JP2019002308A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料としてアルコール燃料が使用される環境下であっても、吸入弁機構の摺動部のフリクション悪化を抑制した高圧燃料供給ポンプを得る。【解決手段】本発明では上記課題を解決するために、加圧室の上流側に吸入弁機構を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、吸入弁を開弁方向又は閉弁方向に移動させるロッドと、前記ロッドを摺動可能に支持するロッドガイドを備え、ロッドが摺動するロッドガイドの摺動面の軸方向長さを1mm〜1.5mmとなるように構成した。これにより、燃料としてアルコール燃料が使用される環境下であっても、フリクション悪化を抑制することが可能となる。【選択図】 図７

Description

本発明は、筒内（シリンダ）に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料供給システムに好適な高圧燃料供給ポンプに関する。

本発明の従来技術として特許文献１（特開２０１１−１７９３１９号公報）に記載のものがある。この特許文献１の燃料供給システムでは、燃料タンクから燃料をくみ上げるフィードポンプ（低圧燃料供給ポンプ）によって低圧燃料噴射弁が設置された低圧燃料容積室（コモンレールとも呼ぶ）に低圧燃料通路を通して供給する低圧燃料供給系と、フィードポンプでくみ上げた燃料を高圧燃料供給ポンプで加圧したのち、高圧燃料噴射弁が設置された高圧燃料容積室（高圧燃料蓄圧室とも呼ぶ）に高圧燃料を供給する高圧燃料供給系とを備えている。

高圧燃料噴射弁には、吸入弁の開閉の役目を果たす、プランジャーロッドを備えている。吸入弁の動作タイミングは、電磁ソレノイド原理を用いてコントロールされ、高圧燃料噴射弁の加圧室内に供給する燃料量を制御している。プランジャーロッドは、二つの軸受け部により支えられ、プランジャーロッド軸方向に動作し、閉弁時は、相手方部材（バルブシート）と、金属接触（メタルタッチ）にて気密性を確保し、供給燃料量を調整している。

特開２０１１−１７９３１９号公報

近年、自動車の燃料としてエターノールを主成分とするアルコール燃料を使用することが市場トレンドになり得ると言われている。アルコール燃料は通常のガソリンと燃料成分が異なる。この燃料成分の差異が原因となって、高圧燃料供給ポンプの備える吸入弁機構のロッド部等の摺動部のフリクション悪化の懸念があげられる。

吸入弁機構のロッド部等の摺動部の摺動性が悪くなると、吸入弁機構の開閉の応答性が悪くなる。高圧燃料供給ポンプは、吸入弁機構の開閉のタイミングにより、流量制御を行うため、吸入弁機構の開閉の応答性が悪くなると、流量制御性が悪くなり、必要な流量を吐出できなくなってしまう。また、高圧燃料供給ポンプの吐出側には燃料噴射弁が取り付けられるコモンレールが設置されており、コモンレールには自動車側から要求される燃料圧力を保つ必要がある。しかし、吸入弁機構の閉弁の応答性が悪くなると、吐出燃料が低くなってしまうので、要求される燃料圧力を保つことができない。

一方で電磁吸入弁の開弁の応答性が悪くなると、吐出燃料が高くなってしまうので、コモンレールの燃料圧力が高くなり過ぎる虞がある。コモンレールの燃料圧力が設定圧力以上になってしまうと、故障モードとして、リリーフ弁が作動してしまう場合もある。

そこで本発明は、燃料としてアルコール燃料が使用される環境下であっても、吸入弁機構の摺動部のフリクション悪化を抑制した高圧燃料供給ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、加圧室の上流側に吸入弁機構を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記吸入弁機構は流路を開閉する吸入弁と、前記吸入弁を開弁方向又は閉弁方向に移動させるロッドと、前記ロッドを摺動可能に支持するロッドガイドと、を備え、前記ロッドが摺動する前記ロッドガイドの摺動面の軸方向長さを1mm〜1.5mmとなるように構成した。

好適には、前記ロッドガイドは前記摺動面から軸方向における両側に径方向に向かって広がるようにテーパ面が形成され、前記摺動面と前記テーパ面との鋭角の交差角度が10〜12°となるように構成した。

好適には、前記吸入弁機構を電磁駆動型の電磁吸入弁機構によって構成し、前記電磁吸入弁機構は無通電時に前記吸入弁が閉じるように構成されたノーマルクローズ型の電磁吸入弁機構である。

好適には、前記吸入弁機構は、アルコール燃料の流路開閉を行うように構成された。

好適には、前記ロッドガイドは、旋盤にて内径部が加工され、一方のテーパ面から前記摺動面、及び他方のテーパ面まで、1回の工程にて加工されることで形成される。

このように構成された本発明によれば、燃料としてアルコール燃料を使用された環境下であっても吸入弁機構の摺動部のフリクション悪化を抑制した高圧燃料供給ポンプを提供することが可能とする。

本発明の実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明の実施例によるによる高圧燃料供給ポンプの別の縦断面図である。 本発明の実施例によるによる高圧燃料供給ポンプの別の縦断面図である。 本発明の実施例によるによる高圧燃料供給ポンプのシステム図である。 本発明の実施例の改良案によるによる高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明の実施例の改良案による高圧燃料供給ポンプのシステム図である。 本発明の実施例による高圧燃料供給ポンプの縦断面図で、図１、図５における吸気弁の拡大図である。

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。

図１〜図７に基づき本発明の第１の実施例を説明する。

ポンプハウジング１には加圧室１１を形成するためのカップ型の凹所１１Ａが設けられている。凹所１１Ａ（加圧室１１）の開口部にはシリンダ６が嵌合されている。ホルダ７をねじ部１ｂにて螺合することによってシリンダ６の端部がホルダ７によってポンプハウジング１の加圧室１１の開口部に設けた段付部１６Ａに押し付けられる。

シリンダ７とポンプハウジング１は段付部１６Ａで圧接され、金属接触による燃料シール部を形成する。シリンダ６には中心にプランジャ２の貫通孔（摺動孔とも呼ぶ）が設けられている。プランジャ２はシリンダ６の貫通孔に往復動可能に遊嵌されている。ホルダ７の外周にはねじ部１ｂの反加圧室１１側の位置にシールリング６２が装着されている。
シールリング６２はホルダ７の外周とポンプハウジング１の凹所１１Ａの内周壁との間を燃料の漏れないようにシール部を形成する。

ホルダ７の反シリンダ６側には内側筒状部７１と外側筒状部７２の二重の筒状部が形成されている。ホルダ７の内側筒状部７１にはプランジャシール装置１３が保持されており、プランジャシール装置１３はホルダ７の内周とプランジャ２の周面との間に燃料溜り部６７を形成している。燃料溜り部６７にはプランジャ２とシリンダ６の摺動面から漏れる燃料が捕獲される。

プランジャシール装置１３は後述するカム５側から燃料溜り６７に潤滑オイルが侵入することも防止している。

ホルダ７の反シリンダ６側に形成された外側筒状部７２はエンジンブロック１００に形成された取付け孔１００Ａに挿入される。ホルダ７の外側筒状部７２の外周にはシールリング６１が取付けられている。シールリング６１は取付け孔１００Ａから潤滑オイルが大気中に漏れるのを防止し、また大気から水が浸入するのを防止する。

ホルダ７の直径はシールリング６２の部分よりもシールリング６１の部分の方が大きく構成されている。これは、ポンプハウジング１をエンジンブロックに取付ける際の取付け面積を大きくしてポンプ本体の首振り現象を小さくすることに効果がある。

ポンプハウジング１の下端面１０１Ａはエンジンブロックの取付け孔１００Ａの周囲の取付け面に当接している。ポンプハウジング１の下端面１０１Ａの中心部には環状突起１１Ｂが形成されている。

環状突起１１Ｂはエンジンブロック１００の取付け孔１００Ａに遊嵌しており、ホルダ７の外側筒状部７２の外径とほぼ同じ外径を有するが、ポンプ本体の首振りは環状突起１１Ａと下端面１０１Ａとで受けるよう配慮される。

プランジャ２はシリンダ６に滑合する大径部２ａの直径よりもシリンダから反加圧室側に延びる小径部２ｂの直径の方が小さく形成されている。その結果プランジャシール装置１３の外径を小さくでき、この部分でホルダ７に二重の筒状部７１，７２を形成するスペースが確保できる。直径が細くなっているプランジャ２の小径部２ｂの先端部にはばね受け１５が固定されている。ホルダ７とばね受け１５との間にはばね４が設けられている。
ばね４の一端はホルダ７の内周側筒状部７１の周りで外周筒状部７２の内側に装着されている。ばね４の他端は有底筒状の金属で構成されるリテーナ１５の内側に配置される。リテーナ１５の筒状部３１Ａは取付け穴１００Ａの内周部に遊嵌されている。

タペット３の底部３１Ｂの内表面にはプランジャ２の下端部２１Ａが当接している。タペット３の底部３１Ｂの中央部には回転ローラ３Ａが取付けられている。ローラ３Ａはカム５の表面にばね４の力を受けて押し付けられている。その結果カム５が回転するとカム５のプロフィールに沿ってタペット３とプランジャ２が上下に往復動する。プランジャ２が往復動するとプランジャ２の加圧室側端部２Ｂは加圧室１１に入ったり出たりする。プランジャ２の加圧室側端部２Ｂが加圧室１１に進入するとき加圧室１１内の燃料が高圧に加圧されて高圧通路に吐出される。またプランジャ２の加圧室側端部２Ｂが加圧室１１から後退するとき加圧室１１内に吸入通路３０ａから燃料が吸入される。カム５はエンジンのクランクシャフトあるいはオーバヘッドカムシャフトによって回転される。

カム５が図１に示す３葉カム（カム山が３つ）の場合、クランクシャフトあるいはオーバヘッドカムシャフトが１回転するとプランジャ２は３往復する。４サイクルエンジンの場合、１燃焼工程でクランクシャフトは２回転するので、クランクシャフトでカム５を回転する場合、１燃焼サイクルの間（基本的には燃料噴射弁がシリンダに１回燃料を噴射する）にカムは６往復して燃料を６回加圧し吐出する。

ポンプハウジング１にねじ止あるいは溶接で固定されたジョイント１０１は、低圧燃料口１０ａを形成している。ジョイント１０１の内側にはフィルター１０２が装着されている。ポンプハウジング１の頭部にはダンパカバー１４が固定されており、ダンパカバー１４とポンプハウジング１との間に区画形成される低圧室１０ｃ，１０ｄには、燃料圧力脈動を低減するための圧力脈動低減機構９が収容されている。

ダンパカバー１４の頭部には低圧燃料口１０ｂとしてのジョイントが形成されている。
圧力脈動低減機構９はその上下両面にはそれぞれ低圧室１０ｃ，１０ｄが設けられている。

ダンパカバー１４は圧力脈動低減機構９を収容する低圧室１０ｃ，１０ｄを形成する機能と、低圧燃料口１０ｂとしてのジョイントを介して燃料を低圧燃料噴射弁の燃料溜としての低圧燃料容積室４３へ通流する機能を有する。

図５に示す吐出口１２は、ポンプハウジング１にねじ止若しくは溶接によって固定されたジョイント１０３で形成されている。

第１実施例の高圧燃料供給ポンプでは（経路１）ジョイント１０１の低圧燃料口１０ａ−低圧室１０ｄ−吸入通路３０ａ−加圧室１１−吐出口１２に至る燃料通路と、（経路２）ジョイント１０１の低圧燃料口１０ａ−低圧室１０ｄ−低圧室１０ｃ−低圧燃料口１０ｂに至る燃料通路の二つの燃料通路が形成される。なお、（経路３）低圧室１０ｄ−低圧燃料通路１０ｅ−環状低圧通路１０ｈ−ホルダ７に設けられた溝７ａ−燃料溜り部６７（環状低圧室１０ｆ）も連通されている。この結果、プランジャ２が往復動すると燃料溜り部６７（環状低圧室１０ｆ）の容積が増減して、低圧室１０ｄと燃料溜り部６７（環状低圧室１０ｆ）との間で燃料が行き来する。これによりプランジャと２とシリンダ６の摺動熱で暖められた燃料溜り部６７（環状低圧室１０ｆ）の燃料の熱は、低圧室１０ｄの燃料と熱交換され、冷却される。

加圧室１１の入口の吸入通路３０ａには可変容量制御機構３０が設けられている。可変容量制御機構３０内には吸入弁３１が設けられて、いる。吸入弁はばね３３によって吸入口３０Ａを閉じる方向に付勢力されている。これにより可変容量制御機構３０は無通電状態では吸入通路３０ａから加圧室１１に向かう燃料流だけを許す逆止弁となる。

加圧室１１の出口には吐出弁ユニット８が設けられている（図５参照）。吐出弁ユニット８は吐出弁シート８ａ，吐出弁シート８ａと接離する吐出弁８ｂ，吐出弁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８ｂと吐出弁シート８ａとを収容する吐出弁ホルダ８ｄから構成され、吐出弁シート８ａと吐出弁ホルダ８ｄとは当接部で溶接８ｅにより接合されて一体のユニットを形成している。

なお、吐出弁ホルダ８ｄの内部には、吐出弁８ｂのストロークを規制するスットパーを形成する段付部８ｆが設けられている。

加圧室１１と吐出口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、吐出口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内の燃料は吐出口１２を経て低圧容積室２３としてのコモンレールへと高圧吐出される。吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ８ｆと接触し、ストロークが制限される。したがって、吐出弁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８ｂの閉じ遅れにより、吐出口１２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、吐出弁吐出弁ホルダ８ｄの内周面にてガイドしている。以上のようにすることで、吐出弁ユニット８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。

シリンダ６は外周がホルダ７で保持され、ホルダ７の外周に螺刻されたねじを、ポンプ本体に螺刻されたねじにねじ込むことによってねじ部１ｂにおいてポンプハウジング１に固定される。プランジャ２は大径部２ａと小径部２ｂからなる。シリンダ６は加圧部材であるプランジャ２を大径部２ａにて上下に摺動可能に保持する。プランジャ２の下端には、カム５の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するリテーナ１５が圧入によってプランジャ２に固定されており、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の底部内面に押し付けられている。これによりカム５の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に運動させることができる。また、プランジャ２の小径部２ｂはシリンダ６の図中下側でプランジャシール装置１３によりシールされ、ガソリン（燃料）が高圧燃料供給ポンプのから内燃機関の内部に漏れることを防止する。同時に内燃機関の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルでも良い）がポンプハウジング１の内部に流入するのを防止する。

これらの構成により、加圧室１１は、可変容量制御機構３０，吐出弁ユニット８，プランジャ２，シリンダ６，ポンプハウジング１にて構成される。

燃料は燃料タンク２０から低圧燃料供給ポンプ２１にて、吸入配管２８を通してポンプの低圧燃料口１０ａに導かれる。低圧燃料供給ポンプ２１は、エンジンコントロールユニット２７（以後、ＥＣＵと称す）からの信号によってポンプハウジング１への吸入燃料を一定の圧力に調圧する。高圧燃料供給ポンプのポンプハウジング１の低圧燃料口１０ａに導かれた燃料は、上述の経路２を通して低圧燃料容積室４３へと供給される。

また、経路１を通して加圧室で加圧された高圧燃料が吐出口１２から高圧燃料容積室２３へ供給される。高圧燃料容積室２３には、高圧燃料噴射弁２４，圧力センサ２６が装着されている。高圧燃料噴射弁２４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、ＥＣＵ２７の信号に基づいて内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する。

低圧燃料容積室４３へは、ポンプハウジング１を通過した低圧燃料が低圧燃料口１０ｂから低圧配管４１を介して供給される。低圧燃料容積室４３には、低圧燃料噴射装弁４４が装着されている。低圧燃料噴射装弁４４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、ＥＣＵ２７の信号に基づいて内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する。

次に、高圧吐出される燃料の量を調整する可変容量制御機構３０について図１，図４及び図５を用いて説明する。

吸入弁体３１は吸入弁３１ａ，アンカー３１ｂ，ばねストッパ３１ｃからなり、アンカー３１ｂ，ばねストッパ３１ｃは吸入弁３１ａに圧入され固定されている。吸入弁体３１は、閉弁時はシート３２と接触し、低圧室１０ｄと加圧室１１を遮断する。吸入弁ばね３３は、ばねストッパ３１ｃの圧入位置にて付勢力を決定する。電磁駆動機構のコイル３６が無通電状態で、かつ吸入通路３０ａ（低圧室１０ｄ）と加圧室１１の流体差圧が無い時は、この吸入弁ばね３３の付勢力により、吸入弁体３１は図１に示すように図面左の閉弁方向に付勢され閉弁状態となっている。

カム５の回転により、プランジャ２が吸入工程（上死点位置から下死点位置に移動する間）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。加圧室１１の燃料圧力が低圧室１０ｄ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が発生する。吸入弁体３１は、この流体差圧による開弁力が吸入弁ばね３３の付勢力を超えることにより、吸入弁ばね３３の付勢力に打ち勝って、開弁するように設定されている。吸入弁体３１の開弁方向の変位量はコア３５にて規制されているので、完全に開弁状態の時は、アンカー３１ｂとコア３５が接触している。かくして、このコア３５により、吸入弁体３１のストロークが決定されることになる。

この状態で、端子３７を介してＥＣＵ２７からの入力電圧がコイル３６に印加されると、コイル３６には電流が流れる。流れる電流の波形はコイル３６の抵抗値とインダクタンスの値によって決まる。この電流によって、アンカー３１ｂと、コア３５の間には互いに引き合う磁気付勢力が発生する。しかし、すでに流体差圧により吸入弁体３１は完全に開弁し、コア３５に接しているかあるいは途中まで開弁しているので、磁気付勢力がこの時点で発生しても、アンカー３１ｂとコア３５が激しく衝突することはない。かくして開弁時の吸入弁の打音が抑制される。また、吸入弁を駆動する電力が小さくでき、起動電流が不要若しくは小さくできる。

コイル３６に入力電圧の印加状態を維持したまま、プランジャ２は吸入工程を終了し、圧縮工程（下死点から上死点に移動する間）へと移行する。プランジャ２が圧縮工程に移ると、流体差圧による開弁力は無いが、入力電圧の印加状態を維持したままなので磁気付勢力は印加されたままであり、依然として吸入弁体３１は開弁したままである。従ってこの状態では、加圧室１１の容積がプランジャ２の圧縮運動に伴って減少しても、加圧室１１内の燃料が再び開弁状態の吸入弁体３１を通して吸入通路３０ａ（低圧室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。この工程を戻し工程（スピル工程とも称す）と呼ぶ。このとき、吸入弁体３１には、吸入弁ばね３３による付勢力と、燃料が加圧室１１から低圧室１０ｄへ逆流する時に発生する流体力による閉弁力が働く。この閉弁力と吸入弁ばね３３による閉弁方向への付勢力が加算されて開弁を維持するための磁気付勢力に対向するので、磁気付勢力はこれに負けない力が必要である。この実施例では上述したように、流体差圧により吸入弁体３１が完全に開弁若しくは途中まで開弁できるように、吸入弁ばね３３の力が非常に小さく設定されているので、閉弁方向への付勢力は小さい。その結果小さな磁気付勢力でも充分開弁状態を維持できる。

この状態で、ＥＣＵ２７からの入力電圧を解除にすると、コイル３６に流れる電流はゼロになるが、吸入弁体に働いている磁気付勢力は、入力電圧が解除になった状態から、一定の時間後（磁気的な遅れの後）に消去される（以後、この時間を、「磁気解除遅れ」と称す）。磁気付勢力が減少し吸入弁体３１に作用する吸入弁ばね３３による付勢力と、燃料が加圧室１１から吸入通路３０ａ（低圧室１０ｄ）へ逆流する時に発生する閉弁力の総和の方が大きくなると吸入弁体３１が閉弁に転じ、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、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、高圧燃料容積室２３へ加圧燃料が供給される。この工程を吐出工程と称す。すなわち、プランジャ２による圧縮工程は、戻し工程と吐出工程からなる。

そして、コイル３６への入力電圧を解除するタイミング（閉弁タイミング）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。入力電圧を解除するタイミング（閉弁タイミング）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３０ａ（低圧室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、入力電圧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３０ａ（低圧室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。入力電圧を解除するタイミングは、ＥＣＵからの司令による。

以上のようにすることで、磁気付勢力は吸入弁体３１を開弁状態のまま維持するために充分確保でき、かつ、入力電圧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。

上記の吸入工程，戻し工程、および吐出工程の３つの工程中、吸入通路３０ａ（低圧室１０ｄ）には常に燃料が出入りするため、燃料圧力に周期的な脈動が生じる。この圧力脈動は圧力脈動低減機構９にて吸収低減され、低圧燃料供給ポンプ２１からポンプハウジング１へ至る吸入配管２８への圧力脈動の伝播を遮断し、吸入配管２８の破損等を防止すると同時に、安定した燃料圧力で加圧室１１に燃料を供給することを可能としている。低圧室１０ｃは低圧室１０ｄと接続しているので、圧力脈動低減機構９の両面に燃料は行き渡り効果的に燃料の圧力脈動を抑える。

また、圧力脈動低減機構９は経路（２）を通って低圧燃料用石室へ流れる燃料に対しても脈動低減効果がある。

シリンダ６の下端とプランジャシール装置１３の間には燃料溜り６７としての環状低圧室１０ｆが存在し、環状低圧室１０ｆは経路３（低圧室１０ｄ−低圧燃料通路１０ｅ−環状低圧通路１０ｈ−ホルダ７に設けられた溝７）にて低圧室１０ｄと接続されている。プランジャ２がシリンダ６内で摺動運動を繰り返すと、大径部２ａと小径部２ｂとの結合部は環状低圧室１０ｆ内で上下運動を繰り返し、環状低圧室１０ｆは容積変化する。吸入工程では環状低圧室１０ｆの容積は減少し、環状低圧室１０ｆ内の燃料は低圧通路１１ｅを通って低圧室１０ｄへと流れる。戻し工程、および吐出工程では環状低圧室１０ｆの容積は増加し、低圧室１０ｄ内の燃料は低圧通路１１ｅを通って環状低圧室１０ｆへと流れる。

低圧室１０ｄに着目すると、吸入工程では低圧室１０ｄから加圧室１１に燃料は流入する一方、環状低圧室１０ｆから低圧室１０ｄに燃料が流入する。戻し工程では、加圧室１１から低圧室１０ｄに燃料は流入する一方、低圧室１０ｄから環状低圧室１０ｆに燃料が流入する。吐出工程では、環状低圧室１０ｆから低圧室１０ｄに燃料は流入する。このように、環状低圧室１０ｆは低圧室１０ｄへの燃料の出入りを助ける作用があるので、低圧室１０ｄで発生する燃料の圧力脈動を低減する効果がある。

また、低圧燃料口１０ａと低圧燃料口１０ｂの間に圧力脈動低減機構９が設置されているので、プランジャ２の上下運動に伴って発生する圧力脈動は圧力脈動低減機構９によって吸収され、低圧燃料容積室４３への圧力脈動の伝播を防ぐ事ができる。

図３に示すようにリリーフ通路２１１には燃料の流れを吐出通路から低圧室１０ｄへの一方向のみに制限するリリーフ弁機構２００が設けられており、リリーフ弁機構２００の入り口は図示しない流路によって、吐出弁８ｂの下流側と連通されている。

以下、リリーフ弁機構２００の動作について説明する。リリーフ弁２０２は、押し付け力を発生するリリーフばね２０４によりリリーフ弁シート２０１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２０２がリリーフ弁シート２０１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２０２が開き始める時の圧力をセット開弁圧と定義する。

リリーフ弁機構２００は、リリーフ弁シート２０１と一体であるリリーフ弁ハウジング２０６，リリーフ弁２０２，リリーフ押さえ２０３，リリーフばね２０４，リリーフばねアジャスタ２０５からなる。リリーフ弁機構２００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に圧入によって固定する。

まず、リリーフ弁ハウジング２０６に、リリーフ弁２０２，リリーフ押さえ２０３，リリーフばね２０４の順に順次挿入し、リリーフばねアジャスタ２０５をリリーフ弁ハウジング２０６に圧入固定する。このリリーフばねアジャスタ２０５の固定位置によって、リリーフばね２０４のセット荷重を決定する。リリーフ弁２０２の開弁圧力は、このリリーフばね２０４のセット荷重によって決定せられる。こうしてできたリリーフサブアセンブリ２００を、ポンプハウジング１に圧入固定する。

この場合、リリーフ弁２００の開弁圧力は、高圧燃料供給ポンプの正常動作範囲の最大圧力よりも高い圧力に設定する。

エンジンに燃料を供給する高圧燃料噴射装置（２３，２４，３０）の故障や、高圧燃料供給ポンプなどを制御するＥＣＵ２７等の故障により発生した高圧燃料容積室２３内の異常高圧が、リリー弁２０２のセット開弁圧以上になると、燃料は吐出弁８ｂの下流側からリリーフ流路２１１を通り、リリーフ弁２０２へと達する。そして、リリーフ弁２０２を通過した燃料は、リリーフばねアジャスタ２０５に開けられた逃がし通路２０８低圧部である低圧室１０ｄへ開放される。これにより、高圧燃料容積室２３等の高圧部の保護がなされる。

以上のように、内燃機関には高圧燃料噴射装置（２３，２４，３０）または低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）によって燃料が供給されるが、それぞれの噴射装置から噴射される燃料の量は内燃機関の運転状態による。例えば、アイドリング運転のような静粛性を求められる運転状態である。高圧燃料噴射弁２４から燃料を噴射すると、高圧燃料供給ポンプは燃料を高圧に加圧して高圧燃料容積室に供給しなくてはならない。このとき、可変容量制御機構３０が吐出弁ユニット８などでは金属が衝突し音を発生するので、求められる静粛性を阻害してしまう。そこで、アイドリング運転状態では暖機完了後であれば、低圧燃料供給ポンプ２０にて加圧した低圧燃料を低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）から吸気ポートに噴射すれば静粛性を保つ事ができる。低圧燃料容積室４３へ供給される低圧燃料は、高圧燃料供給ポンプを通過することになる。つまり、低圧燃料口１０ａから低圧室１０ｄに流入した低圧燃料は圧力脈動低減機構９、および低圧室１０ｃを通過して低圧燃料口１０ｂから低圧燃料通路４１を介して低圧燃料容積室４３へ供給される。

内燃機関が低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）のみにて燃料を供給する場合は、高圧燃料供給ポンプは燃料を高圧に加圧する必要はない。この場合、プランジャ２の摺動運動に伴い加圧室１１の燃料は低圧室１０ｄとの間で往復を繰り返す。これにより、低圧燃料に圧力脈動が発生するが前述した機構によりこの圧力脈動は低減する事ができる。特に、低圧燃料口１０ａと低圧燃料口１０ｂとの間に圧力脈動低減機構を設けることにより、プランジャ２の摺動運動によって発生した低圧燃料の圧力脈動を低圧燃料通路４１、および低圧燃料容積室４３へ伝播する事を防ぐ事ができるので、低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）は安定した噴射を繰り返す事ができる。なお、低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）にのみ燃料を供給するエンジンの運転状態では高圧燃料供給ポンプの可変容量制御機構３０は吐出ゼロの状態に維持されるようにするために、電磁駆動機構のコイル３６に電流を流し続けることになる。このときの消費電力を少なく押さえるためにも小さい電磁力で吸入弁の開弁状態を維持できる本実施例の構成は効果的である。

プランジャ２とシリンダ６は内燃機関が低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）のみで運転されている場合でも摺動運動を繰り返す。摺動部であるプランジャ２の大径部２ａの外形とシリンダ６の内径は、クリアランス（隙間）を例えば８〜１０μｍ程度に設定されている。通常はこのクリアランスは薄い膜状となった燃料によって満たされており、これによってスムーズな摺動を確保している。この燃料の薄膜が何らかの原因で途切れてしまうとプランジャ２とシリンダ６は摺動運動中にロックを起こして固着してしまので、燃料を高圧に加圧する事ができなくなってしまうという問題がある。高圧燃料供給ポンプが燃料を高圧に加圧して吐出している状態では、加圧室１１内の燃料の圧力が高くなって、極微小の高圧燃料がクリアランスを通して環状低圧室１０ｆへと圧送され易いので、燃料の薄膜切れは起こりにくい。また、プランジャ２とシリンダ６の摺動運動によって発生する熱も、加圧された高圧燃料によって高圧燃料供給ポンプの外部へと持ち去られるのでクリアランス中の燃料の薄膜が温度上昇によって蒸気化してしまうことで発生する薄膜切れも生じない。

低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）へ供給する燃料が高圧燃料供給ポンプを通らない従来技術では、内燃機関が低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）のみにて燃料を供給する場合は、この燃料の薄膜切れの現象が生じる可能性が高くなる。なぜなら高圧燃料供給ポンプは燃料を高圧に加圧する必要はないので、加圧室１１の燃料圧力は低圧室１０ｄや環状低圧室１０ｆと同じ低圧である。したがって、加圧室１１からクリアランスを通して環状低圧室１０ｆへ燃料が流れる事が無いので薄膜切れが起こりやすくなる。さらには、プランジャ２とシリンダ６の摺動運動で発生する熱が外部に運び去られる事も無いのでプランジャ２，シリンダ６、およびその周りの部品も温度が上昇してしまう。その結果、クリアランス中の燃料の薄膜が蒸気化してしまい、十分な燃料の薄膜を確保する事が困難であった。

本実施例では燃料タンク２０からの低圧燃料を吸入する低圧燃料口１０ａと、低圧燃料容積室４３へ通じる低圧燃料口１０ｂを高圧燃料供給ポンプに設け、その間に圧力脈動低減機構９を設ける。圧力脈動低減機構９の両面には低圧室１０ｃ，低圧室１０ｄが存在する低圧燃料口１０ａは低圧室１０ｄに、低圧吸入口１０ｂは低圧室１０ｃに開口する。プランジャ２には大径部２ａと小径部２ｂを設けて、プランジャ２の摺動運動に伴って環状低圧室１０ｆの容積が変化する構造としている。こうすることで、内燃機関が低圧燃料噴射装置（４１，４３，４４）のみにて燃料を供給する場合でも、燃料は高圧燃料供給ポンプの内部を通過するので高圧燃料供給ポンプから摩擦熱を持ち去る効果がある。さらに、環状低圧室１０ｆは常に低圧室１０ｄとの間で燃料をやり取りしているので、環状低圧室１０ｆも常に温度の低い新鮮な燃料で満たされる。これにより、プランジャ２とシリンダ６の温度上昇を抑制する事ができ、クリアランスに存在する燃料の薄膜の蒸気化による燃料の薄膜切れを抑えることができる。

また、本実施例のように高圧燃料供給ポンプに２個の低圧燃料口を設けることで、内燃機関での組み立て工数が削減できるという利点がある。高圧燃料供給ポンプの外で低圧燃料供給系と高圧燃料供給系が分離する構造では、内燃機関の組み立ての際、分岐部に専用のジョイントなどを組み込んで分岐させなくてはならない。これに対して本実施例の高圧燃料供給ポンプでは、低圧配管，低圧燃料供給系、および高圧燃料供給系をそれぞれ高圧燃料供給ポンプに組めば良い。

図５には、図１に示されていない改良案が記載されている。図５と図１との相違点は、低圧燃料口１０ｂと低圧室１０ｃの間に、オリフィス１０３Ｂが存在することである（それ以外は全て図１−図４の第１実施例と同一である）。

プランジャ２の上下運動によって発生した圧力脈動は、圧力脈動低減機構９によって吸収されるが、低圧燃料口１０ｂと低圧室１０ｃの間に、オリフィス１０３Ｂを設けることでより効果的に圧力脈動が低圧燃料容積室４３へ伝播することを抑えることができる。オリフィス１０３Ｂの断面積は大きすぎると、圧力脈動が低圧燃料容積室４３へ圧力脈動が伝播してしまい、低圧燃料噴射弁４４から吸気ポートへ噴射される燃料が安定しなくなってしまう。逆にオリフィス１０３Ｂの断面積は小さすぎると、このオリフィス部で圧力損失が大きくなり、低圧燃料容積室４３の燃料圧力を目標とする圧力に保つことが困難になってしまう。これらのことから、オリフィス１０３Ｂの面積は慎重に選ばなくてはならない。

また、低圧燃料の圧力脈動の低圧燃料容積室４３への伝播を抑える機構として、オリフィスの変わりに燃料の流れを一方向に制限する逆止弁を設けても同じ効果が得られる。逆止弁とはこの場合、低圧室１０ｃから低圧燃料口１０ｂの一方向のみに燃料の流れを制限する弁であり、その逆方向には燃料は流れない。

なお図４とは異なり、図６に示すように低圧燃料口１０ｂが燃料通路（高圧配管）４１で低圧燃料容積室４３の長手方向中間部に接続し、低圧燃料容積室４３の長手方向一端を低圧配管２８の途中に接続することもできる。高圧燃料供給ポンプの構成は図１，図２と同一であって良い。このような構成にしても、実施例１と同じ効果が得られる。

ここで本実施例では、燃料としてアルコール燃料が使用される環境下であっても、吸入弁機構の摺動部（ロッド３１ａ）のフリクション悪化を抑制した高圧燃料供給ポンプを提供することを目的とする。本発明者らは、図１又は図５に示す吸入弁機構３１のロッド３１ａをガイドするロッドガイド３４の摺動面３４ａが１ｍｍ未満の場合、作動中ロッド３１ａとロッドガイド３４の接触長が短くなり、軸部材のロッドの摺動方向に対する直角方向、即ち径方向への傾きが大きくなることを見出したすなわちこの場合には、ロッド３１ａに接合されたアンカー３１ｂが、吸入弁の開弁ストロークを決定するコアＡ３５に、傾いて衝突するために、衝撃力によるアンカー３１ｂとコアＡ３５の接触面３５ａにおいて摩耗促進が懸念されることを突き止めた。摩耗が促進されると、吸入弁のストロークが大きくなってしまう。この場合、吸入弁機構３１の開閉の応答性が悪化するため、必要な流量を吐出できない、あるいはコモンレール２３を必要な燃料圧力に保つことができない虞がある。

一方でロッドガイド３４の摺動面３４ａが１．５ｍｍより大きいと、今度は高圧燃料ポンプが作動中、アルコール燃料内に発生する化合物質が摺動部に付着し、フリクション増加に繋がり、吸入弁動作すなわち、ロッド３１ａの応答性を悪化させるという問題が生じる。

この課題を解決するために本発明者らは鋭意検討の末、図７に示す吸入弁機構３１について考案した。本実施例では図７に示すように、加圧室１１の上流側に吸入弁機構３１を備えた高圧燃料供給ポンプ１において、吸入弁機構３１は流路を開閉する吸入弁３１ａと、吸入弁３１ａを開弁方向又は閉弁方向に移動させるロッド３１ｄと、ロッド３１ａを摺動可能に支持するロッドガイド３４と、を備え、ロッド３１ｄが摺動するロッドガイド３４の摺動面３４ａの軸方向長さを１ｍｍ〜１．５ｍｍとなるように構成することとした。 燃料としてアルコール燃料が使用される環境下であっても、吸入弁機構３１の摺動部（ロッド３１ａ）のフリクション悪化を抑制することが可能となる。

なお図７に示すように、上記構成において、ロッドガイド３４は摺動面３４ａから軸方向における両側に径方向に向かって広がるようにテーパ面３４ｂが形成され、摺動面３４ａとテーパ面（３４ｂ１、３４ｂ２）との鋭角の交差角度αが１０〜１２°となるように構成することが望ましいことを本発明者らは突き止めた。すなわち、この交差角度αが１０°未満であると、ロッド３１ａがテーパ面３４ｂに対しても摺動面３４ａと同じように摺動することになり、フリクション悪化を抑制できない。一方で、この交差角度αが１２°より大きいと、テーパ面３４ｂからの交差角度が大きすぎることで加工性が悪化する。このため、生産コストが増加するという問題が発生する。これに対して上記構成によれば、生産コストの増加を抑制しつつ、かつフリクション悪化も抑制することが可能である。

なお、本実施例で吸入弁機構３１を電磁駆動型の電磁吸入弁機構によって構成し、電磁吸入弁機構３１は無通電時に吸入弁３１ａが閉じるように構成されたノーマルクローズ型の電磁吸入弁機構により構成されることが望ましい。また本実施例では、吸入弁機構３１が、アルコール燃料の流路開閉を行うように構成されることが望ましい。そして、本実施例では、ロッドガイド３４が、旋盤にて内径部が加工され、一方のテーパ面３４ｂ１から摺動面３４ａ、及び他方のテーパ面３４ｂ２まで、１回の工程にて加工されることで形成される。すなわち上記したような交差角度で形成することで、このように１回の工程にて加工することが可能になる。したがって、上記したように生産コストの増加を抑制することが可能となる。

１ ポンプハウジング
２ プランジャ
２ａ 大径部
２ｂ 径部
３ タペット
５ カム
６ シリンダ
７ ホルダ
８ 吐出弁ユニット
９ 圧力脈動低減機構
１０ａ，１０ｂ 低圧燃料口
１０ｃ，１０ｄ 低圧室
１０ｅ，１０ｇ 低圧燃料通路
１０ｆ 環状低圧室
１１ 加圧室
１２ 吐出口
１３ プランジャシール装置
２０ 燃料タンク
２１ 低圧燃料供給ポンプ
２３ 高圧燃料容積室
２４ 高圧燃料噴射弁
２６ センサ
２７ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
３０ 可変容量制御機
３１ 吸入弁
３１ａ ロッド
３１ｂ アンカー
３４ ロッドガイド
３４ａ ロッドガイド摺動面
３５ コアＡ
４３ 低圧燃料容積室
４４ 低圧燃料噴射弁

Claims (5)

1. 加圧室の上流側に吸入弁機構を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記吸入弁機構は流路を開閉する吸入弁と、前記吸入弁を開弁方向又は閉弁方向に移動させるロッドと、前記ロッドを摺動可能に支持するロッドガイドと、を備え、前記ロッドが摺動する前記ロッドガイドの摺動面の軸方向長さを1mm〜1.5mmとなるように構成した
   高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記ロッドガイドは前記摺動面から軸方向における両側に径方向に向かって広がるようにテーパ面が形成され、前記摺動面と前記テーパ面との鋭角の交差角度が10〜12°となるように構成した
   高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記吸入弁機構を電磁駆動型の電磁吸入弁機構によって構成し、前記電磁吸入弁機構は無通電時に前記吸入弁が閉じるように構成されたノーマルクローズ型の電磁吸入弁機構の
   高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記吸入弁機構は、アルコール燃料の流路開閉を行うように構成された
   高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記ロッドガイドは、旋盤にて内径部が加工され、一方のテーパ面から前記摺動面、及び他方のテーパ面まで、1回の工程にて加工されることで形成される
   高圧燃料供給ポンプ。

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