JP2018105274A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャの溝位置を変更し、十分な耐摺動性を確保することのできる高圧燃料供給ポンプを提供すること。
【解決手段】「往復運動するプランジャと、前記プランジャの往復運動を摺動ガイドするシリンダと、前記シリンダを保持するポンプ本体と、を有する高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記プランジャが上死点に位置する際、前記プランジャに形成された溝位置が、前記シリンダ摺動部の加圧室側端部近傍に位置すること。
【選択図】図５

Description

本発明は、高圧燃料供給ポンプについて特にプランジャ機構に関する。

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、燃料を高圧化するための高圧燃料供給ポンプが広く用いられている。この高圧燃料ポンプの背景技術として、特願2014-090821がある。この高圧燃料ポンプのプランジャには、円周方向に溝加工がなされている。圧縮行程時においてプランジャの円周方向に圧力不均衡が発生し、プランジャをシリンダへ押し付ける方向に偏荷重が発生するが、前記溝が円周方向の圧力不均衡を緩和するため偏荷重が低減し、耐摺動性を確保することができる（特許文献１参照）。

特願2014-090821

排ガス規制に対応するため、高圧燃料供給ポンプにおいては、燃料吐出効率を高めることが年々要求されている。燃料吐出効率を高める方法として、プランジャ・シリンダギャップを縮小化することが挙げられるが、ギャップの縮小化に伴い、プランジャの潤滑性が低下し、プランジャの耐摩耗性が悪化することが懸念される。

特許文献１の技術においては、プランジャの溝位置は、プランジャを摺動ガイドするシリンダ摺動面の中央部に位置している。しかし、プランジャ円周方向の圧力不均衡は、シリンダ摺動面上端部近傍に最も発生する。すなわち、影響が最も強い範囲の圧力不均衡を緩和することができず、プランジャ・シリンダのギャップを縮小化した際、圧力不均衡により生じる偏荷重によって、プランジャの耐摺動性が悪化する可能性がある。

本発明の目的は、プランジャの溝位置を変更し、十分な耐摺動性を確保することのできる高圧燃料供給ポンプを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、往復運動するプランジャと、前記プランジャの往復運動を摺動ガイドするシリンダと、前記シリンダを保持するポンプ本体と、を有する高圧燃料供給ポンプにおいて、前記プランジャが上死点に位置する際、前記プランジャに形成された溝位置が、前記シリンダ摺動部の加圧室側上端近傍に位置することを特徴とする。

また前記プランジャの溝数が２つ以上形成されていることが望ましい。また前記プランジャの溝が、前記シリンダ摺動部の加圧室側端部近傍に加え、前記シリンダ摺動部の別な位置に設けられていることが望ましい。また前記プランジャの溝断面形状が、台形状に加工されていることが望ましい。また前記プランジャの溝断面形状が、三角形状に加工されていることが望ましい。また前記プランジャの溝断面形状が、丸型形状に加工されていることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、シリンダ摺動面上端部近傍にプランジャ溝を設け、摺動面上端部近傍の圧力不均衡を緩和し、偏荷重を低減することで、耐摺動性を確保し、プランジャ・シリンダギャップを縮小化できる高圧燃料供給ポンプ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。

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、第一実施例の高圧燃料供給ポンプの別の角度からの断面図である。 本発明が実施された、第一実施例の高圧燃料供給ポンプのプランジャ軸方向に垂直で、燃料の吸入口軸中心及び吐出口軸中心の断面図である。 高圧燃料供給ポンプを含む、システム全体図である。 本発明が実施された、第１実施例のプランジャ、及びシリンダの拡大断面図である。 本発明が実施された、第１実施例のプランジャ外観図である。 プランジャ圧縮行程におけるプランジャ周囲の流体流れ、及び偏心荷重の向きを示す模式図である。 本発明が実施された、第１実施例のプランジャ圧縮行程における、プランジャ周囲の流体流れ、及び偏心荷重の向きを示す模式図である。 本発明が実施された、第２実施例のプランジャ、及びシリンダの拡大断面図である。 本発明が実施された、第３実施例のプランジャ、及びシリンダの拡大断面図である。 本発明が実施された、第４実施例のプランジャ、及びシリンダの拡大断面図である。 本発明が実施された、第４実施例のプランジャ、及びシリンダの拡大断面図である。

以下、本発明に係る実施例について図面を用いて説明する。

以下、本発明の実施例を説明する。
図４を用いてシステムの構成と動作を説明する。図４は、本発明に係る高圧燃料供給ポンプを含む、システムの全体構成を示す図である。

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）１（図１参照）の本体１Ａ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１Ａ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を通してポンプ本体（ポンプボディ）１Ａ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１０ｂ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については後述する。

電磁吸入弁３０は電磁コイル３０８を備える。電磁コイル３０８が通電されていない時は、アンカー（電磁プランジャ）３０５及び吸入弁体３０１は、アンカーばね３０３の付勢力と弁ばね３０４の付勢力との差分の付勢力により付勢され、図３に示すように右方に移動した状態である。このとき、吸入弁体３０１は開弁方向に付勢されており、吸入口３０ｄは開けられた状態となっている。
尚、アンカーばね３０３の付勢力と弁ばね３０４の付勢力とは、
アンカーばね３０３の付勢力 ＞ 弁ばね３０４の付勢力
となるように設定されている。

一方、電磁コイル３０８が通電されている状態では、アンカー３０５が図４の左方に移動し、アンカーばね３０３が圧縮された状態になる。アンカー３０５の先端が同軸で接触するようにアンカー３０５の先端に取り付けられた吸入弁体３０１は、弁ばね３０４の付勢力により、吸入口３０ｄを閉じている。吸入口３０ｄは、高圧ポンプ１の加圧室１１と吸入ポート３０ａとを接続する燃料通路（燃料流路）である。

以下、高圧ポンプ１の動作について説明する。
後述するカムの回転により、プランジャ２が図４の下方に変位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１０ｂ（吸入ポート３０ａ）の圧力よりも低くなると、燃料は、開口状態にある吸入口３０ｄを通り、加圧室１１に流入する。

プランジャ２が吸入行程を終了し圧縮行程へと移行した場合、プランジャ２が圧縮行程（図１の上方へ移動する状態）に移る。ここで電磁コイル３０８は無通電状態を維持したままであり、アンカー３０５に磁気付勢力は作用しない。よって、吸入弁体３０１はアンカーばね３０３の付勢力により開弁したままである。

圧縮行程において、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。しかし、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３０１を通じて、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）へと戻される。このため、加圧室１１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３０に印加されると電磁吸入弁３０の電磁コイル３０８に電流が流れる。このとき、アンカー３０５に磁気付勢力が作用し、電磁プランジャ３０５は図４の左方に移動してアンカーばね３０３が圧縮された状態になる。その結果、吸入弁体３０１にはアンカーばね３０３の付勢力が作用しなくなり、弁ばね３０４による付勢力と燃料が吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）に流れ込むことによる流体力とが働く。そのため、吸入弁体３０１は閉弁し、吸入口３０ｄを閉じる。

吸入口３０ｄ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、加圧室１１の燃料圧力が燃料吐出口１２側の燃料圧力以上になると、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る。吐出ジョイント１２側へ吐出された高圧燃料は、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とからなる。そして、電磁吸入弁３０の電磁コイル３０８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３０８へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中における戻し行程の割合が小さくなり、吐出行程の割合が大きくなる。すなわち、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）に戻される燃料が少なくなり、高圧吐出される燃料は多くなる。

一方、電磁コイル３０８へ通電するタイミングを遅くすれば圧縮行程中における戻し行程の割合が大きくなり、吐出行程の割合が小さくなる。すなわち、吸入通路１０ｂに戻される燃料が多くなり、高圧吐出される燃料は少なくなる。

電磁コイル３０８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３０８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。

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、吐出弁シート面（吐出弁シート部）８ａと吐出弁８ｂと吐出弁ばね８ｃとを備える。加圧室１１と燃料吐出口１２と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面８ａに押し付けられ、閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、吐出口１２を構成する吐出ジョイント側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に逆らって開弁する。吐出弁８ｂが開弁することにより、加圧室１１内の燃料は燃料吐出口１２を経てコモンレール２３へと高圧吐出される。

かくして、吸入ジョイント１０ａに導かれた燃料はポンプ本体１Ａの加圧室１１にてプランジャ２の往復動によって高圧に加圧され、必要な量の燃料が燃料吐出口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、直接噴射用インジェクタ２４（所謂直噴インジェクタ）及び圧力センサ２６が装着されている。直噴インジェクタ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、燃料を内燃機関のシリンダ（燃焼室）内に噴射する。

ポンプ本体１Ａにはさらに、リリーフ弁機構１００が設けられている。リリーフ弁機構１００には、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（戻し通路）１０１が、吐出通路１１０とは別に、吐出弁機構８をバイパスして設けられている。吐出通路１１０は加圧室１１で加圧された燃料を吐出する。なお、リリーフ通路（戻し通路）１０１は、吐出通路１１０と加圧室１１とを繋ぐように構成されているが、加圧室１１ではなく、吐出通路１１０と吸入通路（１０ａ、１０ｂ）を繋ぐように構成しても良い。リリーフ通路１０１にはリリーフ弁１０３が設けられている。リリーフ弁１０３は、燃料の流れを吐出通路１１０から加圧室１１への一方向のみに制限する。

リリーフ弁１０３は、押付力（付勢力）を発生するリリーフばね１０２により、リリーフ弁シート１０４に押付けられている。リリーフ弁１０３は、加圧室１１内の燃料圧力と吐出通路１１０内の燃料圧力との間の圧力差が規定の圧力以上になると、リリーフ弁１０３がリリーフ弁シート１０４から離れ、開弁するように設定している。

直噴インジェクタ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、吐出通路１１０の燃料圧力と加圧室１１の燃料圧力との差圧がリリーフ弁１０３の開弁圧力以上になると、リリーフ弁１０３が開弁する。リリーフ弁１０３が開弁すると、異常高圧となったコモンレール２３の燃料はリリーフ通路１０１から加圧室１１へと戻される。これにより、コモンレール２３等の高圧部配管が保護される。

以下に高圧燃料供給ポンプの構成及び動作を、前述の図４のほか、図１乃至図３を用いてさらに詳しく説明する。図１は、本発明に係る第一実施例の高圧燃料供給ポンプについて、プランジャの軸方向に切断して示す全体断面図である。図２は、本発明に係る第一実施例の高圧燃料供給ポンプの別の角度の全体断面図であり、吸入ジョイント軸中心における断面図である。図３は、本発明に係る第一実施例の高圧燃料供給ポンプについて、プランジャの軸方向に垂直な方向に切断して示す全体断面図であり、燃料の吸入口軸中心及び吐出口軸中心における断面図である。

一般に高圧ポンプは、ポンプ本体１Ａに設けられたフランジ１ｅ（図３参照）を用い、内燃機関のシリンダヘッド４１の平面に密着して固定される。シリンダヘッド４１とポンプ本体１Ａ間の気密保持のために、Ｏリング６１がポンプ本体１Ａに嵌め込まれている。

ポンプ本体１Ａには、プランジャ２の進退運動をガイドし、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には、燃料を供給するための電磁吸入弁３０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（図３参照）とに連通するように、連通通路１１ａ（図３参照）が設けられている。

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（図１参照）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いる。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、燃料がポンプ外部に漏れることを防止する。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。

フィードポンプ２１（図４参照）によって汲み上げられた燃料は、吸入配管２８と結合された吸入ジョイント１０ａを介してポンプ本体１Ａに送られる。ダンパカバー１４は、ポンプ本体１Ａと結合することにより低圧燃料室１０ｂ、１０ｃを形成し、吸入ジョイント１０ａを通過した燃料が流入する。低圧燃料室１０ｂ、１０ｃの上流には、燃料中に含まれる金属粉等の異物を除去するために燃料フィルタ１２０が、たとえばポンプ本体１Ａに圧入されるなどして取り付けられている。吸入ジョイント１０ａ及び低圧燃料室１０ｂ、１０ｃは、低圧の燃料が流れる低圧燃料通路部１０を構成する。

低圧燃料室１０ｂ、１０ｃには高圧ポンプ１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、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３０１を通して吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）へと戻される場合、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）へ戻された燃料により低圧燃料室１０ｂ、１０ｃには圧力脈動が発生する。しかし、この圧力脈動は圧力脈動低減機構９により吸収低減される。

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ンパ９ａで形成されている。圧力脈動はこの金属ダンパ９ａが膨張・収縮することで吸収低減される。９ｂは金属ダンパ９ａをポンプ本体１Ａの内周部に固定するための取り付け金具である。

電磁吸入弁３０の電磁コイル３０８は、端子３０７を介してＥＣＵ２７と接続される。電磁コイル３０８への通電と無通電を繰り返すことにより、吸入弁体３０１の開閉が制御される。電磁吸入弁３０は、吸入弁体３０１の開閉により燃料の流量を制御する可変制御機構である。電磁コイル３０８が通電されていない時、吸入弁体３０１には、アンカー３０５とアンカー３０５に一体となるよう形成されたアンカーロッド３０２とを介して、アンカーばね３０３の付勢力が伝達される。

アンカーばね３０３の付勢力と対向するように弁ばね３０４が設けられている。弁ばね３０４は吸入弁体３０１の内側に設置される。アンカーばね３０３の付勢力と弁ばね３０４の付勢力とは、上述したように設定される。その結果、吸入弁体３０１は開弁方向に付勢され、吸入口３０ｄは開けられた状態となっている。この時アンカーロッド３０２と吸入弁体３０１とは３０２ｂに示す部位で接触している（図１に示す状態）。

電磁コイル３０８の通電により発生する磁気付勢力は、アンカー３０５が固定子３０６側にアンカーばね３０３の付勢力に打ち勝って吸引可能な力を有するように設定される。電磁コイル３０８への通電時、アンカー３０５は固定子３０６側に移動（図の左側）し、アンカーロッド３０２端部に形成されたストッパ３０２ａがアンカーロッド軸受３０９に当接して係止される。アンカー３０５の移動量と吸入弁体３０１の移動量とは、
アンカー３０１の移動量 ＞ 吸入弁体３０１の移動量
となる様にクリアランスが設定されている。このため、ストッパ３０２ａがアンカーロッド軸受３０９に当接した状態では、アンカーロッド３０２と吸入弁体３０１との接触部３０２ｂは開放される。その結果、吸入弁体３０１は、弁ばね３０４により閉弁状態に付勢され、吸入口３０ｄは閉じられた状態となる。

電磁吸入弁３０には、吸入弁体３０１が加圧室１１への吸入口３０ｄを塞ぐことができるように、吸入弁シート部材３１０が設けられている。吸入弁シート部材３１０には、吸入弁シート３１０ａが形成されている。吸入弁シート部材３１０は、筒状ボス部１ｂに機密を保って挿入され、ポンプ本体１Ａに固定される。電磁吸入弁３０がポンプ本体１Ａに取り付けられた際、吸入ポート３０ａと吸入通路１０ｂとが接続される。

吐出弁機構８は、ポンプ本体１に設けられた吐出弁シート面８ａと、
中心に往復摺動を保持可能なように軸受８ｅを設けた吐出弁部材８ｂと、
吐出弁部材８ｂの軸受に対し摺動可能な中心軸８ｆを設けた吐出弁ガイド部材８ｄを有する。

吐出弁部材８ｂは吐出弁シート面８ａと接触することにより油密保持可能な環状接触面８ｆを形成する。

吐出弁ばね８ｃは吐出弁部材８ｂを閉弁方向に付勢するように設けられている。

このような構成にすることで、吐出弁部材８ｂの傾きを抑制することができ、吐出弁部材８ｂを軸方向に摺動可能に拘束することができるので、吐出弁部材８ｂを確実にシート部（吐出弁シート面８ａ）に当接させることが可能である。

吐出弁ガイド部材８ｄをたとえば圧入によりポンプ本体１に封止されることにより吐出弁機構８を構成している。吐出弁機構８は燃料流通方向を制限する逆止弁として作用する。

次に、リリーフ弁機構１００の構成及び動作を詳細に説明する。

リリーフ弁機構１００は、ポンプ本体１Ａに形成された収容孔（収容凹部）１Ｃに収容されている。収容孔１Ｃは連通孔１１ｂにより加圧室１１に連通している。

リリーフ弁機構１００は、リリーフ弁シート１０４と一体であるリリーフ弁ハウジング１０５、リリーフ弁１０３、リリーフ弁押さえ１０７、リリーフばね１０２、リリーフばねアジャスタ１０６からなる。リリーフ弁機構１００は、サブアセンブリとしてポンプハウジング１の外部で組み立てられる。

まず、リリーフ弁ハウジング１０５に、リリーフ弁１０３、リリーフ弁押さえ１０７、リリーフばね１０２の順に順次挿入し、リリーフばねアジャスタ１０６をリリーフ弁ハウジング１０５に圧入固定する。このリリーフばねアジャスタ１０６の固定位置によって、リリーフばね１０２のセット荷重を決定する。リリーフ弁１０３の開弁圧力は、このリリーフばね１０２のセット荷重によって決定される。

リリーフ弁押さえ１０７（リリーフ弁ホルダ）はリリーフばね１０２によりリリーフ弁１０３の下流側から上流側に向かって付勢され、リリーフ弁１０３を保持する。

こうしてユニット化されたリリーフ弁機構１００をポンプ本体１Ａに設けた収容孔（筒状貫通口）１Ｃの内周壁にリリーフ弁ハウジング１０５を圧入することによって固定する。ついで燃料吐出口１２を形成する吐出ジョイント１２ａを、ポンプ本体１の収容孔１Ｃを塞ぐように固定し、燃料が高圧ポンプ１から外部へ漏れるのを防止すると同時に、コモンレール２３との接続を可能とする。

収容孔１Ｃと収容孔１Ｄとは、図３に示すように、吐出通路１１０で接続されている。これにより、吐出通路１１０は収容孔１Ｃを介して燃料吐出口１２に連通している。

プランジャ２の動きにより、加圧室１１の容積が減少を始めると、加圧室１１内の圧力はその容積の減少に伴って増大していく。そして、ついに吐出流路１１０内の圧力よりも加圧室内の圧力が高くなると、吐出弁機構８が開弁し、燃料は加圧室１１から吐出流路１１０へと吐出されていく。この吐出弁機構８が開弁する瞬間から直後にかけて、加圧室１１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１１０内にも伝播して、吐出流路１１０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、リリーフ弁機構１００の出口が吸入流路１０ｂに接続されていたならば、吐出流路１１内の圧力オーバーシュートにより、リリーフ弁１０３の入口と出口との間の圧力差がリリーフ弁機構１００の開弁圧力よりも大きくなってしまい、リリーフ弁１０３が誤動作してしまう。

これに対し本実施例では、リリーフ弁機構１００の出口が加圧室１１に接続されているので、リリーフ弁機構１００の出口には加圧室１１内の圧力が作用し、リリーフ弁機構１１の入口には吐出流路１１０内の圧力が作用する。ここで、加圧室１１内と吐出流路１１０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１０３の入口と出口との間の圧力差はリリーフ弁１０３の開弁圧力以上になることがない。すなわち、リリーフ弁１０３が誤動作することはない。

プランジャ２の動きにより加圧室１１の容積が増加を始めると、容積の増加に伴って加圧室１１内の圧力は減少し、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）内の圧力よりも低くなる。この状態では、燃料は吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）から加圧室１１に流入する。そして再びプランジャ２の動きにより、加圧室１１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。

次に、直噴インジェクタ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について詳しく説明する。
直噴インジェクタの故障、つまり噴射機能が停止してコモンレール２３に送られてきた燃料を内燃機関の燃焼室内に供給できなくなると、吐出弁機構８とコモンレール２３との間に燃料がたまり、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２３に設けた圧力センサ２６で異常が検知され、吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）に設けた容量制御機構であるところの電磁吸入弁３０をフィードバック制御して吐出量を少なくする安全機能が動作する。しかし、瞬間的な異常高圧はこの圧力センサ２６を使ったフィードバック制御では対処できない。

また、電磁吸入弁３０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２３の圧力センサ２６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。

このような異常高圧が発生した場合に本実施例のリリーフ弁機構１００が安全弁として機能する。

プランジャ２の動きにより加圧室１１の容積が増加を始めると、容積の増加に伴って加圧室１１内の圧力は減少する。このとき、リリーフ弁機構１００の入口すなわち吐出流路１１０の圧力が、リリーフ弁１０３の出口すなわち加圧室１１の圧力よりも、リリーフ弁機構１００の開弁圧力以上に高くなると、リリーフ弁機構１００は開弁する。このリリーフ弁機構１００の開弁により、コモンレール２３内で異常高圧となった燃料は加圧室１１内に戻される。これにより、異常高圧発生時でもコモンレール２３等の高圧配管系は規定の圧力以上にはならず、コモンレール２３等の高圧配管系の保護がなされる。

本実施例のプランジャ構造について図１、及び図２、図５、図６を用いて詳しく説明する。

ポンプ本体１Ａには、プランジャ２を摺動ガイドするシリンダ６が取り付けられており、プランジャ２とシリンダ６との間には、ギャップ５０が形成される。プランジャ２には、円周上にプランジャ溝２ａが設けられており、プランジャ２が上死点において、シリンダ摺動部６ａの摺動上端部６ｂ近傍に位置するよう配置されている。

ポンプの圧縮行程において、加圧室１１の圧力が高くなると、シリンダ摺動面６ａの上側（高圧）から、シリンダ摺動面６ａの下側（低圧）に向かって、流体（燃料）の流れが発生する。プランジャ２が往復運動をする際、図７（上部には流体の流速ベクトル、下部に圧力分布を示す。）に示すように、プランジャ２の中心軸は、シリンダ６の中心軸に対して傾きを持っている。そのため、ギャップ５０は円周方向に偏りが生じ、ギャップ５０の大きい側には、流体（燃料）流れＦ₁が多く流入し、ギャップ５０の小さい側では流体（燃料）流れＦ₂が少なく流入する。流入した流体（燃料）分は、シリンダ下部のギャップ５０から、Ｆ₃（ギャップ５０が小さい側）、Ｆ₄（ギャップ５０が大きい側）として排出される。ギャップ５０に流入する流量はプランジャ２の円周方向で不均一となるため、プランジャ２の円周方向に圧力不均衡が発生する。ここで、前記圧力不均衡は摺動上端部６ｂ近傍で最も大きく、下端側に向かってその影響は減少する。前記圧力不均衡が発生すると、シリンダ上端側のギャップ５０ａ（ギャップ５０が大きい側）で高圧、シリンダ上端側のギャップ５０ｂ（ギャップ５０が小さい側）で低圧となるため、プランジャ２を傾けようとする偏心荷重が発生し、プランジャ２とシリンダ６の摺動抵抗が増大する。図７に示すようにプランジャ溝２ａが無い場合は、プランジャ２の円周方向の流体（燃料）流れＦｎが少ないため、前記圧力不均衡を十分に緩和することができず、耐摺動性を悪化させる。シリンダ下端側では、ギャップ５０ｄ（ギャップ５０が大きい側）、ギャップ５０ｃ（ギャップ５０が小さい側）でどちらも低圧であるため、前記圧力不均衡による偏心荷重は小さく、耐摩耗性への影響は無視できる。

一方、本実施例では前述したように、プランジャ溝２ａを設けているため、図８に示すように、プランジャ２の円周方向に流体（燃料）流れＦｎを導入することが可能となり、ギャップ５０ｂの圧力は高圧、ギャップ５０ａの圧力も高圧となり、前記圧力不均衡を緩和することが可能である。ゆえに、最も前記圧力不均衡の影響が大きい摺動上端部６ｂ近傍の前記圧力不均衡を十分に緩和することができ、偏心荷重を低減することが可能となる。よって、プランジャ２の耐摺動性を向上することができ、プランジャ・シリンダギャップの縮小化が可能となる。

プランジャ溝２aの位置は、プランジャ２が下死点において、摺動上端部６ｂ近傍から、カムリフト量分下がった位置となるが、圧縮行程開始直後の前記圧力不均衡は小さいため、プランジャ２が上死点位置において、プランジャ溝２ａが摺動部上端６ｂ近傍に位置していればよい。また、プランジャ溝２aの位置は、プランジャ２が上死点において、摺動上端部６ｂ近傍から突出してはならない。突出した場合は、プランジャ溝２ａの角部とシリンダ摺動面６ａが接触し、耐摩耗性が悪化する。よって、プランジャ溝２aの位置は、プランジャ２が上死点において、摺動部上端６ｂ近傍が限界位置となる。すなわち、プランジャ溝２aの位置を、プランジャ２が上死点において、摺動上端部６ｂに出来得る限り近くとることで、前記圧力不均衡を最も緩和することができる。

以下に本発明の第２実施例について説明する。実施例１と同一の内容については説明を省略する。

図９に示すように、プランジャ溝２ａを、２本設けてもよい。本数は２本以上となるような構成としてもよく、理論的にプランジャ溝２ａの本数が多いと、プランジャ２の円周方向に導入できる流体が増加するため、プランジャ２の円周方向に発生する圧力不均衡を、第１実施例に対し、さらに緩和することが可能となる。

以下に本発明の第３実施例について説明する。実施例１、２と同一の内容については説明を省略する。

図１０に示すように、プランジャ溝２ａを、摺動上端部６ｂ近傍に加えて、シリンダ摺動部６ａの中央部等、別の位置に配置してもよい。摺動上端部６ｂに加えてプランジャ溝２ａを設けることで、プランジャ２の円周方向に発生する圧力不均衡を、第１実施例に対して、さらに緩和することが可能となる。

以下に本発明の第４実施例について説明する。実施例１、２、３と同一の内容については説明を省略する。

第１実施例においてはプランジャ溝２ａの形状が台形状の例を示したが、図１１に示すように三角形状としてもよく、あるいは図１２に示すように丸型形状としてもよい。プランジャ溝２ａとプランジャ２の摺動部とが成す角部を鋭角としないことで、耐摩耗性を確保することができる。

上記発明により、プランジャの耐摺動性を確保し、プランジャ・シリンダギャップを縮小化が可能となる。

第１実施例乃至第４実施例の説明においては、シリンダ６の形状をカップ型（シリンダ径方向を塞ぐ面をもつ）としていたが、単純な円筒状（シリンダ径方向を塞ぐ面を持たない）であってもよい。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１Ａ…ポンプ本体、２…プランジャ、６…シリンダ、６ｃ、６ｃ’…環状突起、６ｄ…環状凹部（環状溝）、８…吐出弁機構、９…圧力脈動低減機構、３０…電磁吸入弁、１００…リリーフ弁機構。

Claims (6)

1. 往復運動するプランジャと、前記プランジャの往復運動を摺動ガイドするシリンダと、前記シリンダを保持するポンプ本体と、を有する高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記プランジャが上死点に位置する際、前記プランジャに形成された溝位置が、前記シリンダ摺動部の加圧室側上端近傍に位置することを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記プランジャの溝数が２つ以上形成されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記プランジャの溝が、前記シリンダ摺動部の加圧室側端部近傍に加え、前記シリンダ摺動部の別な位置に設けられていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記プランジャの溝断面形状が、台形状に加工されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記プランジャの溝断面形状が、三角形状に加工されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記プランジャの溝断面形状が、丸型形状に加工されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

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