーフ弁から低圧側へ開放する燃料の容量を増加する対策としては、リリーフ弁の大型化やリリーフ弁を複数設けることが考えられる。

その場合、ポンプハウジング内の中心部にはプランジャおよびシリンダが配置されているので、プランジャおよびシリンダの外径部の外側とポンプハウジングの外径部の内側とに囲まれた円周内に、リリーフ弁を配置しなければならない。したがって、リリーフ弁の大型化およびリリーフ弁を複数設けるにはハウジングの外径形状を大きくする必要がある。その結果、高圧燃料供給ポンプが大型化する。

高圧燃料供給ポンプが大型化すると、高圧燃料供給ポンプを設置するための空間をエンジンの周りに確保しなければならないし、狭い空間内に高圧配管をレイアウトしなければならずコストアップにつながる等の課題がある。

加圧室に吸入した燃料を加圧し、吐出弁を開弁することにより加圧された燃料を吐出する高圧燃料ポンプであって、吐出弁の下流側と上流側とを連通するリリーフ通路を備え、リリーフ通路は、吐出弁の下流側から上流側への燃料の流れを止める逆止弁を有するリリーフ弁機構を有し、リリーフ弁機構は、リリーフ弁と弁シートとリリーフ弁を弁シートに付勢するばねとリリーフ弁の開弁動作を制限するダンパ機構を備えることを特徴とする高圧燃料ポンプである。

さらに好ましくは、加圧室へ燃料を吸入する吸入通路と、加圧室から燃料を吐出する吐出通路とを有し、加圧室内を往復動するプランジャによって燃料の吸入・吐出を行ない、吸入通路に吸入弁・吐出通路に吐出弁をそれぞれ備える高圧燃料供給ポンプにおいて、吸入通路の吸入弁の上流側（低圧側）と吐出通路の吐出弁の下流側（高圧側）とを連通するリリーフ通路を有し、リリーフ通路に燃料の流れを吐出通路から吸入通路への一方向のみに制限するリリーフ弁を備え、リリーフ弁は弁と弁シートを有しており、弁と前記弁シートの接触/非接触によって低圧側と高圧側の連通/非連通が切り替わり、高圧側の圧力と低圧側の圧力差が規定の開弁圧力以上になると前記弁が前記弁シートから離脱して、低圧側と高圧側を連通し、高圧燃料を低圧側に開放するものにおいて、弁シートに接触した弁が、弁シートから離脱した後、開弁動作速度を制限する機構を備えることを特徴とする高圧燃料供給ポンプである。

本発明によれば、燃圧脈動による突発的な(瞬間的な)燃圧上昇時におけるリリーフバルブの開弁を抑制し、燃圧脈動に比べ長い時間をかけて燃圧が上昇する高圧燃料系統の異常による燃圧上昇時には、リリーフバルブを開弁させることができ、高圧燃料供給ポンプの効率を損なうことなく、制御装置を含む高圧配管系等の異常による燃圧上昇を回避できる。

本発明が実施された第一および第二乃至第三、第四実施例によ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。 本発明が実施された第一および第二乃至第三、第四実施例による高圧燃料供給ポンプの全体縦断面図である。 本発明が実施された第一および第二乃至第三、第四実施例による高圧燃料供給ポンプの全体横断面図である。 本発明が実施された第一および第二乃至第三、第四実施例による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る。 本発明が実施された第一および第二乃至第三、第四実施例によ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。 本発明が実施された第一実施例によるリリーフサブアセンブリの構造を示す図である。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図を示す図である。 本発明が実施された第二実施例によるリリーフサブアセンブリの構造を示す図である。 本発明が実施された第三実施例によるリリーフサブアセンブリの構造を示す図である。 本発明が実施された第四実施例によるリリーフサブアセンブリの構造を示す図である。

以下説明する実施例では、通常運転時において、リリーフ弁が開弁する際に弁の動作速度を制限することにより、弁を開きにくくさせ、高圧側から低圧側へ漏れる燃料の量を抑制する機構について説明する。

すなわち、加圧室へ燃料を吸入する吸入通路と、加圧室から燃料を吐出する吐出通路とを有し、加圧室内を往復動するプランジャによって燃料の吸入・吐出を行ない、吸入通路に吸入弁・吐出通路に吐出弁をそれぞれ備える高圧燃料供給ポンプにおいて、吸入通路の吸入弁の上流側（低圧側）と吐出通路の吐出弁の下流側（高圧側）とを連通するリリーフ通路を有し、リリーフ通路に燃料の流れを吐出通路から吸入通路への一方向のみに制限するリリーフ弁を備える。そして、リリーフ弁は弁と弁シートを有しており、弁と前記弁シートの接触/非接触によって低圧側と高圧側の連通/非連通が切り替わり、高圧側の圧力と低圧側の圧力差が規定の開弁圧力以上になると前記弁が前記弁シートから離脱して、低圧側と高圧側を連通し、高圧燃料を低圧側に開放する。弁シートに接触した弁は、弁シートから離脱した後、開弁動作速度を制限する機構を備える。

この機構は、燃料噴射弁の故障等による異常高圧が発生した時には、高圧配管内の燃料圧力を規定値以内に抑えることもできる。
この機構は、弁シートに接触（着座）しているリリーフ弁が、弁シートから離脱（開弁状態）した後、開弁動作速度を制限する機構を備える構成を有する。具体的には、リリーフ弁対して、弁シートとは反対側に設けたもう一つの弁の運動に伴って体積変化する燃料で満たされた燃料室を有し、燃料室は体積変化に伴う燃料の出入りを制限することにより、リリーフ弁の運動を制限する機構である。また、燃料室は微小な隙間によってのみ低圧側と接続され、燃料室と低圧側を移動する燃料の量を制限して、燃料室の体積変化の速度を調整する構成である。
また、燃料室は微小な隙間とリリーフ弁とは別部位に、低圧側から燃料室にのみ燃料の移動を制限する逆止弁を設け、燃料室の体積が増加するときのみ、逆止弁を介して低圧側と燃料室の燃料の移動を可能にする機構を備える構成である。
これにより、燃料ポンプの吐出時の瞬間的な燃圧上昇及び配管内の圧力脈動がリリーフ弁に作用し、リリーフ弁が弁シートから離脱した後、弁の開弁動作が制限されるので、そのような機構を持たないリリーフ弁機構に比べ、高圧側から低圧側へ漏れる高圧燃料の量を低減することができる。すなわち、燃圧脈動による開弁が抑制されるので、高圧側から低圧側へ漏れる燃料の量が少なく、エネルギー効率のよい高圧燃料供給ポンプを得ることができる。
また、閉弁動作時はリリーフ弁が弁シート側へ着座する方向に移動するので、これに伴って燃料室の体積が増加し、逆止弁を介して低圧側から燃料室に燃料が流れこむことで、弁の閉弁動作速度が早まる。これにより、リリーフ弁が弁シートにより早く着座（閉弁状態）することができるので、高圧側から低圧側へ漏れる高圧燃料の量を低減することができ、エネルギー効率のよい高圧燃料供給ポンプを得ることができる。

燃料噴射弁の故障等により異常な高燃圧が発生した場合、異常な高燃圧がリリーフ弁の弁に作用するので、リリーフ弁が弁シートから離脱した後、一時的には弁の開弁動作速度が制限されるが、燃料室は低圧側と接続されている微小な隙間を有しているので、時間の経過と共に、燃料室内の燃料は低圧側へ漏れる。したがって、リリーフ弁の開弁動作の制限は解除され、リリーフ弁は異常な高燃圧を十分に開放するだけのリフト量を稼ぐことが可能となる。

このように、燃料噴射弁の故障等により異常高圧が発生した場合でも、異常な高燃圧に加圧された燃料は、リリーフ弁を介し低圧側へと開放され、配管や他の機器が異常な高燃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、作用時間の短い瞬間的な燃圧上昇及び配管内の圧力脈動に対するリリーフ弁の誤動作を抑制することが可能となり、エネルギー効率のよい高圧燃料供給ポンプを得ることができる。

以下、図を参照して本発明の実施例を説明する。

図１から図３により本発明の第一実施例について説明する。
まず図１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、エンジンコントロールユニット２７(以下ECUと称す)からの信号に基づきフィードポンプ２１によって汲み上げられ、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧燃料供給ポンプの吸入入口１０ａに送られる。
吸入入口１０ａを通過した燃料は圧力脈動低減機構９、吸入通路１０b、１０ｃ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。
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１０ｃ（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。
後述するカムの回転により、プランジャ２が図１の下方に変位する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10ｃ（吸入ポート３０ａ）の圧力よりも低くなると、吸入弁３１には燃料の流体差圧による開弁力(吸入弁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、ＥＣＵ２７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３０ｂには電流が流れ、それにより発生する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３１が吸入口３２を開いた状態が維持される。
電磁吸入弁３０に入力電圧の印加状態を維持したままプランジャ２が吸入行程を終了し、プランジャ２が図１の上方に変位する圧縮行程に移ると、磁気付勢力は維持されたままであるので、依然として吸入弁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の圧縮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３１を通して吸入通路１０ｃ（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。この行程を戻し行程と称す。
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、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁ユニット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、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。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からなる。
そして、電磁吸入弁３０の電磁コイル３０ｃ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。電磁コイルへ３０ｃへの通電を解除するタイミングを早くすれば、圧縮行程中、戻し行程の割合が小さく吐出行程の割合が大きい。
すなわち、吸入通路１０ｃ（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、圧縮行程中の、戻し行程の割合が大きく、吐出行程の割合が小さい。
すなわち、吸入通路１０ｃ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３０ｃ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３０ｃへの通電を解除する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。
かくして、燃料吸入口１０aに導かれた燃料はポンプ本体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、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、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。

ポンプハウジング１には中心に加圧室１１としての凸部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８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としての凸部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交わる方向に形成されており、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の往復運動をガイドするシリンダ６が加圧室に臨むようにして取り付けられている。

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はハウジング１の内側に保持されている。シリンダホルダ７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ねじ込むことによって、シリンダ６をシリンダホルダ7を介し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。

プランジャ２の下端には、エンジン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、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。

ダンパカバー１４には、プランジャ2の上下運動に伴って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。

ダンパカバー１４は、ポンプハウジング１に圧入及び溶接により固定されており、低圧通路としての吸入通路１０は１０a、１０b、１０c、１０ｄ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ポンプハウジング１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は２枚の金属ダイアフラムで形成された金属ダイアフラム組体９Ａからなる。金属ダイアフラム組体９Ａは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。

金属ダイアフラム組体９Ａは周縁部が支持部材１０Ａ１、および支持部材１０Ａ２によって、上下にから支持されており、この状態にてユニット化し、ダンパユニット１１８を形成している。上記のように構成されたダンパユニット１１８を、ポンプハウジング１に形成された凹み部に収納する。その際、支持部材１０Ａ２の外周部１０Ａ３とポンプハウジング１の内周部１Ｃとの間で径方向の位置決めを行うが、圧入ではなく隙間とする。この状態にて、ダンパカバー１４をさらに上から組みつける。

ダンパカバー１４はカップ状に形成されており、その開放側の環状形状端面がポンプハウジング１と溶接によって固定されている。溶接によりシールすることで、ダンパ室が外気に対して密閉される。これにより、吸入通路１０内にダンパ室が画成され、圧力脈動機構９が形成される。

また、ダンパユニット１１８は、上側からはダンパカバー１４によって支持部材１０Ａ２を、下側からは支持部材１０Ａ１を挟持する形で固定されている。これは支持部材１０Ａ２と支持部材１０Ａ１の圧入を促進する方向に固定することになる。

通路１０ｄはダンパカバー１４内周面に形成され、ダンパカバー１４と金属ダイアフラム組体９Ａとの間にも通路１０ｄによって吸入燃料が導かれる。

また、ダンパカバー１４は支持部材１０Ａ２と接触する面の一部に隙間を有しているので、通路１０ｄを解して、金属ダイアフラム組体９Ａの両面に燃料が行渡る構成としている。

戻し行程中に、吸入通路１０ｃへ戻された燃料により吸入通路１０ｂ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が膨張、収縮することで吸収低減される。戻し行程中、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容積変化によって吸収される。
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。これは前述したとおりである。
次に、図３、図４を用いて、上述のような機能を持った吐出弁機構８の構造に就いて説明する。
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吐出弁ばねホルダ８ｄからなる。まずポンプハウジング１の外で、溶接部8eをレーザー溶接することにより吐出弁ユニット（吐出弁機構）８を組み立てた後、図中左側から吐出弁ユニット（吐出弁機構）８をポンプハウジング１に圧入し、圧入部８ａ１にて固定する。
圧入部８ａ１の外周部はポンプボディ内周面との間でメタル圧接シールとして機能し、加圧室１１と吐出口１２を液圧的に遮断する機能も備える。
圧入部８ａ１を通路８ｄ１や溶接部８ｅよりも外側にすることで、吐出弁ばねホルダ８ｄの外周に通路８ｄ１から半径方向外側に吐出された燃料の通り道を十分に確保することが可能となる。
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初めて、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。
吐出行程時は、図４のように、加圧室１１で加圧された燃料は、吐出弁ばねホルダ８ｄの側面に加工された通路８ｄ１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。

吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ばねホルダ８ｄと接触し、動作を制限される。したがって、吐出弁８ｂのストロークは吐出弁ばねホルダ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、吐出弁ばねホルダ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。

高圧燃料供給ポンプのエンジンへの固定は、フランジ４１、ボルト４２、およびブッシュ４０により行われる。フランジ４１は環状固定部４１aにてポンプハウジング１に全周を溶接結合されている。本実施例では、溶接ビームを用いている。

図１に示すように、フランジ４１は２個のボルト４２によってエンジンにポンプハウジング１を固定している。

二個のブッシュ４０はフランジ４１に取付けられており、エンジンとは反対側に取付けられている。二個のボルト４２はエンジン側に形成されたそれぞれのねじに螺合され、二個のブッシュ４０、およびフランジ４１をエンジンに押し付けることで、高圧燃料供給ポンプをエンジンに固定する。
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１０ｂを連通するリリーフ通路２１０、リリーフ流路２１１が設けられている。
リリーフ通路２１０、リリーフ流路２１１には燃料の流れを吐出通路から吸入通路１０ｂへの一方向のみに制限するリリーフ弁Ｂ２０２が設けられている。

以下、リリーフ弁の基本動作について説明する。リリーフ弁Ｂ２０２は、押付け力を発生するリリーフばねＢ２０４によりリリーフ弁シートＢ２０１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Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１から離れ、開弁するようにセット開弁圧を設定している。ここで、リリーフ弁Ｂ２０２が開き始める時の圧力をセット開弁圧と定義する。
次に、図５に加圧室１１内で発生する圧力オーバーシュートについて説明する。
プランジャ２が上昇運動中すなわち圧縮行程中の、戻し行程から加圧行程に移行する瞬間から、直後にかけて加圧室１１内では、図５に示す圧力オーバーシュートが発生する。この現象は、閉弁に伴って加圧室の圧力が急激に上昇することによって発生し、特に加圧室１１内の圧力上昇が急激であるエンジン高回転域において顕著である。
この圧力オーバーシュートにより加圧室１１内の圧力は短い時間であるがリリーフ弁Ｂ２０２の開弁圧力よりも高くなる。加圧室１１内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を経由してリリーフ弁Ｂ２０２へと達する。

本実施例では、リリーフ弁Ｂ２０２のセット開弁圧を１７．５ＭＰａに設定している。
これに対して、圧力オーバーシュートにより、リリーフ弁Ｂ２０２に印加される圧力は、最大で２２ＭＰａ程度である。従って、リリーフ弁Ｂ２０２のセット開弁圧よりも高くなり、リリーフ弁Ｂ２０２は意図せず開弁し高圧燃料の一部が低圧通路１０ｂへと漏れる（リリーフ弁の誤動作）。これは高圧燃料供給ポンプからコモンレール２３へと吐出される高圧燃料の低下を意味し、高圧燃料供給ポンプとしての効率低下に繋がる。
一方、この現象を避ける為に、リリーフ弁Ｂ２０２のセット開弁圧を圧力オーバーシュート圧以上にすれば、ポンプ吐出効率が低下することはないが、異常高圧が発生した場合、燃料圧力を配管耐圧以下に抑えることができない。
燃圧脈動に起因する圧力オーバシュートは、高圧燃料系統の燃圧異常に比較して、時間的に短い時間で発生する。燃圧脈動に起因する圧力オーバシュート発生時に開弁を抑制し、高圧燃料系統の燃圧異常発生時には開弁する機構を以下で説明する。
次に、本実施例におけるリリーフ弁機構Ｂ２００について、図６および図７に基づき構造を説明する。
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、リリーフ弁押さえＢ２０３、リリーフばねＢ２０４、リリーフ弁押さえガイドＢ２０８、背圧弁Ｂ２０９、背圧弁シートＢ２１２と一体であるばねホルダ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の外部で組み立て、その後にポンプハウジング１に圧入により固定される。
まず、リリーフ弁ハウジングＢ２０６に、リリーフ弁Ｂ２０２、リリーフ弁押さえＢ２０３、リリーフばねＢ２０４の順に順次挿入する。また、ばねホルダＢ２０５に、背圧弁Ｂ２０９、リリーフ弁押さえガイドＢ２０８の順に順次挿入し、リリーフ弁押さえガイドＢ２０８をばねホルダＢ２０５に圧入固定する。リリーフ弁押さえガイドＢ２０８の形状は、有底筒状であり、その底部には、燃料が流通可能な孔Ｂ２１４が形成されている。
ばねホルダＢ２０５をリリーフ弁ハウジングＢ２０６に挿入し、圧入固定する。リリーフばねＢ２０４は一端でリリーフ弁押さえガイドＢ２０８に支持され、かつ他端でリリーフ弁押さえＢ２０３によって支持される。また、ばねホルダ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。すなわち、リリーフリリーフ弁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される。こうしてできたサブアセンブリのリリーフ弁Ｂ２００をポンプハウジング１に圧入固定する。
次に、高圧燃料供給ポンプによって燃料が正常にコモンレール２３へと圧送されている場合（通常運転時）の、実施例１におけるリリーフ動作について説明する。
加圧室１１内で発生した圧力オーバーシュートは、吐出通路１２からリリーフ通路２１０およびリリーフ流路２１１へと伝播し、リリーフ通路口Ｂ２０７を通り、リリーフ弁Ｂ２０２へと達する。そして、弁に作用する流体力がリリーフばねＢ２０４の付勢力を上回ると、リリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１を離れ、高圧側のリリーフ流路２１１と低圧側の吸入通路１０ｂが連通状態となる。リリーフ弁Ｂ２０２とリリーフ弁シートＢ２０１との間を通過した燃料は、リリーフ弁ハウジングＢ２０６にあけられた逃がし通路２０６ａを通って低圧部である吸入通路１０ｂへ流れる。
ここで、リリーフ弁ハウジングＢ２０６の内部には、リリーフ弁Ｂ２０２を押さえるリリーフ弁押さえＢ２０３、リリーフ弁押さえＢ２０３を案内するリリーフ弁押さえガイドＢ２０８およびリリーフばねＢ２０４の力を受けるばねホルダＢ２０５で区画された空間を設けている。この空間内は燃料で満たされた燃料室Ｂ２１１を形成している。燃料室Ｂ２１１は、微小な隙間である微小クリアランスＢ２１０によってのみ低圧側と接続される。
微小クリアランスＢ２１０は、リリーフ弁押さえＢ２０３の外周面とリリーフ弁押さえガイドＢ２０８の内周面との間に形成される。リリーフ弁押さえＢ２０３の外周面とリリーフ弁押さえガイドＢ２０８の内周面とは、摺動可能に支持される。微小クリアランスＢ２１０は、断面積が小さく、オリフィスとしての効果を持つ程度に設定される。
高圧側の燃料が、リリーフ弁Ｂ２０２を押す力が、リリーフばねＢ２０４の付勢力に打ち勝つと、リリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１から離れ、リリーフ弁機構Ｂ２００は開弁状態になる。
リリーフ弁Ｂ２０２が開弁すると、リリーフ弁押さえＢ２０３が図の上方側に移動する。
燃料室Ｂ２１１内では燃料が図の上方側へ向かう圧力を受け、その圧力は、孔Ｂ２１４を通って、背圧弁Ｂ２０９に作用する。背圧弁Ｂ２０９には図の上方側へと移動せられる流体力(圧力)が作用し、ばねホルダＢ２０５の燃料室Ｂ２１１側に形成された背圧弁シートＢ２１２に着座（閉弁状態）させられる。この動作により、燃料室Ｂ２１１は、微小クリアランスＢ２１０とは別に、燃料室Ｂ２１１から低圧側への燃料の移動を遮断する逆止弁としての機能を持つ。
この構成により、リリーフ弁２０２の開弁動作時において、微小クリアランスＢ２１０によって、燃料室Ｂ２１１と低圧側を移動する燃料の量を制限し、燃料室Ｂ２１１の体積変化の速度を制限することが可能となる。つまり、微小クリアランスＢ２１０が大きい場合には、燃料室Ｂ２１１の体積変化の速度が遅く、微小クリアランスＢ２１０が小さい場合には、燃料室の体積変化の速度が早くなることを意味する。すなわち、リリーフ弁Ｂ２０２の運動速度は、微小クリアランスＢ２１０の断面積を調整することにより決定される。
好適には、断面積が小さいほどリリーフ弁Ｂ２０２の運動速度がより制限される。
これにより、リリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１を離れ開弁動作を始めると、リリーフ弁Ｂ２０２の運動に伴って、燃料室Ｂ２１１内の体積が減少し、燃料室Ｂ２１１内の圧力は上昇する。これにより、リリーフ弁Ｂ２０２及びリリーフ弁押さえＢ２０３には開弁する動作方向とは逆向きに作用する力が発生するので、リリーフ弁Ｂ２０２の運動速度が制限される。
以上により、燃料ポンプの吐出時の瞬間的な燃圧上昇及び配管内の圧力脈動により、リリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１から離脱する場合、弁の開弁動作速度が制限されるので、従来品と比較して高圧側から低圧側へ漏れる高圧燃料の量を低減することができ、誤動作による流量低下が少なく、エネルギー効率のよい高圧燃料供給ポンプを得ることができる。
また、閉弁動作時はリリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０２側へ着座する方向に移動するので、これに伴って燃料室Ｂ２１１の体積が増加し、ばねホルダ通路Ｂ２０５ａ及び逆止弁である背圧弁Ｂ２０９を介して低圧側から燃料室Ｂ２１１に燃料が流れこむことで、リリーフ弁Ｂ２０２の閉弁動作速度が早まる。これにより、リリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１により早く着座（閉弁状態）することができるので、高圧側から低圧側へ漏れる高圧燃料の量を低減することができ、エネルギー効率のよい高圧燃料供給ポンプを得ることができる。
以上のように、通常運転時において、作用時間の短い圧力伝播（圧力オーバーシュート）が生じる場合でも、リリーフ弁Ｂ２０２から吸入通路１０ｂへ漏れる高圧燃料が制限されるので、高圧燃料供給ポンプからコモンレール２３へと吐出される高圧燃料の低下を抑制し、高圧燃料供給ポンプとしてのエネルギー効率が向上する。
次に、エンジンに燃料を供給する燃料噴射弁の故障や、燃料噴射弁および高圧燃料供給ポンプなどを制御するエンジンコントロールユニット(ENGINE CONTROL UNIT：以下ECUと称す)等の故障により発生した場合の、実施例１におけるリリーフ動作について説明する。
高圧配管内で発生した異常高圧はリリーフ通路２１０、リリーフ通路口Ｂ２０７を通り、リリーフ弁Ｂ２０２へと達する。そして、弁に作用する流体力がリリーフばねＢ２０４の付勢力を上回ると、リリーフ弁Ｂ２０２は弁シートＢ２０１を離れ、高圧側のリリーフ流路２１１と低圧側の吸入通路１０ｂが連通状態となる。リリーフ弁Ｂ２０２を通過した燃料は、リリーフ弁ハウジングＢ２０６にあけられた逃がし通路２０６ａを通って低圧部である吸入通路１０ｂへ漏れる。
先述したように、リリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１を離れ開弁動作を始めると、リリーフ弁Ｂ２０２の運動に伴って、燃料室Ｂ２１１内の体積が減少し、燃料室Ｂ２１１内の圧力は上昇する。これにより、リリーフ弁Ｂ２０２及びリリーフ弁押さえＢ２０３には開弁する動作方向とは逆向きに作用する力が発生するので、リリーフ弁Ｂ２０２の運動速度が制限される。
しかし、燃料室Ｂ２１１は微小クリアランスＢ２１０を有しており、微小クリアランスＢ２１１は低圧側と接続されているので、時間の経過と共に、燃料室Ｂ２１１の圧縮された燃料は微小クリアランスＢ２１１を介して低圧側へ開放される。これにより、リリーフ弁Ｂ２０２及びリリーフ弁押さえＢ２０３に対して作用していた開弁する動作方向とは逆向きの力が減衰される。したがって、リリーフ弁Ｂ２０２の開弁動作の制限は解除され、リリーフ弁Ｂ２０２は異常高圧を十分に開放するだけのリフト量を確保することが可能となるので、高圧配管内の異常高圧が減衰され、コモンレール２３等の高圧燃料系統が保護される。

このように、燃料噴射弁の故障等により異常高圧が発生した場合でも、異常な高圧に加圧された燃料は、リリーフ弁を介し低圧側へと開放され、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、作用時間の短い瞬間的な燃圧上昇及び配管内の圧力脈動に対するリリーフ弁の誤動作を抑制することが可能となり、エネルギー効率のよい高圧燃料供給ポンプを得ることができる。

次いで、本発明の第二実施例について説明する。本実施例と第一実施例との主な違いは、逆止弁である背圧弁Ｂ２０９の代わりにばねホルダ通路Ｂ２０５ａにオリフィスを設ける点である。記載されている記号および数字はすべて第一実施例と共通のものである。
そこで、第一実施例とは構造の異なるリリーフ弁機構の構造について図８に基づき説明する。
第二実施例のリリーフ弁機構において、ばねホルダＢ２０５に設けられたばねホルダ通路Ｂ２０５ａの断面積を小さく、例えば穴径を直径で５０μｍ程度とする。つまり、ばねホルダ通路Ｂ２０５ａがオリフィスとしての効果を持つ程度に穴径を小さくする。
リリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１から離れた後、リリーフ弁Ｂ２０２の開弁運動に伴い、リリーフ弁押さえＢ２０３が図の上方側に移動する。したがって、燃料室Ｂ２１１内では燃料が図の上方側へ移動するに伴いばねホルダ通路Ｂ２０５ａに燃料が流れる。したがって、ばねホルダ通路Ｂ２０５ａの入口と出口では、オリフィス効果により圧力差が大きくなるので、燃料室Ｂ２１１から低圧側への燃料の移動が制限される。すなわち、逆止弁と同様の効果を得ることが可能となる。圧力損失はばねホルダ通路Ｂ２０５ａの断面積によって調節することができる。
以上のように構成した実施例２によれば、リリーフ弁Ｂ２０２がリリーフ弁シートＢ２０１を離れ開弁動作を始めると、リリーフ弁Ｂ２０２の運動に伴って、燃料室Ｂ２１１内の体積が減少し、燃料室Ｂ２１１内の圧力は上昇する。これにより、リリーフ弁Ｂ２０２及びリリーフ弁押さえＢ２０３には開弁する動作方向とは逆向きに作用する力が発生するので、リリーフ弁Ｂ２０２の運動速度が制限される。
上記の構成において、ばねホルダＢ２０５と吸入通路１０ｂを繋ぐ通路にオリフィスを設けることで、第一実施例における弁Ｂ２０９が不要となり、部品点数を削減することができ、コストダウンが可能となる。また、弁シートＢ２１２も不要となるので、仕上げ精度が必要なシート加工をする必要が無い。さらに、オリフィス通路の場合は、穴径だけの調整ですむので、加工が非常に容易となり、リリーフ弁の全長も短くすることが可能となり、レイアウトの自由度が増す。

次いで、図９により本発明の第三実施例について説明する。本実施例と第一実施例との主な違いは、燃料室Ｂ２１１の空間の外側にリリーフばねＢ２０４が配置されるように構成することである。記載されている記号および数字はすべて第一実施例と共通のものである。
リリーフばねＢ２０４は、燃料室Ｂ２１１の外側に配置され、リリーフばねＢ２０４は一端で前記リリーフ弁押さえガイドＢ２０８に支持され、かつ他端でばねホルダＢ２０５によって支持される。また、ばねホルダ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。すなわち、リリーフリリーフ弁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される。こうして出来たサブアセンブリのリリーフ弁Ｂ２００をポンプハウジング１に圧入固定する。
実施例１において、さらなる高圧化対応でセット開弁圧を高く設定する際には、リリーフばねＢ２０４の設定荷重をあげる必要があり、必然的に線径および全長を大きくし、リリーフばねＢ２０４を大型化しなくてはならない。すなわち、燃料室Ｂ２１１内の空間容積を大きくすることになり、リリーフ弁Ｂ２０２の運動に伴う燃料室Ｂ２１１内の体積減少の速度が低下する。つまり、リリーフ弁Ｂ２０２の開弁動作速度を制限する効果が低下することを意味する。
そこで、図９の実施例に示すように、燃料室Ｂ２１１の外側にリリーフばねＢ２０４を配置する構成とすることで、リリーフばねＢ２０４を大きくする大型化する場合でも、燃料室Ｂ２１１の容積を大きくする必要がない。また、燃料室Ｂ２１１の容積をさらに小さくすることが可能となるので、燃料室Ｂ２１１内の体積変化の速度を早めることができるので、リリーフ弁Ｂ２０２の開弁動作速度をより制限することが可能となる。

次いで、図１０により本発明の第四実施例について説明する。本実施例と第三実施例との主な違いは、逆止弁である弁Ｂ２０９の代わりにばねホルダ通路Ｂ２０５ａにオリフィスを設けるのみである。記載されている記号および数字はすべて第三実施例と共通のものである。

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用いることができる。

１…ポンプハウジング、１C…内周部、１A…凸部、２…プランジャ、３…タペット、４…ばね、５…カム、６…シリンダ、７…シリンダホルダ、８…吐出弁機構、８a…シート部材、８ｂ…吐出弁、８ｃ…吐出弁ばね、８ｄ…吐出弁ばねホルダ、８e…溶接部、８a１…圧入部、８d１…通路、９…圧力脈動低減機構、９A…金属ダイアフラム組体、１０…吸入通路、１０a…吸入入口、１０b…吸入通路、１０c…吸入通路、１０d…吸入通路、１０A１…支持部材、１０A２…支持部材、１０A３…外周部、１１…加圧室、１１A…凹所、１２…燃料吐出口、１３…プランジャシール、１４…ダンパカバー、１５…リテーナ、２０…燃料タンク、２１…フィードポンプ、２３…コモンレール、２４…インジェクタ、２６…圧力センサ、２７…ECU、２８…吸入配管、３０…電磁吸入弁機構、３０a…吸入ポート、３０ｂ…電磁コイル、３０ｃ…電磁プランジャ、３０A…孔、３１…吸入弁、３２…吸入口、３３…ばね、４０…ブッシュ、４１…フランジ、４１a…環状固定部、４２…ボルト、１１８…ダンパユニット、２１０…リリーフ通路、２１１…リリーフ流路、B２００…リリーフ弁機構、B２０１…リリーフ弁シート、B２０２…リリーフ弁、B２０３…リリーフ弁押さえ、B２０４…リリーフばね、B２０５…ばねホルダ、B２０６…リリーフ弁ハウジング、B２０７…リリーフ通路口、B２０８…リリーフ弁押さえガイド、B２０９…背圧弁、B２１０…微小クリアランス、B２１１…燃料室、B２１２…背圧弁シート、B２１４…孔、B２０５a…ばねホルダ通路、B２０６a…逃がし通路

Claims (7)

1. 加圧室に吸入した燃料を加圧し、吐出弁を開弁することにより加圧された燃料を吐出する高圧燃料ポンプであって、
   前記吐出弁の下流側と上流側とを連通するリリーフ通路を備え、
   前記リリーフ通路は、前記吐出弁の下流側から上流側への燃料の流れを止める逆止弁を有するリリーフ弁機構を有し、
   前記リリーフ弁機構は、リリーフ弁と弁シートと前記リリーフ弁を前記弁シートに付勢するばねと前記リリーフ弁の開弁動作を制限するダンパ機構を備えることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
2. 請求項１に記載したものにおいて、
   前記ばねの付勢力によって前記リリーフ弁が前記弁シートから離れて開弁する開弁圧力を設定していることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項２に記載したものにおいて、
   前記リリーフ弁機構は、前記リリーフ弁の下流側に、燃料で満たされた燃料室を有し、前記リリーフ弁の開弁動作により、前記リリーフ弁が前記燃料室内の燃料を加圧することによって、前記リリーフ弁の開弁動作が制限されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項３に記載したものにおいて、
   前記燃料室の体積は、前記弁が閉弁状態から開弁状態へ運動するときは減少し、開弁状態から閉弁状態へ運動するときは増加することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項４に記載したものにおいて、
   前記リリーフ弁機構は、前記燃料室の内部の圧力を逃がすための微小な隙間を有することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項５に記載したものにおいて、
   前記リリーフ弁機構は、前記隙間と前記リリーフ弁とは別部位に、前記燃料室から外部への燃料の移動を制限する逆止弁を備えることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
7. 請求項５に記載したものにおいて、
   前記リリーフ弁機構は、前記隙間と前記リリーフ弁とは別部位に、前記燃料室の内部の圧力を開放するためのオリフィス通路を設けることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

Images