JP2014167272A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吸入弁の質量を増加させることなく、吸入弁の閉弁時に拡径部と軸部との境界部に発生する応力集中が抑制された燃料ポンプを提供する。
【解決手段】燃料ポンプは、燃料を加圧するための加圧室と、加圧室に燃料を吸入するための吸入通路と、加圧室と吸入通路とを連通又は遮断する吸入弁６０とを備える。吸入弁６０は、開閉方向に延び、吸入通路側に配置された軸部６０Ａと、軸部６０Ａの一端部に設けられ、加圧室側に配置された拡径部６０Ｂとを有する。吸入弁６０の閉弁時は、拡径部６０Ｂの軸部６０Ａ側の面の周縁部が吸入通路と加圧室との接続部に設けられた着座部に当接する。拡径部６０Ｂの内部に、軸部６０Ａの径ｒよりも大きい径Ｒの中空空間６０Ｄが形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料ポンプ、詳しくは、供給される液体燃料を加圧して吐出する燃料ポンプに関する。

従来、自動車の内燃機関において、燃料タンクから供給されるガソリン等の液体燃料を加圧してインジェクタ側に吐出する燃料ポンプが知られている（特許文献１、２参照）。

具体的に、燃料ポンプは、燃料を加圧するための加圧室を有し、この加圧室に対して進出又は後退するプランジャが備えられる。加圧室に燃料を吸入するための吸入通路と、加圧室から燃料を吐出するための吐出通路とが前記加圧室に接続される。吸入通路と加圧室との接続部に開閉することにより両者を連通又は遮断する吸入弁が配設され、吐出通路と加圧室との接続部に開閉することにより両者を連通又は遮断する逆止弁が配設される。

プランジャの後退時は、吸入弁のみが開いて吸入通路から加圧室に燃料が吸入される。プランジャの進出時は、吸入弁及び逆止弁が共に閉じて加圧室内の燃料が加圧される。燃料が所定の目標圧力まで加圧されると、逆止弁のみが開いて加圧された燃料が加圧室から吐出通路に吐出される。

ここで、前記吸入弁は、開閉方向に延びる軸部と、この軸部の一端部に設けられた拡径部とを有する構造であり、前記軸部が吸入通路側に配置され、前記拡径部が加圧室側に配置される。閉弁時は、吸入弁が吸入通路側に移動して前記拡径部の軸部側の面の周縁部が吸入通路と加圧室との接続部に設けられた着座部に当接する。開弁時は、吸入弁が加圧室側に移動して前記拡径部が前記着座部から離間する。

特開２０１２−２１１５８３号公報（段落００３０、図７） 特開２０１０−１６８９０１号公報（段落００１６、図２）

吸入弁の閉弁時は、前記拡径部の軸部側の面の周縁部が着座部に支持された状態で、前記拡径部の反軸部側の面に加圧室内の燃料の圧力（燃圧という）が作用する。そのため、前記周縁部を除く拡径部に加圧室側から吸入通路側に向かう曲げモーメントが発生し、拡径部の軸部側の面における拡径部と軸部との境界部に応力集中が発生し、吸入弁が破損する可能性がある。

このような不具合に対処するため、拡径部と軸部との境界部の外径が連続して変化するように前記境界部に大きな丸みをつけることが考えられる。しかし、そうすると、丸みをつけた分だけ吸入弁の質量が増加し、吸入弁の閉弁時に拡径部が着座部に当接する際に発生する打音が大きくなる。

前記のような問題は、例えばエンジンの高圧縮比化等に伴い、燃料ポンプの吐出圧、すなわち加圧室内の燃圧が高くなるほど大きな問題となる。

本発明は、前記のような現状に鑑みてなされたもので、吸入弁の質量を増加させることなく、吸入弁の閉弁時に拡径部と軸部との境界部に発生する応力集中が抑制された燃料ポンプの提供を目的とする。

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、燃料を加圧するための加圧室と、前記加圧室に燃料を吸入するための吸入通路と、開閉することにより前記加圧室と前記吸入通路とを連通又は遮断する吸入弁とを備える燃料ポンプであって、前記吸入弁は、開閉方向に延び、前記吸入通路側に配置された軸部と、この軸部の一端部に設けられ、前記加圧室側に配置された拡径部とを有し、前記吸入弁の閉弁時は、前記拡径部の軸部側の面の周縁部が吸入通路と加圧室との接続部に設けられた着座部に当接し、前記拡径部の内部に、前記軸部の径よりも大きい径の中空空間が形成されていることを特徴とする燃料ポンプである（請求項１）。

この発明によれば、燃料を加圧するための加圧室とこの加圧室に燃料を吸入するための吸入通路とを連通又は遮断する吸入弁を備えた燃料ポンプにおいて、吸入弁の拡径部の内部に軸部の径よりも大きい径の中空空間が形成されているので、たとえ吸入弁の閉弁時に拡径部の軸部側の面の周縁部が着座部に支持された状態で拡径部の反軸部側の面に加圧室内の燃圧が作用しても、拡径部の軸部側の面における拡径部と軸部との境界部への前記燃圧の伝達が弱められる。そのため、前記境界部に発生する応力集中が抑制され、吸入弁が破損する可能性が低減される。

しかも、拡径部が中空構造とされることにより、吸入弁が軽量化するので、吸入弁の閉弁時に拡径部が着座部に当接する際に発生する打音も抑制される。

以上により、本発明によれば、吸入弁の質量を増加させることなく、吸入弁の閉弁時に拡径部と軸部との境界部に発生する応力集中が抑制された燃料ポンプが提供される。

本発明において、好ましくは、前記軸部の内部にも中空空間が形成され、この軸部の中空空間と前記拡径部の中空空間とが相互に連続している（請求項２）。

この構成によれば、拡径部の軸部側の面における拡径部と軸部との境界部を含めたその周辺部の剛性が均一化する。そのため、前記境界部に発生する応力集中がより一層抑制される。また、吸入弁の軽量化がさらに進み、吸入弁の閉弁時に発生する打音もより一層抑制される。

本発明において、好ましくは、前記拡径部と軸部との境界部の外径が連続して変化するように前記境界部に丸みが形成されている（請求項３）。

この構成によれば、前記境界部の外径が連続して変化するので、前記境界部に発生する応力集中がさらに抑制される。しかも、吸入弁が中空構造とされて軽量化しているので、たとえ丸みが形成された分だけ吸入弁の質量が増加しても、打音が大きくなる問題は抑制される。

本発明において、好ましくは、前記拡径部の中空空間の径は、前記着座部に当接する前記拡径部の周縁部の内径よりも小さい値に設定されている（請求項４）。

この構成によれば、前記拡径部の周縁部の剛性が低下しないので、吸入弁の閉弁時は、前記周縁部が着座部に安定して支持され、吸入弁の閉弁状態が安定して維持される。

本発明は、燃料を加圧するための加圧室とこの加圧室に燃料を吸入するための吸入通路とを連通又は遮断する吸入弁を備えた燃料ポンプにおいて、吸入弁の質量を増加させることなく、吸入弁の閉弁時に拡径部と軸部との境界部に発生する応力集中が抑制されるから、吸入弁の閉弁時に発生する打音が抑制されつつ、吸入弁が破損する可能性が低減される。

本発明の一実施形態に係る燃料ポンプを備えたエンジンの概略図である。 前記燃料ポンプの全体構成を示す断面図である。 前記燃料ポンプに備えられている吸入弁及びその周辺部の拡大断面図である。 前記吸入弁の要部拡大断面図である。 前記吸入弁の拡径部の軸部側の面における拡径部と軸部との境界部及びその周辺部の応力分布を示す部分拡大斜視図である。 前記拡径部の中空空間の径が図５よりも大きい場合の応力分布を示す部分拡大斜視図である。 前記拡径部の中空空間の径が図６よりも大きい場合の応力分布を示す部分拡大斜視図である。 前記応力分布を重ねて示すグラフである。 問題の所在の説明図である。 前記実施形態の作用の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

（１）全体構成
本実施形態において、本発明に係る燃料ポンプ３０は、図１に示すエンジン１に採用されている。エンジン１は、直列４気筒、４サイクルの火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン１は、エンジン本体２に設けられた各気筒３（図１には１つのみ図示）に摺動自在に挿嵌されたピストン４と、ピストン４にコネクティングロッド５を介して連結されたクランクシャフト６と、ピストン４の上方に画成された燃焼室７に燃料を噴射するインジェクタ８と、燃焼室７の天井部に配設された点火プラグ９と、吸気カムシャフト１０で駆動されて吸気ポート１１を開閉する吸気弁１２と、排気カムシャフト１３で駆動されて排気ポート１４を開閉する排気弁１５とを備えている。燃料ポンプ３０は、エンジン本体２の上部に設けられたヘッドカバー１６に隣接して気筒列方向の一端部の排気側に配設されている。

燃料タンク２１に貯留されている液体燃料（ガソリン）は、汲み上げポンプ２２により汲み上げられて、供給管２３を経由して燃料ポンプ３０に供給される。燃料ポンプ３０に供給された燃料は、燃料ポンプ３０により所定の目標圧力まで加圧された後、吐出管２４を経由して蓄圧レール２５に供給される。蓄圧レール２５に供給された燃料は、蓄圧レール２５からインジェクタ８に送られて、インジェクタ８から燃焼室７に噴射される。

（２）燃料ポンプ
（ａ）構成
図２に示すように、燃料ポンプ３０は、相互に連結されたカムハウジング３１とバルブハウジング３２とを有する。カムハウジング３１は燃料ポンプ３０の下部分の外観を構成し、バルブハウジング３２は燃料ポンプ３０の上部分の外観を構成する。

カムハウジング３１は、排気カムシャフト１３の一端部に一体に設けられたポンプ用カム３３を収容する。このポンプ用カム３３に従動するローラ３４を軸３４ａで回転自在に支持するスライダ３５がカムハウジング３１に上下方向に摺動自在に挿嵌されている。

スライダ３５とバルブハウジング３２との間にコイルスプリング３６が介装されている。このコイルスプリング３６によりスライダ３５を介してローラ３４がポンプ用カム３３の作用面に付勢されている。

スライダ３５に上下方向に延びるプランジャ３７が一体に立設されている。プランジャ３７の上部分はバルブハウジング３２の軸中心部に形成された円筒空間３８に突入している。

図３に示すように、前記円筒空間３８の上方に拡径円筒空間３９が形成されている。この拡径円筒空間３９はバルブハウジング３２の軸中心部に形成され、前記円筒空間３８よりも径が大きく、前記円筒空間３８と連続して形成されている。この拡径円筒空間３９に、下から順に、円環状のスペーサ４０、円筒状の着座部材４１、及び円筒状の固定部材４２が積層されている。前記スペーサ４０及び着座部材４１は固定部材４２により拡径円筒空間３９内に固定されている。

前記着座部材４１は、上から順に、軸中心部に形成されたガイド孔４１ａ、このガイド孔４１ａと連続して形成された内部空間４１ｂ、及びこの内部空間４１ｂの下部開口にテーパー状に形成された着座部４１ｃを有する。

前記着座部材４１に吸入弁６０が備えられている。吸入弁６０は、上下方向に延びる軸部６０Ａと、この軸部６０Ａの下端部に設けられた弁本体としての円盤状の拡径部６０Ｂとを有する。この吸入弁６０の軸部６０Ａが前記ガイド孔４１ａに上下方向に摺動自在に挿嵌されている。

吸入弁６０の軸部６０Ａの上端部にブラケット６１が組み付けられている。このブラケット６１と着座部材４１との間にコイルスプリング６２が介装されている。このコイルスプリング６２により吸入弁６０が上方に付勢されている。

吸入弁６０の拡径部６０Ｂの軸部６０Ａ側の面（上面）の周縁部はテーパー状に形成されている。吸入弁６０が上方に移動したとき、前記拡径部６０Ｂの上面のテーパー状の周縁部が前記着座部材４１の下面のテーパー状の着座部４１ｃに当接する。つまり吸入弁６０が閉じた閉弁状態となる。一方、吸入弁６０が下方に移動したとき、前記拡径部６０Ｂの周縁部が前記着座部材４１の着座部４１ｃから離間する。つまり吸入弁６０が開いた開弁状態となる（図２及び図３の状態）。

図３に示すように、バルブハウジング３２の側壁の一部に、第１連通路４７、第１連通路４７よりも径が大きい第２連通路４８、及び第１連通路４７よりも径が大きく第２連通路４８よりも径が小さい第３連通路４９が、バルブハウジング３２の径方向の内方側から外方側に向けてこの順に相互に連続して形成されている。これらの連通路４７〜４９は協働して円筒空間３８の上部とバルブハウジング３２の外周部とを連通する。

第２連通路４８に逆止弁５０がバルブハウジング３２の径方向に摺動自在に挿嵌され、第３連通路４９に受け部材５１が固定されている。逆止弁５０と受け部材５１との間にコイルスプリング５２が介装されている。このコイルスプリング５２により逆止弁５０がバルブハウジング３２の径方向の内方側に付勢されている。

逆止弁５０はバルブハウジング３２の内方側に移動すると閉弁状態となり（図２及び図３の状態）、バルブハウジング３２の外方側に移動すると開弁状態となる。

本実施形態において、前記プランジャ３７の上端面と、前記吸入弁６０の拡径部６０Ｂの反軸部６０Ａ側の面（下面）と、前記逆止弁５０の内方側の端面とで囲まれたバルブハウジング３２内の空間が、燃料を加圧するための加圧室４６を構成する。詳しくは、円筒空間３８の上部を含んで形成される前記プランジャ３７と前記吸入弁６０との間の上部空間４５と、前記第１連通路４７とが加圧室４６を構成する。

つまり、プランジャ３７は、ポンプ用カム３３により加圧室４６に対して進出又は後退する（図２及び図３は最も後退した状態を示す）。

図３に示すように、バルブハウジング３２の側壁の他の一部に、バルブハウジング３２の外周部と拡径円筒空間３９とを連通する第４連通路４４が形成されている。着座部材４１の側壁の一部に、拡径円筒空間３９と着座部材４１の内部空間４１ｂとを連通する第５連通路４１ｄが形成されている。

本実施形態において、前記第４連通路４４、前記着座部材４１の外周部の拡径円筒空間３９、前記第５連通路４１ｄ、及び前記内部空間４１ｂが、加圧室４６に燃料を吸入するための吸入通路８０を構成する。

つまり、吸入弁６０は、吸入通路８０と加圧室４６との接続部に配設され、開閉することにより吸入通路８０と加圧室４６とを連通又は遮断する（図２及び図３は連通した状態を示す）。着座部４１ｃは、吸入通路８０と加圧室４６との接続部に設けられている。

本実施形態において、前記第２連通路４８、前記逆止弁５０に形成された連通路及び内部空間５０ａ、前記コイルスプリング５２の介装空間５２ａ、前記受け部材５１に形成された内部空間５１ａ、及び前記第３連通路４９が、加圧室４６から燃料を吐出するための吐出通路９０を構成する。

つまり、逆止弁５０は、吐出通路９０と加圧室４６との接続部に配設され、開閉することにより吐出通路９０と加圧室４６とを連通又は遮断する（図２及び図３は遮断した状態を示す）。

図２に示すように、バルブハウジング３２の外周面の一部に凹部８１が形成されている。この凹部８１は前記第４連通路４４が位置する部分に形成されている。この凹部８１を覆うようにカバー部材８２が組み付けられている。これらの凹部８１とカバー部材８２とにより燃料導入室８３が画成されている。

燃料導入室８３に圧力脈動を低減するためのパルセーションダンパ４３が収容されている。燃料導入室８３に前記燃料タンク２１からの供給管２３（図１参照）のポンプ側端部が接続されている。一方、前記第３連通路４９の外方側の端部に前記蓄圧レール２５への吐出管２４（図１参照）のポンプ側端部が接続されている。

前記供給管２３から燃料導入室８３に供給された燃料は、パルセーションダンパ４３で圧力脈動が低減された後、図３に示す吸入通路８０（４４，３９，４１ｄ，４１ｂ）、加圧室４６（４５，４７）、及び吐出通路９０（４８，５０ａ，５２ａ，５１ａ，４９）を順に通過して、前記吐出管２４に吐出される。

図２に示すように、バルブハウジング３２の上端にソレノイド装置７９が配設されている。ソレノイド装置７９は、作動（オン）時に吸入弁６０を閉じ、非作動（オフ）時に吸入弁６０を開くためのものである。

ソレノイド装置７９は、基部材７４、カバー部材７７、固定部材７６、及びコネクタ部材７８により外観が構成されている。基部材７４の軸中心部にガイド部材７５が配設されている。このガイド部材７５に出力ロッド７０が上下方向に摺動自在に挿嵌されている。

出力ロッド７０の下端部は吸入弁６０の軸部６０Ａの上端部と当接し（図３参照）、出力ロッド７０の上端部は可動鉄心７１に連結されている。可動鉄心７１と固定部材７６との間にコイルスプリング７２が介装されている。このコイルスプリング７２により出力ロッド７０が下方に付勢されている。

出力ロッド７０を下方に付勢するコイルスプリング７２の付勢力は、吸入弁６０を上方に付勢するコイルスプリング６２（図３参照）の付勢力よりも大きい。そのため、ソレノイド装置７９の非作動時は、吸入弁６０は前記コイルスプリング７２により出力ロッド７０を介して下方に移動し、開弁状態となる（図２及び図３の状態）。

カバー部材７７にソレノイド７３が収容されている。ソレノイド７３の非通電（オフ）時は、前述のように、吸入弁６０は前記コイルスプリング７２により下方に移動し、開弁状態となる。

一方、ソレノイド７３の通電（オン）時は、可動鉄心７１が前記コイルスプリング７２の付勢力に打ち勝って上方に引き寄せられる。そのため、ソレノイド装置７９の作動時は、吸入弁６０はコイルスプリング６２（図３参照）により上方に移動し、閉弁状態となる。

つまり、ソレノイド装置７９は、非作動時に吸入弁６０を開弁状態とする、ノーマルオープンタイプである。

（ｂ）動作
燃料ポンプ３０は、燃料を加圧室４６に吸入する吸入行程、加圧室４６内の燃料を加圧する加圧行程、加圧した燃料を加圧室４６から吐出する吐出行程を繰り返す。

エンジン１の運転中、プランジャ３７は、ポンプ用カム３３の作用により加圧室４６に対して進出又は後退する往復移動を繰り返す。プランジャ３７が加圧室４６に進出するとき、加圧室４６の容積は減少し、プランジャ３７が加圧室４６から後退するとき、加圧室４６の容積は増大する。

いま、プランジャ３７が最も進出し、加圧室４６の容積が最小になっているとする。このとき、吐出行程が終了し、吸入行程が開始する。プランジャ３７は、進出移動から後退移動に切り替わる。吸入弁６０は、ソレノイド装置７９がオンからオフに切り替わることにより、閉弁状態から開弁状態に切り替わる。逆止弁５０は、加圧室４６内の燃圧が上昇から下降に切り替わることにより、バルブハウジング３２の外方側に移動する開弁状態からバルブハウジング３２の内方側に移動する閉弁状態に切り替わる。加圧室４６には燃料が満ちている。プランジャ３７の後退に伴い加圧室４６の容積が増大するため、吸入通路８０から加圧室４６に燃料が吸入される。

プランジャ３７が最も後退し、加圧室４６の容積が最大になると、吸入行程が終了し、加圧行程が開始する（図２及び図３の状態）。プランジャ３７は、後退移動から進出移動に切り替わる。吸入弁６０は、ソレノイド装置７９がオフからオンに切り替わることにより、開弁状態から閉弁状態に切り替わる。逆止弁５０は、加圧室４６内の燃圧が低下しているのでバルブハウジング３２の内方側に移動する閉弁状態のままである。プランジャ３７の進出に伴い加圧室４６の容積が減少するため、加圧室４６内の燃料が加圧される。

プランジャ３７の進出移動の途中で、加圧室４６内の燃料が所定の目標圧力（例えば１２０ＭＰａ）まで加圧されると、加圧行程が終了し、吐出行程が開始する。すなわち、逆止弁５０が加圧室４６内の燃圧を受けて閉弁状態からバルブハウジング３２の外方側に移動する開弁状態に切り替わる。これにより、加圧された燃料が加圧室４６から吐出通路９０に吐出される。この加圧行程はプランジャ３７が最も進出するまで続き、その後、吸入行程に移行する。

燃料ポンプ３０の吐出圧は、吸入行程における加圧室４６への燃料の吸入量で調整される。燃料の吸入量は、吸入弁６０の開弁時間の長さ、つまりソレノイド装置７９のオフ時間の長さで調整される。

（３）問題の所在
燃料ポンプ３０の動作中、吸入弁６０の閉弁時（加圧室４６内の燃圧が上昇する加圧行程及び吐出行程）は、拡径部６０Ｂの上面の周縁部が着座部４１ｃに支持された状態で、拡径部６０Ｂの下面に加圧室４６内の燃圧が作用する。そのため、前記周縁部を除く拡径部６０Ｂに加圧室４６側から吸入通路８０側に向かう曲げモーメントが発生し、拡径部６０Ｂの上面における拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘ（図３参照）に応力集中が発生し、吸入弁６０が破損する可能性がある。

このような不具合に対処するため、図９に鎖線で示すように、拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘの外径が連続して変化するように前記境界部６０Ｘに大きな丸みをつけることが考えられる。しかし、そうすると、丸みをつけた分だけ吸入弁６０の質量が増加し、吸入弁６０の閉弁時に拡径部６０Ｂが着座部４１ｃに当接する際に発生する打音が大きくなる。

本実施形態では、インジェクタ８は燃料を吸気ポート１１ではなく燃焼室７に直接噴射する直噴式である。また、エンジン１の幾何学的圧縮比及び有効圧縮比は燃焼効率向上の観点から従来のガソリンエンジンに比べて高い値に設定されている。そのため、燃料ポンプ３０の吐出圧、すなわち加圧室４６内の燃圧が従来に比べて高い値に設定されている（例えば１２０ＭＰａ）。その結果、前記のような吸入弁６０の破損の問題及び打音の問題がより大きくなる。

（４）特徴的構成
本実施形態では、吸入弁６０の質量を増加させることなく、吸入弁６０の閉弁時に拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘに発生する応力集中を抑制するため、図４に示すように、吸入弁６０の拡径部６０Ｂの内部に中空空間６０Ｄが形成されている。中空空間６０Ｄは、拡径部６０Ｂと同様、円盤状である。中空空間６０Ｄの径Ｒは、軸部６０Ａの径ｒよりも大きい値に設定されている。

本実施形態では、拡径部６０Ｂだけでなく、吸入弁６０の軸部６０Ａの内部にも中空空間６０Ｃが形成されている。これらの軸部６０Ａの中空空間（軸部中空空間）６０Ｃと拡径部６０Ｂの中空空間（拡径部中空空間）６０Ｄとは相互に連続している。

本実施形態では、拡径部中空空間６０Ｄの径Ｒは、吸入弁６０の閉弁時に着座部４１ｃに当接する拡径部６０Ｂの上面の周縁部の内径よりも小さい値に設定されている。換言すれば、拡径部中空空間６０Ｄは前記周縁部までは及んでいない。

このような構成により次のような作用が得られる。図１０（ａ）は、閉弁時に着座部４１ｃに着座した吸入弁６０の模式図、図１０（ｂ）は、前記吸入弁６０の拡径部６０Ｂの上面に発生する加圧室４６側から吸入通路８０側に向かう曲げモーメントの大きさを示すグラフである。図１０（ｂ）において、ｘ１，ｘ８は拡径部６０Ｂの周縁部の外端の位置、ｘ２，ｘ７は拡径部６０Ｂの周縁部の内端の位置、ｘ３，ｘ６は拡径部中空空間６０Ｄの外端の位置、ｘ４，ｘ５は軸部６０Ａの外周面の位置を示す。

図１０（ａ）に示すように、吸入弁６０の閉弁時は、拡径部６０Ｂの上面の周縁部が着座部４１ｃに支持された状態で、拡径部６０Ｂの下面に加圧室４６内の燃圧Ｐが作用している。この状態を単純支持はり（拡径部６０Ｂ）に等分布荷重（燃圧Ｐ）が作用している状態と考えると、拡径部６０Ｂが中実である場合は、図１０（ｂ）に鎖線で示すように、拡径部６０Ｂの上面の各位置ｘ１〜ｘ８に発生する加圧室４６側から吸入通路８０側に向かう（下方から上方に向かう）曲げモーメントの大きさは、着座部４１ｃに支持された周縁部からの径方向の距離が遠くなるほど（すなわち軸中心部に近づくほど）大きくなる。

拡径部６０Ｂの上面の軸中心部には、上下方向に延びて上下方向の荷重に対する剛性が大きい軸部６０Ａが連結している。そのため、軸部６０Ａが前記曲げモーメントを受けて上下方向に変形し難いので、拡径部６０Ｂの上面における拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘに応力集中が発生し、吸入弁６０が破損する可能性がある。

これに対し、拡径部６０Ｂを中空構造とすることで、拡径部６０Ｂの下面から上面への燃圧Ｐの伝達が弱められる。詳しくは、拡径部中空空間６０Ｄが形成されている範囲内において、拡径部６０Ｂの下面から上面への燃圧Ｐの伝達が弱められる。その結果、図１０（ｂ）に実線で示すように、ｘ３〜ｘ６の範囲内において、前記曲げモーメントの大きさが低下する。

しかも、拡径部中空空間６０Ｄの径Ｒが軸部６０Ａの径ｒよりも大きい値に設定されているから、前記ｘ３〜ｘ６の範囲内に軸部６０Ａの外周面の位置ｘ４，ｘ５が含まれる。そのため、拡径部６０Ｂの上面における拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘに発生する前記曲げモーメントの大きさが低下する。その結果、前記境界部６０Ｘに発生する応力集中が抑制され、吸入弁６０が破損する可能性が低減される。

加えて、軸部６０Ａの内部にも中空空間６０Ｃが形成されているから、軸部６０Ａの剛性が低下し、軸部６０Ａが変形し易くなる。さらに、軸部中空空間６０Ｃと拡径部中空空間６０Ｄとが相互に連続しているから、拡径部６０Ｂの上面における拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘを含めたその周辺部の剛性が均一化する。その結果、前記境界部６０Ｘに発生する応力集中がより一層抑制される。

加えて、拡径部中空空間６０Ｄの径Ｒは、吸入弁６０の閉弁時に着座部４１ｃに当接する拡径部６０Ｂの周縁部の内径よりも小さい値に設定されているから、前記周縁部の剛性が低下せず、前記周縁部の変形が抑制される。そのため、吸入弁６０の閉弁時は、前記周縁部が着座部４１ｃに安定して支持され、吸入弁６０の閉弁状態が安定して維持される。

図５〜図７は、図４に示す吸入弁６０に関し、拡径部６０Ｂの上面における拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘ及びその周辺部の応力分布の解析結果を示す部分拡大斜視図である。図中、ハッチングの濃い部分ほど応力が大きいことを示す。

吸入弁６０の寸法に関し、軸部６０Ａの直径（図１０（ｂ）のｘ４〜ｘ５）は３ｍｍ（図４のｒ＝１．５ｍｍ）、拡径部６０Ｂの直径（図１０（ｂ）のｘ１〜ｘ８）は１２ｍｍ、拡径部６０Ｂの周縁部の内径（図１０（ｂ）のｘ２〜ｘ７）は１０ｍｍとした。拡径部中空空間６０Ｄの直径（図１０（ｂ）のｘ３〜ｘ６）は、図５が４ｍｍ（図４のＲ＝２ｍｍ）、図６が５ｍｍ（図４のＲ＝２．５ｍｍ）、図７が６ｍｍ（図４のＲ＝３ｍｍ）とした。軸部中空空間６０Ｃの直径は２ｍｍとした。

図示したように、拡径部中空空間６０Ｄの径Ｒが大きくなるほど、拡径部６０Ｂの上面に発生する応力が分散し低下することが分かる。

図８は、図５〜図７の解析結果をグラフで示したものである。図中、点線Ｒ２は図５、実線Ｒ２．５は図６、破線Ｒ３は図７に相当する。縦軸は応力（ＭＰａ）、横軸は軸心からの径方向距離（ｍｍ）である。すなわち、軸心からの径方向距離が１．５ｍｍから５ｍｍの範囲で解析結果を示す（図１０（ｂ）のｘ４〜ｘ２及びｘ５〜ｘ７の範囲）。

図示したように、拡径部中空空間６０Ｄの径Ｒが大きくなるほど、拡径部６０Ｂの上面に発生する応力が分散し低下することがさらによく分かる。

図８に、比較のため、軸部中空空間６０Ｃ及び拡径部中空空間６０Ｄを全く形成しない場合を鎖線Ｒ０で示し、軸部中空空間６０Ｃ及び拡径部中空空間６０Ｄを形成するが拡径部中空空間６０Ｄの径Ｒが軸部６０Ａの径ｒよりも大きくない場合を鎖線Ｒ１で示す。

図示したように、吸入弁６０が中実構造の場合（鎖線Ｒ０）は、拡径部６０Ｂの上面における拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘに著しい応力集中が発生し、拡径部中空空間６０Ｄが前記境界部６０Ｘをカバーできていない場合（鎖線Ｒ１）は、前記応力集中は幾分弱まるものの、依然として前記境界部６０Ｘに大きい応力集中が発生している。

（５）作用等
以上のように、本実施形態では、燃料を加圧するための加圧室４６と、前記加圧室４６に燃料を吸入するための吸入通路８０と、開閉することにより前記加圧室４６と前記吸入通路８０とを連通又は遮断する吸入弁６０とを備える燃料ポンプ３０において、次のような特徴的構成を採用した。

すなわち、前記吸入弁６０は、開閉方向に延び、前記吸入通路８０側に配置された軸部６０Ａと、この軸部６０Ａの一端部に設けられ、前記加圧室４６側に配置された拡径部６０Ｂとを有する。前記吸入弁６０は、閉弁時は、前記拡径部６０Ｂの軸部６０Ａ側の面の周縁部が、吸入通路８０と加圧室４６との接続部に設けられた着座部４１ｃに当接する。

その上で、前記拡径部６０Ｂの内部に、前記軸部６０Ａの径ｒよりも大きい径Ｒの中空空間６０Ｄが形成されている。

この構成によれば、燃料を加圧するための加圧室４６とこの加圧室４６に燃料を吸入するための吸入通路８０とを連通又は遮断する吸入弁６０を備えた燃料ポンプ３０において、吸入弁６０の拡径部６０Ｂの内部に軸部６０Ａの径ｒよりも大きい径Ｒの中空空間６０Ｄが形成されているので、たとえ吸入弁６０の閉弁時に拡径部６０Ｂの軸部６０Ａ側の面の周縁部が着座部４１ｃに支持された状態で拡径部６０Ｂの反軸部６０Ａ側の面に加圧室４６内の燃圧Ｐが作用しても、拡径部６０Ｂの軸部６０Ａ側の面における拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘへの前記燃圧Ｐの伝達が弱められる。そのため、前記境界部６０Ｘに発生する応力集中が抑制され、吸入弁６０が破損する可能性が低減される。

しかも、拡径部６０Ｂが中空構造とされることにより、吸入弁６０が軽量化するので、吸入弁６０の閉弁時に拡径部６０Ｂが着座部４１ｃに当接する際に発生する打音も抑制される。

以上により、本実施形態によれば、吸入弁６０の質量を増加させることなく、吸入弁６０の閉弁時に拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘに発生する応力集中が抑制された燃料ポンプ３０が提供される。

本実施形態では、前記軸部６０Ａの内部にも中空空間６０Ｃが形成され、この軸部中空空間６０Ｃと前記拡径部中空空間６０Ｄとが相互に連続している。

この構成によれば、拡径部６０Ｂの軸部６０Ａ側の面における拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘを含めたその周辺部の剛性が均一化する。そのため、前記境界部６０Ｘに発生する応力集中がより一層抑制される。また、吸入弁６０の軽量化がさらに進み、吸入弁６０の閉弁時に発生する打音もより一層抑制される。

本実施形態では、前記拡径部中空空間６０Ｄの径Ｒ（図１０（ｂ）のｘ３〜ｘ６）は、前記着座部４１ｃに当接する前記拡径部６０Ｂの周縁部の内径（図１０（ｂ）のｘ２〜ｘ７）よりも小さい値に設定されている。

この構成によれば、前記拡径部６０Ｂの周縁部の剛性が低下しないので、吸入弁６０の閉弁時は、前記周縁部が着座部４１ｃに安定して支持され、吸入弁６０の閉弁状態が安定して維持される。

なお、図４に鎖線で示すように、吸入弁６０の拡径部６０Ｂと軸部６０Ａとの境界部６０Ｘの外径が連続して変化するように前記境界部６０Ｘに丸みを形成してもよい。

この構成によれば、前記境界部６０Ｘの外径が連続して変化するので、前記境界部６０Ｘに発生する応力集中がさらに抑制される。しかも、吸入弁６０が中空構造とされて軽量化しているので、たとえ丸みが形成された分だけ吸入弁６０の質量が増加しても、打音が大きくなる問題は抑制される。

また、前記実施形態では、吸入弁６０の軸部６０Ａの内部にも中空空間６０Ｃを形成したが、吸入弁６０の拡径部６０Ｂの内部にのみ中空空間６０Ｄを形成してもよい。

また、エンジン１は火花点火式ガソリンエンジンに限らず、ＨＣＣＩ燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）が可能な予混合圧縮着火式ガソリンエンジンでもよい。

１ エンジン
７ 燃焼室
８ インジェクタ
２１ 燃料タンク
２３ 供給管
２４ 吐出管
２５ 蓄圧レール
３０ 燃料ポンプ
３７ プランジャ
４１ｃ 着座部
４６ 加圧室
５０ 逆止弁
６０ 吸入弁
６０Ａ 軸部
６０Ｂ 拡径部
６０Ｃ 軸部中空空間
６０Ｄ 拡径部中空空間
６０Ｘ 境界部
７９ ソレノイド装置
８０ 吸入通路
９０ 吐出通路
Ｐ 燃圧
Ｒ 拡径部中空空間の径
ｒ 軸部の径

Claims (4)

1. 燃料を加圧するための加圧室と、
   前記加圧室に燃料を吸入するための吸入通路と、
   開閉することにより前記加圧室と前記吸入通路とを連通又は遮断する吸入弁とを備える燃料ポンプであって、
   前記吸入弁は、開閉方向に延び、前記吸入通路側に配置された軸部と、この軸部の一端部に設けられ、前記加圧室側に配置された拡径部とを有し、
   前記吸入弁の閉弁時は、前記拡径部の軸部側の面の周縁部が吸入通路と加圧室との接続部に設けられた着座部に当接し、
   前記拡径部の内部に、前記軸部の径よりも大きい径の中空空間が形成されていることを特徴とする燃料ポンプ。
2. 請求項１に記載の燃料ポンプにおいて、
   前記軸部の内部にも中空空間が形成され、この軸部の中空空間と前記拡径部の中空空間とが相互に連続していることを特徴とする燃料ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の燃料ポンプにおいて、
   前記拡径部と軸部との境界部の外径が連続して変化するように前記境界部に丸みが形成されていることを特徴とする燃料ポンプ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料ポンプにおいて、
   前記拡径部の中空空間の径は、前記着座部に当接する前記拡径部の周縁部の内径よりも小さい値に設定されていることを特徴とする燃料ポンプ。

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