JP2016142144A - バルブ機構及びこれを備えた高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブのバルブホルダの傾き、偏心、ストロークを簡素な構造で抑制することができるバルブ機構を提供する。【解決手段】バルブハウジング部と、バルブハウジング部の内側に配置されるバネ部と、バネ部により駆動されバルブを支持するバルブホルダ部と、バルブが着座、又は離座するシート部と、バルブホルダ部からシート部と反対側に突出する突出部と、突出部が内周側に挿入される挿入部と、バルブホルダ部とバルブハウジング部との隙間は、挿入部と突出部との隙間よりも小さく形成されるバルブ機構である。【選択図】図９

Description

本発明は、バルブ機構及びこれを備え内燃機関の燃料噴射弁に燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプに関する。

自動車等の内燃機関の内、燃焼室へ直接的に燃料を燃焼室内部へ噴射する直接噴射タイプにおいて、燃料を高圧化し所望の燃料流量を吐出する電磁吸入弁を備えた高圧燃料供給ポンプが広く用いられている。

特許５１０３８３８号公報においては、高圧燃料供給ポンプにおいて燃料圧力が異常高圧となった場合に、その異常高圧燃料をリリーフするリリーフバルブを備え、高圧燃料供給ポンプその他の部品の破損を防ぐと同時に、外部への燃料漏れを防ぐ役目を果たす。

特許第５１０３８３８号公報

リリーフバルブは、高圧燃料供給ポンプの故障等により発生した異常高圧をリリーフする機能を有する。リリーフバルブのバルブにはボールを用いており、このボールバルブをリリーフシートにリリーフばねの荷重によって押し付ける構造である。リリーフバルブの開弁圧力はリリーフばねの荷重によって調整し、使用最大燃料圧力よりも高く設定されている。高圧燃料の圧力がこのセット圧力を超過すると、リリーフバルブが開弁し異常高圧燃料を低圧側へ開放する。一般的にリリーフバルブの中で、最も通路面積が狭いのはボールバルブとリリーフシートの隙間である。リリーフバルブの開弁量が十分大きくないと、ボールバルブとリリーフシートの間の燃料通路面積を十分に確保できず、異常高圧となった燃料圧力を十分に低い圧力に開放することが出来なかった。

そのため、特許文献１によると、ボールバルブにリリーフばねのばね荷重を伝達するボールホルダの外周側面と、その外周に位置する部材との隙間を小さくして、リリーフバルブ内のボールバルブより下流側に、絞りを設ける構造とした。これにより、ボールホルダとリリーフシートの間の中間室の圧力が低圧側よりも高くなり、その圧力がホールホルダの開弁方向に作用し、ボールホルダ及びボールバルブを大きなストロークで移動さることが出来る。そうすると、ボールバルブとリリーフシート間の隙間を大きく開放することが可能となり、これにより、異常高圧となった燃料を十分に低い圧力に開放することが出来る。

しかしながら、上記従来技術においては、次のような問題がある。
上記方式のリリーフバルブでは、中間室の圧力の管理が重要であるが、ボールホルダの傾きや偏心が大きいと、その隙間に発生する差圧が大きく変化し、期待する効果が得られない。そこで本発明はバルブのバルブホルダの傾き、偏心、ストロークを簡素な構造で抑制することができるバルブ機構を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明はバルブハウジング部と、バルブハウジング部の内側に配置されるバネ部と、バネ部により駆動されバルブを支持するバルブホルダ部と、バルブが着座、又は離座するシート部と、バルブホルダ部からシート部と反対側に突出する突出部と、突出部が内周側に挿入される挿入部と、バルブホルダ部とバルブハウジング部との隙間は、挿入部と突出部との隙間よりも小さく形成される。

上記した本発明によれば、バルブのバルブホルダの傾き、偏心、ストロークを簡素な構造で抑制することができるバルブ機構を提供することが可能となる。本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例において詳細に説明する。

第一実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 第一実施例による高圧燃料供給ポンプの別の縦断面図である。 第一実施例による高圧燃料供給ポンプの横断面図である。 第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が開弁状態にある状態を示す。 第一実施例による高圧燃料供給ポンプのリリーフバルブの拡大断面図であり、リリーフバルブの閉弁状態を示す。 第一実施例による高圧燃料供給ポンプのリリーフバルブの拡大断面図であり、リリーフバルブの開弁状態を示す。 第一実施例による高圧燃料供給ポンプの各部位での圧力状態を示すグラフである。 第一実施例による高圧燃料供給ポンプを含む燃料供給システム図の一例である。 第一実施例による高圧燃料供給ポンプのリリーフバルブの拡大断面図であり、リリーフバルブの傾き状態を示す。 第一実施例によるリリーフバルブの軸方向断面図を示す。 第二実施例による高圧燃料供給ポンプのリリーフバルブ近傍の拡大断面図である。 第三実施例によるリリーフバルブの軸方向断面図を示す。 第四実施例によるリリーフバルブの部品を示す。 第五実施例によるリリーフバルブの軸方向断面図を示す。

以下図面に示す実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

図８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燃料供給ポンプ（以下、高圧ポンプと呼ぶ）本体を示し、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を通して高圧ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。

低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は圧力脈動低減機構９、吸入通路１０ｄを介して
容量可変機構を構成する電磁吸入弁３００の吸入ポート３１ｂに至る。

電磁吸入弁３００に流入した燃料は、吸入弁３０を通過し加圧室１１に流入する。エンジンのカム機構９３によりプランジャ２に往復運動する動力が与えられ、プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降行程には吸入弁３０部から燃料を吸入し、上昇行程には、燃料が加圧され、吐出弁機構８を介し、圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ燃料が圧送され、ＥＣＵ２７からの信号に基づきインジェクタ２４がエンジンへ燃料を噴射する。

高圧ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁吸入弁への信号により、所望の供給燃料となるよう燃料流量を吐出する。

図１、図２、図３及び図４を用い高圧ポンプの構成及び動作について述べる。

一般に高圧ポンプはポンプ本体１に設けられたフランジ１ｅを用い内燃機関のシリンダヘッド９０の平面に密着し、複数のボルト９１で固定される。取付けフランジ１ｅは溶接部１ｆにてポンプ本体１に全周を溶接結合されて環状固定部を形成している。本実施例では、レーザー溶接を用いている。

シリンダヘッド９０とポンプ本体１間のシールのためにＯリング６１がポンプ本体１に嵌め込まれ、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

ポンプ本体１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、かつ内部に加圧室１１を形成するよう端部が有底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は燃料を供給するための電磁吸入弁３００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に連通するよう、外周側に環状の溝６ａと、前記環状の溝と加圧室とを連通する複数個の連通穴６ｂが設けられている。

シリンダ６はその外径において、ポンプ本体１と圧入固定され、ポンプ本体１との隙間から加圧した燃料が低圧側に漏れないよう圧入部円筒面でシールしている。また、シリンダ６の加圧室側外径に小径部６ｃを有し、加圧室１１の燃料が加圧されることによりシリンダ６が低圧燃料室１０ｃ側に力が作用するが、ポンプ本体１に小径部１ａを設けることで、シリンダ６が低圧燃料室１０ｃ側に抜けることを防止している。お互いの面を軸方向に平面に接触させることで、ポンプ本体１とシリンダ６との前記接触円筒面のシールに加え、二重のシールの機能をも果たす。

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９３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９２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９２に圧着されている。これによりカム９３の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に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がシリンダ６の図中下方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、プランジャ２が摺動したとき、副室７ａの燃料をシールし内燃機関内部へ流入するのを防ぐ。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）がポンプ本体１の内部に流入するのを防止する。

ポンプ本体１には吸入ジョイント５１が取り付けられている。吸入ジョイントは、車両の燃料タンク２０からの燃料を供給する低圧配管に接続されており、燃料はここから高圧ポンプ内部に供給される。吸入ジョイント５１内の吸入フィルタ５２は、燃料タンク２０から低圧燃料吸入口１０ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。

低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、圧力脈動低減機構９、低圧燃料流路１０ｄを介して電磁吸入弁３００の吸入ポート３１ｂに至る。

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、吐出弁シート８ａと接離する吐出弁機構８ｂ、吐出弁機構８ｂを吐出弁シート８ａに
向かって付勢する吐出弁ばね８ｃ、吐出弁機構８ｂのストローク（移動距離）を決めるストッパ８ｄから構成され、吐出弁ストッパ８ｄとポンプ本体１は当接部８ｅで溶接により接合され燃料と外部を遮断している。

加圧室１１と吐出弁室１２ａに燃料差圧が無い状態では、吐出弁機構８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、吐出弁室１２ａの燃料圧力よりも大きくなった時に始めて、吐出弁機構８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁し、加圧室１１内の燃料は吐出弁室１２ａ、燃料吐出通路１２ｂ、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。吐出弁機構８ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ８ｄと接触し、ストロークが制限される。したがって、吐出弁機構８ｂのストロークは吐出弁ストッパ８ｄによって適切に決定される。これによりストロークが大きすぎて、吐出弁機構８ｂの閉じ遅れにより、吐出弁室１２ａへ高圧吐出された燃料が、再び加圧室１１内に逆流してしまうのを防止でき、高圧ポンプの効率低下が抑制できる。また、吐出弁機構８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、吐出弁機構８ｂがストローク方向にのみ運動するように、吐出弁ストッパ８ｄの外周面にてガイドしている。以上のようにすることで、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。

これらの構成により、加圧室１１は、ポンプハウジング１、電磁吸入弁３００、プランジャ２、シリンダ６、吐出弁機構８にて構成される。

カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３方向に移動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１０ｄの圧力よりも低くなると、吸入弁３０は開口状態にあるので、開口部３０ｅを通り、ポンプ本体１に設けられた連通穴１ａと、シリンダ６の溝６ａ。連通孔６ｂを通過し、加圧室１１に流入する。

プランジャ２が吸入行程を終了した後、プランジャ２が上昇運動に転じ圧縮行程に移る。ここで電磁コイル４３は無通電状態を維持したままであり磁気付勢力は作用しない。ロッド付勢ばね４０は、無通電状態において吸入弁３０を開弁維持するのに必要十分な付勢力を有するよう設定されている。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３０の開口部３０ｅを通して吸入通路１０ｄ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３００に印加されると、電磁コイル４３には端子４６を介して電流が流れ、磁気付勢力がロッド付勢ばね４０の付勢力に打ち勝ってロッド３５が吸入弁３０から離れる方向に移動するので、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入通路１０ｄに流れ込むことによる流体力により吸入弁３０が閉弁する。閉弁後、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し、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁機構８を介して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からなる。そして、電磁吸入弁３００のコイル４３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４３へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中の、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１０ｄ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、通電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４３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４３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。

低圧燃料室１０には高圧ポンプ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に流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３０を通して吸入通路１０ｄへと戻される場合、吸入通路１０ｄへ戻された燃料により低圧燃料室１０には圧力脈動が発生する。しかし、低圧燃料室１０に設けた圧力脈動低減機構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イアフラムダンパで形成されており、圧力脈動はこの金属ダンパが膨張・収縮することで吸収低減される。９ｂは金属ダンパをポンプ本体１の内周部に固定するための取付金具であり、燃料通路上に設置されるため、複数の穴を設け前記取付金具９ｂの表裏に流体が自由に行き来できるようにしている。

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂを有し、プランジャの往復運動によって副室７ａの体積は増減する。副室７ａは燃料通路１０ｅにより低圧燃料室１０と連通している。プランジャ２の下降時は、副室７ａから低圧燃料室１０へ、上昇時は、低圧燃料室１０から副室７ａへと燃料の流れが発生する。

このことにより、ポンプの吸入行程もしくは、戻し行程におけるポンプ内外への燃料流量を低減することができ、高圧ポンプ内部で発生する圧力脈動を低減する機能を有している。

次に、図５、図６および図７を用いてリリーフバルブを詳述する。

図５はリリーフバルブ２００の閉弁状態を示し、図６はリリーフバルブ２００の開弁状態を示す。図７はリリーフバルブ２００周辺の各部位の圧力の状態を示す。

リリーフ弁２００はリリーフボディ２０１、バルブ２０２、バルブホルダ２０３、リリーフばね２０４、ばねストッパ２０５からなる。リリーフボディ２０１には、テーパー形状のシート部２０１ａ設けられている。バルブ２０２はリリーフばね２０４の荷重がバルブホルダ２０３を介して負荷され、シート部２０１ａに押圧され、シート部２０１ａと協働して燃料を遮断している。バルブ２０２の開弁圧力はリリーフばね２０４の荷重によって決定せれる。ばねストッパ２０５はリリーフボディ２０１に圧入固定されており、圧入固定の位置によってリリーフばね２０４の荷重を調整する。バルブホルダ２０３の最外周とリリーフボディ２０１の内周の隙間２１１は、燃料が通過する際に絞り効果が発生するように小さく設定する。その隙間を、「Ｂ」と記す。隙間２１１の前後で必要な圧力差を発生させるために、隙間「Ｂ」はある程度の小ささが必要である。直噴エンジン用の燃料ポンプであれば、概ね０．２ｍｍ以下程度が目安である。

リリーフホルダ２０３の後端の一部に突出部２０７があり、突出部２０７が挿入されている挿入部２０５ａがある。本実施例では挿入部２０５ａは、ばねストッパ２０５の一部として形成されているが、ばねストッパ２０５と別体で構成してもよい。突出部２０７と挿入部２０５ａの隙間を「Ａ」と記す。隙間「Ａ」は燃料流路と、バルブホルダ２０３の傾き規制としての機能する。

バルブホルダ２０３、リリーフボディ２０１とバルブ２０２の３部品で囲まれた空間を中間室２１０、リリーフばね２０４が収容されている空間とリリーフばね室２１２と称し、リリーフばね室１２はリリーフ通路２１３を介して加圧室１１に接続している。吐出ジョイント６０はポンプ本体１に溶接部６１にて溶接固定され燃料通路を確保している。

以上の通り本実施例のバルブ機構は、リリーフボディ２０１で構成されるバルブハウジング部と、リリーフボディ２０１の内側に配置されるリリーフばね２０４と、リリーフばね２０４により駆動されボールバルブ２０２を支持するバルブホルダ部２０３と、を備える。また、ボールバルブ２０２が着座、又は離座するシート部２０１ａと、バルブホルダ部２０３からシート部２０１ａと反対側に突出する突出部２０７と、突出部２０７が内周側に挿入される挿入部２０５ａと、を備える。そして、バルブホルダ部２０３とバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）との隙間Ｂは、挿入部２０５ａと突出部２０７との隙間Ａよりも小さく形成される。

ここで挿入部２０５ａの突出部２０７に対応する軸方向長さは突出部２０７の直径よりも長くなるように構成される。これにより、バルブホルダ部２０３の回転・並進を抑制し、バルブホルダ部２０３とバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）との隙間を燃料が通過する際に絞り効果が発生するように小さくすることができる。

突出部２０７は軸方向に長いため、突出部２０７が挿入部２０５ａと接触するところまで移動しても、バルブホルダ部２０３とバルブハウジング部との隙間の変化量は小さい。よってこの隙間を所望の範囲に管理することができる。また、突出部２０７と挿入部２０５ａの隙間を流路として活用することで、新たに流路を形成する必要が無くなり、部品を簡素化できる。

高圧燃料供給ポンプが正常に作動している場合、加圧室１１によって加圧された燃料は燃料吐出通路１２ｂを通過して燃料吐出口１２から高圧吐出される。このとき、リリーフバルブ２００の周りの圧力状態を示した図が図７である。

本実施例では、コモンレール２３の目標燃料圧力は１４．５ＭＰａである。コモンレール２３内の圧力は時間とともに脈動を繰り返すが、平均値は概ね目標燃料圧力と同等の１４．５ＭＰａである。

加圧行程の開始直後に加圧室１１内の圧力は急上昇してコモンレール２３内の圧力よりも高くなる。本実施例ではピーク値で約２３ＭＰａまで上昇している。それに伴い燃料吐出口１２の圧力も上昇して、加圧室１１内の圧力に近い値まで上昇する。本実施例ではピークで２１．５ＭＰａ程度まで上昇する。中間室２１０と隙間２１１、リリーフばね室２１２、リリーフ通路２１３、および加圧室１１は液圧的に接続しているので、中間室２１０およびリリーフばね室２１２の圧力は加圧室１１内の圧力と同程度となり、本実施例ではピークで２１．５ＭＰａ程度である。リリーフバルブ２００の開弁圧力は本実施例では１９ＭＰａにセットされており、リリーフバルブ２００の入り口付近である燃料吐出口１２の圧力は開弁圧力を超えるがリリーフバルブ２００は開弁しない。それは、中間室２１０およびリリーフばね室２１２の圧力もリリーフバルブ２００の開弁圧力を超え、バルブ２０２の入り口圧力と出口圧力の差が開弁圧力１９．５ＭＰａ以下であるからである。

加圧行程から吸入行程に移行すると、加圧室１１内の圧力は低圧（０．５ＭＰａ程度）に低下し、燃料吐出口１２の圧力はコモンレール２３内の圧力と同程度まで低下する。この時も、バルブ２０２の入り口圧力と出口圧力の差が開弁圧力１９．５ＭＰａ以下であるからリリーフバルブ２００は開弁しない。すなわち、高圧燃料供給ポンプが正常に作動している場合は、吸入行程中も加圧行程中も、リリーフバルブ２００は開弁しない。

次に、異常高圧燃料が発生した場合について述べる。
高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁３００の故障等により、燃料吐出口１２の圧力が異常に高圧になった場合は、リリーフバルブ２００により異常高圧をリリーフする。

吸入行程と戻し行程においては加圧室１１内の圧力は低圧（０．５ＭＰａ以下）であり、燃料吐出口１２の圧力が１９．５ＭＰａ以上になると、リリーフバルブ２００の入り口と出口の圧力差が１９ＭＰａを超えるため、リリーフバルブ２００が開弁（バルブ２０２がシート部２０１ａより離座）して異常高圧を加圧室１１へと逃がす。

吐出行程においては、前述と同様に、加圧室１１の圧力上昇に伴い、中間室２１０とリリーフばね室２１２の圧力も上昇するので、リーフバルブ２００の入り口と出口の圧力差が１９ＭＰａを超えず、リリーフバルブ２００が開弁しない。すなわち、吐出行程ではリリーフバルブ２００は異常高圧を開放することが出来ない。そのため、高圧になりすぎた燃料を逃がすのは、吸入行程と戻し行程のみであり、この限られた期間内に高圧燃料を十分に逃がす必要がある。

リリーフバルブ２００の流路中で、最も通路面積が狭い部位はシート部２０１ａとバルブ２０２の隙間であり、ここを大きくすることが、燃料を限られた時間内により多く逃がすのに重要となる。バルブホルダ２０３の最外周とリリーフボディ２０１の内周の隙間２１１は燃料が通過する際に圧力損失を発生する程度に小さい。隙間「Ｂ」の大きさは、ガソリン等の燃料を使用する場合は具体的には０．００５〜０．２ｍｍ程度である。

バルブ２０２がシート部２０１ａより離座して燃料吐出口１２の異常高圧燃料が中間室２１０に流入する。この時、バルブ２０２はリリーフばね２０４の荷重を受けているから、バルブ２０２がシート部２０１ａより離座するが、そのリフト量は小さい。中間室２１０に流入した燃料は隙間２１１を通ってリリーフばね室２１２、リリーフ通路２１３を通って加圧室１１へと開放される。この時、隙間２１１で絞り効果が発生し中間室２１０の圧力が、リリーフばね室２１２、リリーフ通路２１３および加圧室１１よりも高くなり、バルブホルダ２０３を図中左方向力に押す圧力が発生する。ここで、バルブ２０２とバルブホルダ２０３に負荷される力を列記すると下記の通りである。

（１）リリーフばね２０４による力 ： 閉弁方向
（２）燃料吐出口１２と中間室２１０の差圧による力 ： 開弁方向
（３）中間室２１０とリリーフばね室２１２の差圧による力 ： 開弁方向
燃料吐出口１２の圧力が上がり、中間室２１０との差圧がリリーフ弁の開弁圧力を超えると、バルブ２０２は離座する。上記の力関係を示すと以下となる。
(1) ＜ （２）
これだけではバルブ２０２のリフト量は小さく、限られた時間内に多くの燃料を逃がすことができない。しかし、上記（３）の力が加わることにより、開弁方向の力は上記（１）を大きく超え、バルブ２０２、バルブホルダ２０３は大きく開弁方向に移動する。
(1) ≪ （２） ＋ （３）
ポンプ本体のストッパ部２１４はバルブホルダ２０３のストロークを規制する。ストロークが最短の状態で、リリーフばね２０４は密着しないように設計されている。そのため、バルブホルダが規制される位置までリフトしても、リリーフばね２０４が密着してリリーフバルブ内部の流路を閉塞することはない。

上記（３）の力において、中間室２１０の圧力が作用する面はバルブホルダであり、その受圧面積はシート部２０１ａより数倍以上大きい。そのため、中間室２１０の圧力は燃料吐出口１２の圧力の数分の１以下であっても、バルブホルダ２０３を大きく開弁させる力を発生できる。すなわち、隙間２１１の差圧はそれほど大きい必要はない。

リリーフ流路２１３は、中心線がバルブホルダ２０３の中心線に対してオフセットした配置に設けられている。バルブホルダ２０３の中心線上には、ストッパ部２１４がある。ストッパ部２１４は突出部２０７に対してシート部２０１ａと反対側に配置され、突出部２０７と接触することでバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）のシート部２０１ａと反対側への移動を規制する。本実施例ではポンプ本体１の一部にストッパ部２１４が形成されているため、こうすることにより、新たにストッパ部材を設ける必要がなく、構造を簡素化できる。

ストッパ部２１４に対して突出部２０７と反対側に加圧室１１が配置され、ストッパ部２１４は突出部２０７と接触する接触部と、接触部の外周側に加圧室１１への流路を構成する穴が形成される。そうすることにより、高圧燃料ポンプが加圧中は、バルブ前後の圧力が同等になり、開弁しない構成となる。燃料をリリーフするのは加圧していないときのみとなる。

またバルブホルダ２０３はリリーフばね２０４の伸縮方向と交差する交差方向の大きさが突出部２０７の交差方向の大きさよりも大きい。すなわち、円筒形状で形成されるバルブホルダ２０３の直径が突出部２０７の直径よりも大きい。こうすることにより、バルブホルダ部より太い部位を設けることがなく、リリーフバルブ全体の小型化が実現できる。

突出部２０７の上記交差方向の大きさは、伸縮方向において、挿入部２０５ａの側よりもシート部２０１ａの側が大きくなるように形成される。リリーフばね室２１２は加圧室１１とつながっておりデッドスペースとなるが、これにより、このリリーフばね室２１２のデッドスペースを小さくすることができる。

バルブホルダ２０３は、円盤形状に形成され、中央部においてバルブ２０２を保持する。こうすることにより、バルブホルダを基本的に軸対称に形成し、製造方法の簡素化を実現できる。挿入部２０５ａは、リリーフばね２０４とは別体により形成され、バルブハウジング（リリーフボディ２０１）の内周側に位置する。これにより、バルブハウジングの内部に挿入部を固定し、リリーフバルブをサブアセンブリとして組み立てることができ、高圧燃料ポンプの組立性を向上できる。

バルブ２０２が閉じた状態において突出部２０５ａを上下方向の何れかに傾斜させた場合にバルブホルダ２０３の上下方向の端部の双方がバルブハウジング（リリーフボディ２０１）と接触するより先に突出部２０７が挿入部２０５ａと接触する。そうすることにより、バルブホルダの最大傾き角度を抑えることができ、バルブホルダの両端がバルブハウジングに接触してひっかかることを防ぐことができる。

挿入部２０５ａに形成される穴は、突出部２０７が挿入される穴の一つのみが形成される。挿入部２０５ａに対してバルブホルダ２０３と反対側に加圧室１１が配置され、挿入部２０５ａの突出部２０７が挿入される穴はリリーフばね２０４が配置されるリリーフばね室２１２から加圧室１１への流路を形成する。これによりリリーフバルブの流路を確保しつつ、挿入部材の加工工数を簡素化することができる。

別の実施例で説明するようにバルブ部２０２とバルブホルダ部２０３は一体の部材で構成されるようにしても構わない。またバルブハウジング（リリーフボディ２０１）はバルブ機構が取り付けられるボディにより構成されるようにしても構わない。

図９を用いて、傾き規制について説明する。

先述の通り、リリーフホルダ２０３の後端の突出部２０７と挿入部２０５ａの間には隙間を「Ａ」がある。挿入部２０５ａは突出部２０７の径方向の移動を規制し、バルブホルダ２０３の傾きを規制する。隙間２１１の径方向の隙間を「Ｂ」、軸方向の長さをＸ、隙間「Ａ」と「Ｂ」の距離をＬと示して以下説明する。

高圧燃料ポンプに用いられるリリーフバルブは、全般的に長細い形状のものが多いが、本実施例で示すリリーフバルブも同様に長細い。本実施例では、隙間２１１と挿入部２０５ａの距離Ｌは長い。そのため、突出部２０７が隙間「Ａ」の中で動いても、バルブホルダ２０３の傾き角度としては小さく、隙間２１１部の傾きを小さく抑えることができる。

隙間２１１の傾き角度を規制することにより、隙間２１１で発生する圧力損失を所定範囲に抑えることができ、上記効果を利用したリリーフバルブが実現可能となる。

計算式で説明すると、バルブホルダの最大傾き角度θｍａｘは、以下式で表せる。

θｍａｘ＝ｔａｎ^-1（Ａ／Ｌ）
距離Ｌに応じて隙間「Ａ」を適切に設計することにより、バルブホルダの最大傾き角度を所望の範囲に規制することができ、隙間部２１１で発生する圧力損失を適切な範囲に設計することができる。

図９ａにバルブホルダ２０３のシート側近傍の拡大図を示す。

バルブホルダが角度θｍａｘ傾いた場合、隙間「Ｂ」は以下式に示される量だけ狭くなる。

Ｘｓｉｎ（θｍａｘ）
上記値が、隙間「Ｂ」より大きくならないように、隙間「Ａ」を設計することにより、バルブホルダ２０３が傾いても、リリーフボディ２０１にひっかかる（隙間「Ｂ」がゼロになる）のを防ぐことができる。

リリーフボディ２０１の内径は、隙間２１１を形成する部位の内径（Ｃ）の方が、突出部２０７側の内径（Ｄ）よりも若干小さく形成されている。こうすることにより、バルブ２０２がシート部２０１ａからの離座が大きくなるほどに、隙間２１１の隙間「Ｂ」の距離が短くなる。隙間「Ｂ」の距離が短くなると、隙間２１１前後に発生する圧力差が小さくなり、バルブホルダ２０３を開弁方向にリフトさせる圧力が小さくなる。すなわち、バルブホルダの過度なリフトを防ぐことができる。また、突出部２０４がストッパ２１４に衝突する場合でも、過度な衝突力を下げることができる。

隙間２１１と挿入部２０５ａの距離が長い場合は、隙間「Ａ」は大きくてもバルブホルダ２０３の傾き規制として機能するため、隙間「Ａ」をリリーフバルブ内の燃料の流路として活用する。挿入部２０７は、１つの穴で傾き規制と流路の両方の機能を併せ持つため、ばねストッパ２０５の構造を簡素化することができる。

本実施例の寸法関係では、隙間「Ａ」は概ね０．１〜３ｍｍ程度のオーダーである。

図１０ａ、図１０ｂにＡ部とＢ部の軸方向断面図の例を示す。流路面積の大きさとしては、Ａ部の方がＢ部よりも同等か、それ以上大きいことが望ましい。

図９に示すようにバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）の内周面のリリーフばね２０４の伸縮方向と交差する交差方向の大きさは、バルブホルダ部２０３に対応する位置より突出部２０７に対応する位置の方が大きくなるように形成される。つまり、バルブハウジング部（リリーフボディ２０１）の内周面はバルブホルダ部２０３に対応する位置で絞っており、それから下流側で広がるように構成される。これによりバルブ２０２の離座が大きくなったときに、バルブホルダ２０３とバルブハウジング間で形成される隙間部の軸方向長さが短くなり、隙間部の圧力差が小さくなる。その結果、バルブホルダ２０３を開弁方向に付勢する圧力が低くなり、バルブ２０２のリフト量が大きくなりすぎるのを防ぐことができる。

なお、バルブホルダ部２０３とバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）との隙間は、０．４ｍｍ以下に形成される。直噴エンジン用ガソリンポンプであれば、概ねこのあたりが実用的な隙間である。

そして挿入部２０５ａは傾斜規制部として、バルブホルダ部２０３が傾斜した場合にバルブホルダ２０３がバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）の軸方向と交差する交差方向の両端と接触する前に突出部２０７と接触してバルブハウジング部２０３の傾斜を規制する。

傾斜規制部である挿入部２０５ａはリリーフばね２０４及びバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）と別体で構成される。傾斜規制部である挿入部２０５ａは突出部２０７をガイドし、傾斜規制部の突出部２０７と対応する軸方向の大きさは、突出部２０７の交差方向の大きさよりも大きくなるように構成される。このような構成にすることで、傾斜規制部である挿入部２０５ａがそのガイド機能を果たすことが可能となる。なお、本実施例においてバルブホルダ部２０３と突出部２０７とは一体の部材に構成される。

以上に説明した通り、本実施例の高圧燃料供給ポンプは、燃料を加圧する加圧室１１と、加圧室１１で加圧された燃料を吐出する吐出弁機構８と、吐出弁機構８の吐出側の燃料を加圧室１１、又は低圧流路（低圧燃料室１０ｃ、低圧燃料流路１０ｄ等）にリリーフ通路を介してリリーフする。そして、上記したバルブ機構をそのリリーフ通路２１２に取り付けたものである。

本発明者らは鋭意検討の末、ボールホルダのリフト量が大きすぎると、ばねが密着し、流路自体をふさいでしまうことを発見した。このような状態が発生すると、車両においては、異常時に配管圧が上がりすぎたり、不安定になったりするという課題を見出したものである。これに対して上記した本発明の実施例によれば、ばねが密着し、流路自体をふさいでしまうことを抑制し、異常時に配管圧が上がりすぎたり、不安定になったりすることを防止することが可能となる。

図１１を用いて本発明の他の実施例を説明する。
本構造では、実施例１のリリーフボディ２０１に相当する部材は、ポンプ本体１の一部に形成されている。また、挿入部２０５ａとストッパ部材２１４に相当する部材もポンプ本体１の一部に形成されている。リリーフばね室２１２には加圧室１１へ連通する流路２１３が設けられている。挿入部２０５ａと突出部２０７の間には隙間「Ａ」があり、突出部２０７が出入りする際に押し出す燃料の流路を形成する。こうすることにより、リリーフボディ２０１、ストッパ部材２１４、ばねストッパ２０５を削減でき、構造を簡素化することができる。リリーフボディ２０３の傾き規制についても、実施例１と同様の効果を望むことが出来る。

図１２を用いて本発明の他の実施例を説明する。
本構造は、ばねストッパ２０５を薄板でプレス成型する。こうすることにより、切削加工と比べて部品の生産性を向上とコスト低減を図れる。作用効果については先述の実施例１、２と同様の効果を望むことができる。

図１３ａ乃至ｃを用いて本発明の他の実施例を説明する。
ばねストッパ２０５は挿入部２０５ａと隣接して、流路部２０５ｂを設ける。こうすることにより、リリーフばね室２１２から流路２１３へ通じる流路を更に拡大することができる。隙間「Ａ」とは別に流路を更に設けることにより、隙間「Ａ」の設計自由度が上がる。その結果、例えば、隙間「Ａ」「Ｂ」をより小さく設計することが可能となる。

実施例１乃至４では、バルブ２０２とバルブホルダ２０３を別部品として説明したが、これらを一体形成した部品であっても、同様の効果を得ることができる。

図１４を用いて本発明の他の実施例を説明する。
本実施例のバルブ機構２００は、リリーフボディ２０１で構成されるバルブハウジング部と、リリーフボディ２０１の内側に配置されるリリーフばね２０４と、リリーフばね２０４により駆動されボールバルブ２０２を支持するバルブホルダ部２０３と、を備える。また、ボールバルブ２０２が着座、又は離座するシート部２０１ａと、バルブホルダ部２０３からシート部２０１ａと反対側に突出する突出部２０７と、突出部２０７が内周側に挿入される挿入部２０８ａと、を備える。そして、バルブホルダ部２０３とバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）との隙間は、挿入部２０８ａと突出部２０７との隙間Ａよりも小さく形成される。

本実施例において、傾斜規制部２０８の挿入部２０８ａの上流側端部は下流側からリリーフばね２０４の中央部よりも上流側に位置する。傾斜規制部２０８には、ばねストッパ２０５よりも下流側において、挿入部２０５ａよりも外周側に加圧室１１への流路が形成される。傾斜規制部２０８は下流側においてバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）と固定される。ばねストッパ２０５はこの傾斜規制部２０８に固定されるものである。

突出部２０７の傾きを規制する挿入部２０８ａを、バルブホルダ部２０３とバルブハウジング部（リリーフボディ２０１）との隙間に近づけることにより、段落〔００８９〕に記載の計算式
θｍａｘ＝ｔａｎ−１（Ａ／Ｌ）
に対応するＬが小さくなり、θｍａｘを維持したままＡを小さくできる。隙間Ａ前後の圧力差を大きく設計したい場合には、このような構成が実用的である。

１ ポンプ本体
２ プランジャ
６ シリンダ
７ シールホルダ
８ 吐出弁機構
９ 圧力脈動低減機構
１０ａ 低圧燃料吸入口
１１ 加圧室
１２ 燃料吐出口
１３ プランジャシール
３０ 吸入弁
４０ ロッド付勢ばね
４３ 電磁コイル
１００ 圧力脈動伝播防止機構
１０１ 弁シート
１０２ 弁
１０３ ばね
１０４ ばねストッパ
２００ リリーフバルブ
２０１ リリーフボディ
２０１ａシート部
２０２ バルブ
２０３ バルブホルダ
２０４ リリーフばね
２０５ ばねストッパ
２０５ａ挿入部
２０７ 突出部
２１２ リリーフばね室
２１４ ストッパ部材
３００ 電磁吸入弁

Claims (19)

1. バルブハウジング部と、
   前記バルブハウジング部の内側に配置されるバネ部と、
   前記バネ部により駆動されバルブを支持するバルブホルダ部と、
   前記バルブが着座、又は離座するシート部と、
   バルブホルダ部から前記シート部と反対側に突出する突出部と、
   前記突出部が内周側に挿入される挿入部と、
   前記バルブホルダ部と前記バルブハウジング部との隙間は、前記挿入部と前記突出部との隙間よりも小さく形成されることを特徴とするバルブ機構。
2. 請求項１に記載のバルブ機構において、
   前記突出部に対して前記シート部と反対側に配置され、前記突出部と接触することで前記バルブハウジングの前記シート部と反対側への移動を規制するストッパ部を備えたことを特徴とするバルブ機構。
3. 請求項２に記載のバルブ機構において、
   前記ストッパ部に対して前記突出部と反対側に加圧室が配置され、前記ストッパ部は前記突出部と接触する接触部と、前記接触部の外周側に前記加圧室への流路を構成する穴が形成されることを特徴とする。
4. 請求項１に記載のバルブ機構において、
   前記バルブホルダ部は前記ばね部の伸縮方向と交差する交差方向の大きさが前記突出部の前記交差方向の大きさよりも大きいことを特徴とするバルブ機構。
5. 請求項１に記載のバルブ機構において、
   前記突出部の前記ばね部の伸縮方向と交差する交差方向の大きさは、前記伸縮方向において、前記挿入部よりも前記シート部側が大きくなるように形成されることを特徴とするバルブ機構。
6. 請求項２に記載のバルブ機構において、
   前記バルブホルダ部は、円盤形状に形成され、中央部において前記バルブを保持することを特徴とするバルブ機構。
7. 請求項１に記載のバルブ機構において、
   前記挿入部は、前記バネ部とは別体により形成され、前記バルブハウジング部の内周側に位置することを特徴とするバルブ機構。
8. 請求項１に記載のバルブ機構において、
   前記バルブが閉じた状態において前記突出部を上下方向の何れかに傾斜させた場合に前記バルブホルダ部の上下方向の端部の双方が前記バルブハウジングと接触するより先に前記突出部が前記挿入部と接触することを特徴とするバルブ機構。
9. 請求項１に記載のバルブ機構において、
   前記挿入部に形成される穴は、前記突出部が挿入される穴の一つのみが形成されることを特徴とするバルブ機構。
10. 請求項１に記載のバルブ機構において、
    前記挿入部に対してバルブホルダ部と反対側に加圧室が配置され、前記挿入部の前記突出部が挿入される穴は前記バネ部が配置されるリリーフ室から前記加圧室への流路を形成することを特徴とするバルブ機構。
11. 請求項１に記載のバルブ機構において、
    前記バルブ部と前記バルブホルダ部が一体の部材で構成されているバルブ機構。
12. 請求項１に記載のバルブ機構において、
    前記バルブハウジングは前記バルブ機構が取り付けられるボディにより構成されているバルブ機構。
13. バルブハウジング部と、
    前記バルブハウジング部の内側に配置されるバネ部と、
    前記バネ部により駆動されバルブを支持するバルブホルダ部と、
    前記バルブが着座、又は離座するシート部と、
    バルブホルダ部から前記シート部と反対側に突出する突出部と、
    前記バルブハウジング部の内周面の前記ばね部の伸縮方向と交差する交差方向の大きさは、前記バルブホルダ部に対応する位置より前記突出部に対応する位置の方が大きくなるように形成されることを特徴とするバルブ機構。
14. 請求項１３に記載のバルブ機構において、
    前記突出部が内周側に挿入される挿入部と、
    前記バルブホルダ部と前記バルブハウジング部との隙間は、０．４ｍｍ以下に形成されることを特徴とするバルブ機構。
15. バルブハウジング部と、
    前記バルブハウジング部の内側に配置されるバネ部と、
    前記バネ部により駆動されバルブを支持するバルブホルダ部と、
    前記バルブが着座、又は離座するシート部と、
    前記バルブホルダ部から前記シート部と反対側に突出する突出部と、
    前記バルブホルダ部が傾斜した場合に前記バルブホルダが前記バルブハウジング部の軸方向と交差する交差方向の両端と接触する前に前記突出部と接触して前記バルブハウジング部の傾斜を規制する傾斜規制部と、を備えたことを特徴とするバルブ機構。
16. 請求項１５に記載のバルブ機構において、
    前記傾斜規制部は前記バネ部及び前記バルブハウジング部と別体で構成されることを特徴とするバルブ機構。
17. 請求項１５に記載のバルブ機構において、
    前記傾斜規制部は前記突出部をガイドし、前記傾斜規制部の前記突出部と対応する前記軸方向の大きさは、前記突出部の前記交差方向の大きさよりも大きくなるように構成されることを特徴とするバルブ機構。
18. 請求項１５に記載のバルブ機構において、
    前記バルブホルダ部と前記突出部とは一体の部材に構成されることを特徴とするバルブ機構。
19. 燃料を加圧する加圧室と、
    前記加圧室で加圧された燃料を吐出する吐出弁と、
    前記吐出弁の吐出側の燃料を前記加圧室、又は低圧流路にリリーフ通路を介してリリーフする高圧燃料供給ポンプにおいて、
    請求項１、１１又は１５に記載のバルブ機構を前記リリーフ通路に取り付けたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。