JP2017160915A

JP2017160915A - 高圧燃料供給ポンプ

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Publication number: JP2017160915A
Application number: JP2017118238A
Authority: JP
Inventors: 斉藤　淳治; Junji Saito; 淳治斉藤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2031-03-08
Also published as: JP6483196B2

Abstract

【課題】リリーフ弁と吐出弁の弁シートを加圧室と高圧通路とを接続する１個の通路内に設置することを可能にするものである。
【解決手段】加圧室と高圧通路との間に吐出弁とリリーフ弁に共通の一つの弁シート部材を設け、当該弁シート部材の加圧室側にリリーフ弁の弁シートを設け、当該弁シート部材の高圧通路側に吐出弁の弁シートを設け、一端がリリーフ弁の弁シートに開口するリリーフ通路の他端を高圧通路に接続し、一端が吐出弁の弁シートに開口する吐出通路の他端を加圧室に接続し、リリーフ弁の弁シートの加圧室側にリリーフ弁機構を設け、吐出弁の弁シート下流側に吐出弁機構を設置する。このように構成すれば、リリーフ弁と吐出弁の弁シートを一つの弁シート部材で構成でき、吐出弁とリリーフ弁との加工性や組立て性が総合的に向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のシリンダに直接燃料を噴射する燃料噴射弁に高圧燃料を供給する高圧燃料供給ポンプに関するもので、特に、吐出燃料圧力の異常高圧時あるいは燃料蓄圧室を含む高圧燃料配管内の圧力が異常高圧になったとき開弁して、吐出弁の上流の加圧室に燃料を戻す安全弁（リリーフ弁とも呼ぶ）が当該高圧燃料供給ポンプの本体に組み込まれている高圧燃料供給ポンプに関する。

特開２００４−１３８０６２号公報においては、中央に燃料通路が設けられ、その周りにシート面が形成された弁座部材とこのシート面に当接するリリーフ弁としての弁体と、この弁体をシート面に押し付けるばね部材とから構成されるリリーフ弁機構をバネ部材が加圧室側に位置するようにしてポンプ本体に取り付けた高圧燃料ポンプが記載されている。

特許第４４１５９２９号公報においては、加圧室と高圧通路を接続する通路の加圧室側入り口に弁シートを設け、当該弁シートの加圧室側にリリーフ弁を設置し、当該リリーフ弁を弁シートに向かって付勢するばね機構を高圧通路側に設けたものが記載されている。

特開２００４−１３８０６２号公報特許第４４１５９２９号公報

しかしながら、上記従来技術では、吐出弁の弁シート部材と、リリーフ弁の弁シート部材とが加圧室と吐出通路とを接続する独立した２つの接続通路に一つずつ設けられているので、通路の加工作業や、２つの弁の組付け作業（特に自動組立て）に多くの工数がかかるという問題が有った。

本発明の目的は、リリーフ弁と吐出弁の弁シートを加圧室と吐出通路とを接続する１個の通路に設置することを可能にするものである。

本発明の目的は、加圧室と高圧通路との間に吐出弁とリリーフ弁に共通の一つの弁シート部材を設け、当該弁シート部材の加圧室側にリリーフ弁の弁シートを設け、当該弁シート部材の高圧通路側に吐出弁の弁シートを設け、一端がリリーフ弁の弁シートに開口するリリーフ通路の他端を高圧通路に接続し、一端が吐出弁の弁シートに開口する吐出通路の他端を加圧室に接続し、リリーフ弁の弁シートの加圧室側にリリーフ弁機構を設け、吐出弁の弁シート下流側に吐出弁機構を設置することで達成できる。

このように構成した本発明によれば、リリーフ弁と吐出弁の弁シートを一つの弁シート部材で構成でき、吐出弁とリリーフ弁との加工性や組立て性が総合的に向上する。

本発明が実施された第一実施例の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実施例のリリーフ弁回りを説明するための部分拡大図である。本発明の実施例に用いるリリーフ弁と吐出弁機構の組体ユニットを説明するための図である。本発明が実施された第一実施例の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実施例の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二実施例のリリーフ弁と吐出弁機構の組体ユニットを説明するための図である。

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。

以下、図１乃至図５を参照して本発明の第一実施例を説明する。

図４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Ａで囲まれた部分が高圧ポンプ本体を示し、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を通して高圧ポンプ本体１の吸入ジョイント１０ａに送られる。

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

電磁吸入弁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。電磁プランジャ３０ｃの先端に取り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を開いている。

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の左方で、図４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、磁気付勢力により電磁プランジャ３０ｃが図１の左方（図４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、高圧通路１２の圧力以上になると、吐出弁機構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３０ｃ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、通電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（吸入ポート３０ａ）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できる。

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は吐出弁シート部８ａ，吐出弁８ｂ，吐出弁ばね８ｃを備え、加圧室１１と高圧通路１２に燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート部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、高圧通路１２の燃料圧力よりも大きくなった時に始めて、吐出弁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、高圧通路１２を経てコモンレール２３へと高圧吐出される。このとき、燃料はリリーフ弁機構２００の内部を通過して、吐出弁８ａへ流れるが、リリーフ弁自身は閉弁したままであり、開弁作動はしない。

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、高圧通路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、ＥＣＵ２７の制御信号にしたがって開閉弁して、燃料を直接シリンダ内に噴射する。

吐出弁シート部８ａにはさらに、吐出弁８ｂの下流側と加圧室１１とを連通するリリーフ通路２００ｇが吐出流路とは別に吐出弁をバイパスして設けられている。

リリーフ通路２００ｇには燃料の流れを吐出流路から加圧室１１への一方向のみに制限するリリーフ弁２００ｂが設けられている。リリーフ弁２００ｂは、押付け力を発生するリリーフばね２００ｃによりリリーフ弁シート部２００ａに押付けられており、加圧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２００ｂがリリーフ弁シート部２００ａから離れ、開弁するように設定している。

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２００ｇと加圧室１１の差圧がリリーフ弁２００ｂの開弁圧力以上になると、リリーフ弁２００ｂが開弁し、異常高圧となった燃料はリリーフ通路２００ｇから加圧室１１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。

以下に高圧燃料ポンプの構成，動作を図１乃至図５を用いてさらに詳しく説明する。

ポンプ本体には中心に加圧室１１が形成されており、さらに加圧室１１に燃料を供給するための電磁吸入弁３０と加圧室１１から高圧通路１２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。

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、ポンプ本体１に螺刻された雌ねじにねじ込むことによってポンプ本体１に固定される。シリンダ６は加圧室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、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に吸入された燃料が、容量制御状態のため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）へと戻される場合、吸入通路１０ｄ（吸入ポート３０ａ）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。しかし、吸入通路１０に設けたダンパ室としての吸入通路１０ｃ（カップ状のダンパカバー１４とポンプ本体の外周囲に形成された環状のくぼみとの間に形成される）には、波板状の円盤型金属ダイアフラム２枚をその外周で接合し、内部にアルゴンのような不活性ガスを注入した金属ダンパ９が取り付けられており、圧力脈動はこの金属ダンパ９が膨張・収縮することで吸収低減される。

吐出弁機構８とリリーフ弁機構２００は、吐出弁シート部８ａとリリーフ弁シート部２００ａが一つのシート部材で構成されることにより一体となり、加圧室１１に形成された筒状の吐出開口部１１Ａの内部に加圧室１１に向かって外側から圧入し当該筒状の吐出開口部１１Ａの内部に保持される。

加圧室１１で加圧した燃料は、リリーフ弁ストッパ２００ｆの中心に設けた孔２００ｈを通り、弦巻状のリリー弁ばね２００ｃの隙間を通り、シート部材（リリーフ弁シート部２００ａ，吐出弁シート部８ａ）に設けた吐出通路８ｅを通って、吐出弁８ｂに流れる。

このように構成された吐出弁ユニットの吐出弁８ｂは、加圧室１１と高圧通路１２に燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート部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、高圧通路１２の燃料圧力よりも大きくなった時に始めて、吐出弁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、吐出弁ホルダー８ｄに設けられた通路穴を通り、高圧通路１２を経てコモンレール２３へと高圧吐出される。このとき、燃料はリリーフ弁機構２００の内部を通過して、吐出弁へ流れるが、リリーフ弁自身は閉弁したままであり、リリーフ弁２００ｂは開弁作動はしない。

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して作用する。

さらに、リリーフ弁機構の動作を詳細に説明する。

リリーフ弁機構２００は図２に示すように、リリーフ弁シート部２００ａ，リリーフ弁２００ｂ，リリーフ弁ばね２００ｃ，リリーフ弁ボディ２００ｄ，ボール弁ホルダー２００ｅ，リリーフばねストッパ２００ｆからなる。

筒状のリリーフ弁ボディ２００ｄの一端開口部に、弁シート部材Ｓのリリーフ弁シート部２００ａ側を圧入して固定する（溶接しても良い）ことにより、リリーフ弁ボディ２００ｄでリリーフ弁シート部２００ａの周囲を包囲する。そして、筒状のリリーフ弁ボディ２００ｄの他端側からリリーフ弁２００ｂ，ボール弁ホルダー２００ｅ，リリーフ弁ばね２００ｃをリリーフ弁ボディ２００ｄの中に挿入し、リリーフ弁ばねストッパ２００ｆを筒状のリリーフ弁ボディ２００ｄの内周に圧入して固定することで内装部材を筒状のリリーフ弁ボディ２００ｄの内部に保持する。リリーフばね２００ｃによる押付力は、リリーフ弁ばねストッパ２００ｆの圧入位置によって設定することができる。リリーフ弁２００ｂの開弁圧力はこのリリーフ弁ばね２００ｃによる押付力で規定の値に決定される。なお、リリーフ弁ばねストッパ２００ｆを先に圧入して固定し、リリーフ弁ばね２００ｃ，ボール弁ホルダー２００ｅ，リリーフ弁２００ｂを筒状のリリーフ弁ボディ２００ｄにセットして、弁シート部材Ｓを筒状のリリーフ弁ボディ２００ｄの一端開口部に固定することもできる。このときは筒状のリリーフ弁ボディ２００ｄと弁シート部材Ｓの圧入位置によって調整できる。

弁シート部材Ｓのリリーフ弁シート部２００ａとは反対側には、吐出弁シート部８ａが形成され、吐出弁シート部８ａとリリーフ弁シート部２００ａが一つの弁シート部材Ｓで構成されている。吐出弁シート８Ｓは弁シート部材Ｓの端部外縁に形成された環状の突起部で構成されている。カップ型の吐出弁ホルダー８ｄの開放端側内周面を弁シート部材Ｓの外周に嵌め合わせて溶接等で固定することにより、吐出弁ホルダー８ｄで吐出弁シート部８ａの周囲を包囲する。吐出弁ホルダー８ｄの内部には吐出弁ばね８ｃと平板型の吐出弁８ｂが装着されており、吐出弁ばね８ｃによって平板型の吐出弁８ｂが環状の吐出弁シート８Ｓに押し付けられるように構成されている。

吐出弁シート８Ｓの内径側には一端が加圧室１１側に開口する吐出通路８ｅの他端が開口している。吐出通路８ｅは中心部に形成されているリリーフ通路２００ｇＳを避けて、リリーフ通路２００ｇＳの周りに傾斜した複数の通路として形成されている。具体的には、弁シート部材Ｓの加圧室１１側の端部のリリーフ通路２００ｇＳが開口する中心部から径方向外側に位置する部分に吐出通路８ｅの一端が開口している。そして、弁シート部材Ｓの反加圧室１１側端部であって、その外縁に突出形成されている吐出弁シート部８ａの内径側に位置する部分に吐出通路８ｅの他端が開口している。結果的に吐出通路８ｅは両端の開口位置の径方向位置の差分だけシート部材Ｓの長手方向中心軸に対して傾斜した直管通路として形成されている。これにより、弁シート部材Ｓの吐出弁シート部８ａ側の直径を大きくしないで、吐出通路８ｅの必要な通路断面積を確保できる。

一方、弁シート部材Ｓの中心部に形成したリリーフ通路２００ｇは、一端が弁シート部材Ｓの加圧室１１側端部に形成したリリーフ弁シート部２００Ｓに開口する一本の直管部２００ｇＳを有する。直管部２００ｇＳはリリーフ弁ボディ２００ｄの吐出弁側端部を過ぎたところで、複数の径方向通路２００ｇＲに分岐し、弁シート部材Ｓの外周の開口で高圧通路１２に接続されている。

かくして、リリーフ弁機構２００と吐出弁機構８が一つのユニットＶＵとして構成される。

こうしてユニット化された吐出弁機構８とリリーフ弁機構２００とのユニットＶＵは、当該ユニットＶＵのリリーフ弁ボディ２００ｄ部の外周をポンプ本体１に設けた筒状開口１１Ａの内周壁に圧入することによって固定される。ついで吐出ジョイント１２ａをユニットＶＵの吐出弁機構８の周りを覆うように配置して溶接あるいはねじ止めでポンプ本体１に固定する。

ジョイント１２ａは、高圧燃料をコモンレール２３に流すための配管の継ぎ手の役割をするもので、内部に高圧通路１２が形成されている。

このように、リリーフ弁機構２００を吐出弁機構８と一体化することで、加圧室１１の容積の増加を最小限に抑えられる。またリリーフ弁機構２００の直径は軸方向の寸法より小さいので、高圧燃料供給ポンプのプランジャ２の往復同方向にリリーフ弁を配置した場合より、本実施例のように、プランジャ２に対して交差する方向に配置した方が高圧燃料供給ポンプのプランジャ２の往復同方向の寸法を低くできる。

更に、加圧室１１から吐出弁機構８に流れる燃料は、必ずリリーフ弁機構２００の内部を通過するため、特にエンジン起動時等に、空気もしくは気化燃料の気泡が吐出弁８ａから排出されやすく、気泡による圧縮機能の低下を防止する。またキャビテーションの発生を抑制する。つまり、従来のように、リリーフ通路が吐出燃料通路から外れた位置に形成されている場合、リリーフ通路に気化燃料の気泡が滞留するとリリーフ弁が開弁するまで気泡が排除されず、圧縮機能が低下したり、またキャビテーションの発生の原因になっていた。本実施例では、エンジン起動と同時にリリーフ弁機構２００の内部、つまりリリーフ弁ばね２００ｃやボール弁ホルダー２００ｅの周囲を通過するので、リリーフ弁機構２００の部分に滞留していた気化燃料の気泡を速やかに排除できる。

また、リリーフ弁機構２００と吐出弁機構８を別々にポンプ本体１に組み込む必要がなく、ポンプ本体１の通路加工量を低減でき、加工および組み立て性の両方の面での生産性も向上できる。また自動化ラインでのリリーフ弁機構２００と吐出弁機構８の組み込みが同時に達成できるので、自動化ラインの作業工数が低減する。

図４は、高圧燃料供給ポンプにより、正常に燃料が高圧に加圧されコモンレール２３に圧送されているときの各部での圧力波形の例を示す。コモンレール２３のターゲット燃料圧力は１５ＭＰａ（メガパスカル）、リリーフ弁２００ｂの開弁圧力は１８ＭＰａ（メガパスカル）に調整されている。

プランジャ２が上昇中、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高圧通路１２からリリーフ通路２００ｇ（Ｓ，Ｒ），リリーフ弁２００ｂと伝播していく。結果としてリリーフ弁２００ｂの入口にリリーフ弁２００ｂの開弁圧以上の圧力が負荷されてしまう。一方、リリーフ弁２００ｂの出口は加圧室１１であるので、出口には加圧室１１で発生する圧力オーバーシュートが作用する。加圧室１１内の圧力オーバーシュートの方が、リリーフ通路２００ｇ内の圧力オーバーシュートよりも大きい。したがって、これらの圧力オーバーシュートの合力としてはリリーフ弁２００ｂを閉弁する方向に働くので、リリーフ弁１０２が開弁することはない。

以上により、吐出弁機構８の下流からコモンレール２３を含む高圧通路部の異常高圧による破損を防止するためのリリーフ弁機構２００を高圧燃料供給ポンプの吐出ジョイント１２ａ内に設置しても、誤動作による流量低下がなく、かつ容積効率の低下のない高圧燃料供給ポンプを得ることができる。

次に、インジェクタ２４の故障等により吐出弁機構８の下流からコモンレール２３を含む高圧通路部に異常高圧が発生した場合について詳しく説明する。

プランジャの動きにより、加圧室の容積が減少を始めると、加圧室内の圧力は容積減少に伴って増大していく。そして、ついに吐出流路内の圧力よりも加圧室内の圧力が高くなると、吐出弁が開弁し燃料は加圧室から吐出流路へと吐出されていく。この吐出弁が開弁する瞬間から直後にかけて、加圧室内の圧力はオーバーシュートして非常な高圧となる。

この高圧が吐出流路内にも伝播して、吐出流路内の圧力も同じタイミングでオーバーシュートする。

もしここで、リリーフ弁の出口が吸入流路に接続されていたならば、吐出流路内の圧力オーバーシュートにより、リリーフ弁の入口・出口の圧力差がリリーフ弁の開弁圧力よりも大きくなってしまい、リリーフ弁が誤動作してしまう。

これに対し実施例では、リリーフ弁の出口が加圧室に接続されているので、リリーフ弁の出口には加圧室内の圧力が作用し、リリーフ弁の入口には吐出流路内の圧力が作用する。

ここで、加圧室内と吐出流路内では同じタイミングで圧力オーバーシュートが発生しているので、リリーフ弁の入口・出口の圧力差はリリーフ弁の開弁圧力以上になることがない。すなわち、リリーフ弁が誤動作することはない。

プランジャの動きにより加圧室の容積が増加を始めると容積増加に伴って加圧室内の圧力は減少し、吸入流路内の圧力よりも低くなると、燃料は吸入流路から加圧室に流入する。そして再びプランジャの動きにより、加圧室の容積が減少を始めると上記のメカニズムにより燃料を高圧に加圧して吐出する。

ここで、燃料噴射弁の故障、つまり噴射機能が停止してコモンレールに送られてきた燃料をシリンダに供給できなくなると、吐出弁とコモンレール間に燃料がたまり、燃料圧力が異常高圧になる。

この場合緩やかな圧力上昇であれば、コモンレールに設けた圧力センサで異常が検知され、吸入通路に設けた容量制御機構を制御して吐出量を少なくする安全機能が動作するが、瞬間的な異常高圧はこの圧力センサを使ったフィードバック制御では対処できない。

また、吸入口部あるいは溢流通路に設けた容量制御機構が故障して最大容量時の様態のまま機能しなくなった場合、燃料がそれほど多く要求されていない運転状態では吐出圧力が異常に高圧になる。

この場合はコモンレールの圧力センサが異常高圧を検知しても、容量制御機構そのものが故障しているので、この異常高圧を解消することができない。

また、エンジン停止後や運転中にインジェクタの噴射を止めた場合、エンジン側の熱により、コモンレール内の燃料が熱膨張により圧力上昇することが普通に有りえる。

このような異常高圧が発生した場合に実施例のリリーフ弁が安全弁として機能する。

プランジャの動きにより加圧室の容積が増加を始めると容積増加に伴って加圧室内の圧力は減少し、リリーフ弁の入口すなわち吐出流路の圧力が、リリーフ弁の出口すなわち加圧室の圧力よりもリリーフ弁の開弁圧力以上に高くなると開弁し、吐出流路内で異常高圧となった燃料を加圧室内に戻す。これにより、異常高圧発生時でも規定の高圧以上にはならず、高圧配管系等の保護がなされる。

吐出弁機構８と加圧室１１との間にリリーフ弁機構２００を設置した第一実施例の場合、吐出工程時は前述したメカニズムにより、リリーフ弁１０２の入口と出口との間に開弁圧力以上の圧力差が発生することはないので、吐出工程中のピーク圧で、リリーフ弁が誤って開弁することはない。

吸入工程、および戻し工程においては加圧室１１の燃料圧力は吸入配管２８と同じ低い圧力まで低下する。一方、リリーフ通路２００ｇの圧力はコモンレール２３と同じ圧力にまで上昇している。リリーフ通路２００ｇと加圧室の差圧がリリーフ弁２００ｂの開弁圧力以上になると、リリーフ弁２００ｂが開弁し、異常高圧となった燃料はリリーフ室２００ｂから加圧室１１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。

高圧燃料供給ポンプは燃料を数ＭＰａから数十ＭＰａと言う非常な高圧に加圧する必要が有り、リリーフ弁の開弁圧力はそれ以上でなければならない。それ以下に開弁圧が設定されると、高圧燃料供給ポンプにより正常に燃料が加圧されていても、リリーフ弁が開弁してしまう。このリリーフ弁の誤動作は、高圧燃料供給ポンプとしての吐出量の低下，エネルギー効率の低下を招いてしまう。

したがって、リリーフ弁の開弁圧力をこのような非常に高圧に設定するためには、リリーフばねによる付勢力を大きくする必要が有り、必然的にリリーフばねを大型化しなくてはならない。

しかし、リリーフばねを加圧室あるいは加圧室側のリリーフ通路内に設けた場合、リリーフばねが大型化することは、その分だけ加圧室内の容積あるいは加圧室に通じる室内の容積が増加することとなる。

高圧燃料供給ポンプはプランジャの動きによって加圧室内の容積を減少させ、燃料を圧縮することで燃料を高圧に加圧・吐出するものであるから、加圧室の容積増加はその分だけ多くの燃料を高圧に加圧しなくてはならず、高圧燃料供給ポンプとして圧縮率の低下ひいてはエネルギー効率の低下を招いてしまう問題があった。

さらには、内燃機関が必要とするだけの燃料を高圧に加圧することができなくなってしまう。本実施例では、吐出弁とリリーフ弁を一体とすることで、加圧室容積の増加を最小限におさえる。

更に、加圧室１１から吐出弁に流れる燃料は、必ずリリーフ弁機構の内部を通過するため、特にエンジン起動時等に、空気もしくは気化燃料の気泡が吐出弁から排出されやすく、気泡による圧縮機能の低下を防止できる。

図６により第２実施例について説明する。

図６に示す例では、実施例１の図３にあるようなリリーフ弁ばねストッパ２００ｆが無く、リリーフ弁ばね２００ｃは、リリーフ弁ボディ２００ｄに一体で形成された底面で受けられる。

リリーフ弁シート部２００ａ（吐出弁シート部８ａと一体部品）は、圧入等でリリーフ弁ボディ２００ｄに固定されるが、このときのリリーフ弁シート部２００ａの組み込み深さにより、リリーフ弁ばね２００ｃの設定荷重を調整することができ、リリーフ開弁圧を調整または変更することができる。

以上は、更に部品点数を削減し、生産性を高くする一例であるが、リリーフ弁としての性能は実施例１と同じである。

なお、吐出弁機構８の下流と吸入弁３２の上流側の低圧燃料通路とを接続する第２のリリーフ通路を設け、当該第２のリリーフ通路に上記したリリーフ弁機構２００の動作設定圧より高い設定圧の第２のリリーフ弁機構を設置すると、より安全なシステムが得られる。

また、図４に示すオリフィス２００Ｙは、高圧通路のピーク圧をダンピングするもので、ポンプ本体に組み込んでも、高圧通路に設けてもまた、リリーフ通路の入口に設けても良い。

以上説明した本実施例では、従来技術の以下の課題についてこれらを解消できる効果を有する。
（１）加圧室もしくは加圧室に通じる通路内にリリーフ弁機構を設置するため、加圧室の容積が大きくなり圧縮効率が低下する。
（２）更に、加圧室につながるリリーフ弁のばね機構部が袋小路状となり、空気もしくは気化燃料の気泡が抜けにくく、ますます圧縮機能が低下するという問題。

本実施例では、高圧通路の異常高圧燃料を加圧室に戻すリリーフ弁機構をポンプ本体に設置しても圧縮室の気泡の抜けを良くし、圧縮効率の高い、つまりエネルギー効率が高く、昇圧能力の高い高圧燃料ポンプを提供することができる。

本実施例によれば、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から加圧室へと開放され、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、圧縮率の高い、つまりエネルギー効率のよい高圧燃料ポンプを提供できる。

本実施例の実施の態様をまとめると以下の通りである。

〔実施態様１〕
燃料を加圧する加圧室に吐出弁の下流の高圧通路から異常高圧燃料を戻すリリーフ通路と、当該リリーフ通路を開閉するリリーフ弁機構を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
加圧室からの燃料が、前記リリーフ弁機構部を通り吐出弁への燃料が流れるように設定した高圧燃料ポンプ。

〔実施態様２〕
実施態様１に記載のものにおいて、
前記吐出弁シートと、前記リリーフ弁シートが、一つの部品で形成されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様３〕
実施態様１に記載のものにおいて、
前記吐出弁シートへの通路が、一または複数個、吐出弁シートまたはリリーフ弁シートに形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様４〕
実施態様１に記載のものにおいて、
前記リリーフ弁吐出弁シートへの通路が、一または複数個、吐出弁シートまたはリリーフ弁シートに形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様５〕
実施態様１に記載のものにおいて、
前記リリーフ弁機構と、前記吐出弁機構が組体として独立したユニットを形成していることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様６〕
実施態様５に記載されたものにおいて、
前記リリーフ弁機構と前記吐出弁機構の組体ユニットが、前記加圧室内側から装着されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様７〕
実施態様５に記載されたものにおいて、
前記リリーフ弁機構と前記吐出弁機構の組体ユニットが、ポンプ外側から装着されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様８〕
実施態様１に記載されたものにおいて、
少なくとも前記リリーフ弁もしくは前記吐出弁が、吐出配管へのジョイントの中に装着されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様９〕
実施態様１に記載されたものにおいて、
前記リリーフ弁のばね荷重設定を、吐出弁シートまたはリリーフ弁シートの装着深さで調整することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様１０〕
実施態様１に記載のものにおいて、
前記リリーフ通路が前記加圧室の側周面に開口していることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様１１〕
実施態様１に記載のものにおいて、
前記戻し通路が前記加圧室の頂面に開口していることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様１２〕
実施態様１に記載のものにおいて、
前記リリーフ弁機構を備えた前記リリーフ通路が複数設けられており、
前記リリーフ通路の少なくとも一つはその出口が低圧通路に開口していることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様１３〕
実施態様１２に記載したものにおいて、
前記低圧通路に開口する前記リリーフ通路に設けた前記リリーフ弁機構の動作圧力が前記加圧室に開口する前記リリーフ通路に設けた前記リリーフ弁機構の動作圧力より高く設定したことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

〔実施態様１４〕
実施態様１に記載のものにおいて、
前記弁駆動機構が電磁駆動機構を含む高圧燃料供給ポンプ。

本発明はガソリンエンジンの高圧燃料供給ポンプを例に説明したが、ディーゼル内燃機関の高圧燃料供給ポンプにも用いることができる。

また容量制御機構の型式あるいは設置位置には左右されず、どのようなタイプの容量制御機構を備えたものにも実施できる。

１ポンプ本体
２プランジャ
８吐出弁機構
１１加圧室
２４インジェクタ
３０電磁吸入弁
２００リリーフ弁機構
２００ｂリリーフ弁
２００ｇリリーフ通路

本発明の目的は、高圧燃料供給ポンプにおいて加圧室の吐出側に配置される吐出弁機構と、前記吐出弁機構における下流側の高圧通路と、前記高圧通路の圧力が設定圧力を超えた場合に開弁して燃料を戻すリリーフ弁機構と、前記吐出弁機構と前記リリーフ弁機構とに共通の一つの弁シート部材を備え、前記弁シート部材の内径側に形成されて前記リリーフ弁機構における下流側と連通する第一リリーフ通路と前記第一リリーフ通路から径方向外側に複数本に分岐して前記高圧通路と連通する第二リリーフ通路とが前記弁シート部材に形成されることで、前記リリーフ弁機構を介して前記高圧通路と前記リリーフ弁機構における下流側とを連通することで達成できる。

Claims

加圧室（１１）と高圧通路（１２）との間に吐出弁機構（８）とリリーフ弁機構（２００）に共通の一つの弁シート部材（Ｓ，８ａ，２００ａ）を設け、
当該弁シート部材（Ｓ，８ａ，２００ａ）の加圧室（１１）側に前記リリーフ弁機構（２００）の弁シート部（２００ｓ）を設け、
当該弁シート部材（Ｓ，８ａ，２００ａ）の高圧通路（１２）側に前記吐出弁機構（２００）の弁シート部（８ｓ）を設け、
一端が前記リリーフ弁機構（２００）の弁シート部（２００ｓ）に開口するリリーフ通路（２００ｇ）の他端を高圧通路（１２）に接続し、
一端が吐出弁機構（８）の弁シート部（８ｓ）に開口する吐出通路（８ｅ）の他端を前記加圧室（１１）に接続し、
前記リリーフ弁機構（２００）の弁シート部（２００ｓ）の加圧室（１１）側に前記リリーフ弁機構（２００）を設け、
前記吐出弁機構（８）の弁シート部（８ｓ）の下流側に前記吐出弁機構（８）を設置した高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載されたものにおいて、
前記吐出弁機構と、前記リリーフ弁機構が、前記シート部材を挟んで一つの部品としてユニット化されている高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載されたものにおいて、
前記吐出弁シートの内径側に開口する前記吐出通路が前記弁シート部材に複数本形成されている高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載されたものにおいて、
前記リリーフ弁シート部に開口する前記リリーフ通路が前記弁シート部材に形成された複数本の分岐通路で前記高圧通路と接続されている高圧燃料供給ポンプ。
請求項２に記載されたものにおいて、
前記弁シート部材の前記吐出弁シートを包囲するように吐出弁ホルダーが固定され、前記弁シート部材の前記吐出弁シートを包囲するようにリリーフ弁ボディが固定され、前記吐出弁ホルダーの中に前記リリーフ弁機構を形成する弁とばねが装着されており、前記リリーフ弁ボディの中に前記リリーフ弁機構を構成する弁とばねが装着されている高圧燃料供給ポンプ。
請求項５に記載されたものにおいて、
前記リリーフ弁機構と前記吐出弁機構の一体化されたユニットが、ポンプ側壁から前記加圧室に貫通する貫通孔内に、前記加圧室内側から装着される高圧燃料供給ポンプ。
請求項５に記載されたものにおいて、
前記リリーフ弁機構と前記吐出弁機構の一体化されたユニットが、ポンプ側壁から前記加圧室に貫通する貫通孔内に、ポンプ側壁側から嵌挿される高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載されたものにおいて、
前記リリーフ弁と前記吐出弁が、ポンプ側壁に固定される吐出ジョイントで覆われている高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載されたものにおいて、
前記リリーフ弁のばね荷重、若しくは前記吐出弁のばね荷重の設定は、前記弁シート部材と前記リリーフ弁ボディ、前記弁シート部材と前記吐出弁ホルダとの装着深さで調整する高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載のものにおいて、
前記リリーフ通路が前記加圧室の側周面に開口している高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載のものにおいて、
前記リリーフ通路が前記弁シート部材の加圧室側中心位置に設けられたリリーフ弁シート部に開口しており、前記吐出通路がそのリリーフ弁シートの周囲に開口している高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載のものにおいて、
前記リリーフ弁がボール弁で構成され、
前記吐出弁が平板弁で構成されている高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載したものにおいて、
さらに、前記高圧通路と前記加圧室の入り口に設けた吸入弁より上流の低圧通路とを接続する第２のリリーフ通路を備え、当該第２のリリーフ通路に設けた第２のリリーフ弁機構の動作圧力が前記加圧室に連通する前記リリーフ通路に設けた前記リリーフ弁機構の動作圧力より高く設定した高圧燃料供給ポンプ。
請求項１に記載のものにおいて、
前記吸入弁が電磁駆動機構によって開閉制御される電磁弁で構成されている高圧燃料供給ポンプ。