JP6988352B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

この明細書における開示は、燃料を加圧して吐出する燃料ポンプに関する。

特許文献１には、フィードポンプから圧送された低圧燃料を加圧室で加圧するプランジャと、加圧対象となる低圧燃料の量（加圧量）を調節することで、加圧された高圧燃料の吐出量を調節する調量弁と、を備える燃料ポンプが記載されている。調量弁の具体例としては、プランジャの下降過程において弁開度を調節して吸入量を調節するＳＣＶ（Suction Control Valve）、およびプランジャの上昇過程において閉弁時期を調節して加圧開始時期を調節するＰＣＶ（Pressure Control Valve）が挙げられる。

さらに、特許文献１に記載の燃料ポンプでは、調量弁へ低圧燃料を供給する通路（フィード通路）に調圧弁を設けている。調圧弁は、低圧燃料の圧力が設定圧力以上になった場合に開弁して、調量弁へ供給する低圧燃料の圧力（フィード圧）を安定させる。これにより、調量弁による加圧量の調節精度を向上させている。

特表２００３−５０２５４２号公報

さて、フィードポンプのポンプ回転数とポンプ吐出圧との関係を表した波形（ポンプ特性波形）は、高回転数であるほど吐出圧が高くなる波形になる。しかし実際のポンプ特性波形は、ポンプ回転数が高いほどポンプ吐出圧が単調増加する波形にはならず、厳密には増加と減少を繰り返すように脈動しながら増加していく波形になる。したがって、ポンプ回転数の僅かな変動に伴い、ポンプ吐出圧は瞬時的に大きく変動することになる。そのため、従来の調圧弁では、変動するポンプ吐出圧の平均値を設定圧力未満に調整することはできても、上記ポンプ特性波形の脈動に起因したポンプ吐出圧の瞬時的な変動は十分に抑制できていない、との知見を本発明者は得た。つまり、従来の燃料ポンプでは、調量弁による加圧量の調節精度を向上させる余地があり、高圧燃料の吐出量の安定性向上を図る余地がある。

開示される１つの目的は、高圧燃料の吐出量の安定性向上を図った燃料ポンプを提供することである。

上記目的を達成するため、ここに開示された燃料ポンプは、
加圧室（２０ｓ）へ吸入される低圧燃料を加圧して、加圧された高圧燃料を吐出する燃料ポンプにおいて、
フィードポンプ（３０）から圧送された低圧燃料を加圧室へ供給するフィード通路（Ｂ２、Ｃ１）と、
フィード通路に設けられ、低圧燃料の加圧室への供給量を調節、または加圧室からの低圧燃料の排出量を調節することで、加圧対象となる低圧燃料の量を調節する調量弁（５０）と、
フィード通路のうち調量弁の上流側に接続され、低圧燃料をフィードポンプの上流側へ戻す第１リターン通路（Ｂ３）と、
第１リターン通路を開閉する第１弁体（６２）、および第１弁体に弾性力を閉弁側へ付与する第１弾性体（６３）を有し、低圧燃料が第１設定圧力（Ｐ１）以上になった場合に、第１弾性体の弾性力に抗して第１弁体が開弁する第１調圧弁（６０）と、
フィード通路のうち調量弁の上流側に接続され、低圧燃料をフィードポンプの上流側へ戻す第２リターン通路（Ｂ４）と、
第２リターン通路を開閉する第２弁体（７２）、および第２弁体に弾性力を閉弁側へ付与する第２弾性体（７３）を有し、低圧燃料が第２設定圧力（Ｐ２）以上になった場合に、第２弾性体の弾性力に抗して第２弁体が開弁する第２調圧弁（７０）と、
を備え、
第１調圧弁および第２調圧弁は、第２調圧弁による開閉弁の応答性が第１調圧弁による開閉弁の応答性よりも高くなるように、且つ第２設定圧力が第１設定圧力よりも高くなるように、且つ第２調圧弁の最大流量が第１調圧弁の最大流量よりも少なくなるように設定されている。

上記燃料ポンプによれば、ポンプ吐出圧が第１設定圧力以上になると第１調圧弁が開弁する。そのため、先述したポンプ特性波形の脈動に起因して、ポンプ回転数の僅かな変動に伴いポンプ吐出圧が大きく脈動していても、その脈動するポンプ吐出圧の平均値については、第１設定圧力を超えて大きくならないように調整できる。よって、調量弁へ供給する低圧燃料の圧力の平均値（平均フィード圧）の安定した低圧燃料を、調量弁へ圧送できる。

さらに上記燃料ポンプによれば、高応答の第２調圧弁を備えるので、第１調圧弁が応答できないようなポンプ吐出圧の瞬時的な変動にも第２調圧弁が開弁応答して、ポンプ吐出圧の瞬時的な変動を抑制できる。そのため、ポンプ吐出圧の平均値が第２設定圧力よりも低くなっている状況下において、ポンプ吐出圧の脈動平均より高圧側にポンプ吐出圧が脈動することを抑制できる。

以上により、上記燃料ポンプによれば、第１調圧弁に加えて高応答の第２調圧弁を備えるので、第１調圧弁により平均フィード圧を安定させつつ、第２調圧弁によりフィード圧の高圧側への脈動を抑制できる。よって、調量弁により調節される燃料つまり加圧対象となる低圧燃料の圧力を安定させることができ、高圧燃料の吐出量の安定性を向上できる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第１実施形態に係る燃料ポンプの断面を模式的に示す図である。 図１に示す第１調圧弁の断面を模式的に示す図である。 第１実施形態の比較例としての燃料ポンプを用いて試験した結果であって、カム角度の変化に対するフィード圧の挙動を示すグラフである。 第１実施形態に係る燃料ポンプを用いて試験した結果であって、カム角度の変化に対するフィード圧の挙動を示すグラフである。 第２実施形態に係る燃料ポンプの断面を模式的に示す図である。 第３実施形態に係る燃料ポンプの断面を模式的に示す図である。 第４実施形態に係る燃料ポンプの断面を模式的に示す図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

（第１実施形態）
図１に示す燃焼システムは、内燃機関１、燃料噴射弁２、コモンレール３、高圧ポンプ４（燃料ポンプ）および微粒子フィルタ（ＤＰＦ５）、および低圧噴射弁６等を備え、車両に搭載されている。内燃機関１は、軽油等の燃料を燃焼させる圧縮自着火式である。燃料噴射弁２は、内燃機関１のシリンダヘッドに取り付けられ、燃焼室へ高圧の液体燃料（以下、高圧燃料と呼ぶ）を噴射する。コモンレール３は、高圧ポンプ４から圧送された高圧燃料を蓄え、複数の燃料噴射弁２へ高圧燃料を分配する。高圧ポンプ４から圧送される高圧燃料の圧力は、例えば１５０ＭＰａ〜３００ＭＰａである。

ＤＰＦ５は、内燃機関１に接続された排気管１ｅｘに取り付けられており、排気に含まれる微粒子成分を捕捉する。捕捉量が所定量を超えた場合、捕捉された微粒子を燃焼させてＤＰＦ５を再生させる再生制御が実行される。

低圧噴射弁６は、排気管１ｅｘのうちＤＰＦ５の上流側部分に取り付けられ、高圧ポンプ４から供給された低圧燃料を排気通路へ噴射する。高圧ポンプ４から供給される低圧燃料の圧力は、例えば０．５ＭＰａ〜３ＭＰａである。低圧噴射弁６は、上述の再生制御が要求された場合に低圧燃料を噴射させるように制御される。このように噴射された燃料がＤＰＦ５で酸化反応することで、ＤＰＦ５に捕捉されていた微粒子が燃焼する。

高圧ポンプ４は、内燃機関１の出力を動力源として駆動して、燃料タンク７に蓄えられた液体燃料を吸入加圧してコモンレール３へ吐出する。さらに高圧ポンプ４は、加圧される前の低圧燃料を低圧噴射弁６へ供給する。以下、高圧ポンプ４の構造の詳細について説明する。

高圧ポンプ４は、金属ブロックである本体部１０およびシリンダ部２０を備えるとともに、フィードポンプ３０、プランジャ４０、調量弁５０、吐出弁２１、第１調圧弁６０、第２調圧弁７０、オリフィス部材１１等を備える。シリンダ部２０、フィードポンプ３０、第１調圧弁６０、第２調圧弁７０およびオリフィス部材１１は、本体部１０に取り付けられている。プランジャ４０、調量弁５０および吐出弁２１は、シリンダ部２０に取り付けられている。

本体部１０の内部には、吸入通路Ｂ１、フィード通路Ｂ２、第１リターン通路Ｂ３、第２リターン通路Ｂ４、余剰排出通路Ｂ５、カム排出通路Ｂ６およびサブ供給通路Ｂ７といった複数の燃料通路が形成されている。さらに本体部１０の内部には、カム室１０ｓが形成されている。

本体部１０のうち吸入通路Ｂ１の流入口となるポートには、流入配管Ａ１が接続されている。本体部１０のうちサブ供給通路Ｂ７の流出口となるポートには、低圧供給配管Ａ５が接続されている。本体部１０のうちカム排出通路Ｂ６の流出口となるポートには、第１ドレン配管Ａ３が接続されている。本体部１０のうち第２リターン通路Ｂ４の流出口となるポートには、第２ドレン配管Ａ４が接続されている。

なお、流入配管Ａ１には、燃料に含まれている異物を捕捉する燃料フィルタ７ａが取り付けられている。第１ドレン配管Ａ３には、カム排出通路Ｂ６の燃料圧力が設定圧以上になった場合に開弁する調圧弁７ｂが取り付けられている。

シリンダ部２０の内部には、フィード通路Ｃ１、吐出通路Ｃ２、余剰排出通路Ｃ３、および加圧室２０ｓが形成されている。吐出通路Ｃ２の流出口となるポートには、高圧吐出配管Ａ２が接続されている。

フィードポンプ３０は、図示しない電動モータの出力を動力源として駆動して、燃料タンク７の燃料を吸入し、低圧燃料を吐出する。具体的には、フィードポンプ３０は、電動モータにより回転するトロコイドギア、およびトロコイドギアを収容するハウジングを有する。ハウジングに形成された吸入口は吸入通路Ｂ１の下流端と連通し、ハウジングに形成された吐出口はフィード通路Ｂ２の上流端と連通する。トロコイドギアの回転により吸入通路Ｂ１からハウジング内に燃料が吸入され、吸入されたハウジング内の燃料はトロコイドギアにより移送されてフィード通路Ｂ２へ吐出される。

なお、フィードポンプ３０から吐出された直後の低圧燃料の圧力を「ポンプ吐出圧」と呼び、第１調圧弁６０および第２調圧弁７０により圧力調整された低圧燃料の圧力、つまり調量弁５０へ流入する低圧燃料の圧力を「フィード圧」と呼ぶ。フィードポンプ３０から吐出される低圧燃料は、フィード通路Ｂ２およびフィード通路Ｃ１を通じて加圧室２０ｓへ流入する。

プランジャ４０は、内燃機関１の出力を動力源として駆動して、加圧室２０ｓへ流入した低圧燃料を加圧し、高圧燃料を吐出する。具体的には、高圧ポンプ４は、プランジャ４０を備えることに加え、弾性部材４１、支持部４２および当接部４３を備える。支持部４２は、本体部１０に設けられた図示しない円筒部に、上下動可能な状態で保持されている。当接部４３は、支持部４２に組み付けられ、カム室１０ｓに配置されたカム１ｂに当接する。カム１ｂは、内燃機関１の出力軸から伝達された動力により回転する回転軸１ａと一体となって回転する。

回転するカム１ｂが当接部４３および支持部４２を押し上げることにより、プランジャ４０は支持部４２に押し上げられる。弾性部材４１が支持部４２を押し下げることにより、プランジャ４０は支持部４２とともに押し下げられる。したがって、プランジャ４０は、カム１ｂのプロフィールにしたがってリフトアップとリフトダウンを繰り返して往復移動する。

加圧室２０ｓにはフィード通路Ｃ１、吐出通路Ｃ２および余剰排出通路Ｃ３が連通している。フィード通路Ｃ１は加圧室２０ｓとフィード通路Ｂ２とを連通させ、吐出通路Ｃ２は加圧室２０ｓと高圧吐出配管Ａ２とを連通させ、吐出通路Ｃ２は加圧室２０ｓとカム室１０ｓとを連通させる。

調量弁５０は、フィード通路Ｃ１に設けられ、加圧室２０ｓとフィード通路Ｃ１との連通と遮断を切り替えるものであり、プランジャ４０で加圧される燃料の量、つまり高圧燃料の吐出量を調節する電磁弁である。調量弁５０は、弁体５１、電磁コイル５２および弾性部材５３を有する。図示しない制御装置により電磁コイル５２が通電されると、電磁吸引力により弁体５１がリフトアップ（閉弁作動）する。一方、通電停止されると、弾性部材５３の弾性変形により生じる力（弾性力）により弁体５１がリフトダウン（開弁作動）する。

吐出弁２１は、吐出通路Ｃ２に設けられ、弾性部材が弁体に閉弁側へ弾性力を付与することで弁体を閉弁させる機械式バルブである。吐出弁２１の弁体は、加圧室２０ｓの燃料圧力が所定の開弁圧以上である場合に弾性力に抗して開弁し、開弁圧未満であれば弾性力により閉弁する。

第１リターン通路Ｂ３の上流端は、フィード通路Ｂ２、Ｃ１のうち調量弁５０の上流側、具体的には、本体部１０に形成されたフィード通路Ｂ２に接続されている。第１リターン通路Ｂ３の下流端は、吸入通路Ｂ１に接続されている。第１リターン通路Ｂ３は、フィードポンプ３０から圧送された低圧燃料をフィードポンプ３０の上流側へ戻す。

第１調圧弁６０は、第１リターン通路Ｂ３に設けられている。第１調圧弁６０は、低圧燃料の圧力が高いほど弁開度が大きくなって流量が多くなる構造の調圧弁である。具体的には、本実施形態に係る第１調圧弁６０には、図２に示すスプール弁が用いられている。

図２中の（ａ）欄に示すように、第１調圧弁６０は、ハウジング６１、第１弁体６２および第１弾性体６３を有する。ハウジング６１には、第１リターン通路Ｂ３と連通する流入口６１ａおよび流出口６１ｂが形成されている。第１弁体６２は、ハウジング６１に往復移動可能な状態で収容されている。第１弁体６２のシート面は、上記往復移動に伴い流出口６１ｂを開閉する。

第１弾性体６３は、第１弁体６２に弾性力を往復移動の一方側（閉弁側）へ付与する。第１弁体６２の受圧面にかかるポンプ吐出圧は、往復移動の他方側（開弁側）へ第１弁体６２に開弁力を付与する。ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１以上であれば、第１弁体６２は弾性力に抗して流出口６１ｂを開弁させる位置まで移動する（図２中の（ｂ）欄参照）。ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１未満であれば、第１弁体６２は流出口６１ｂを閉弁させる位置まで移動する（図２中の（ａ）欄参照）。

また、ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１以上の領域において、ポンプ吐出圧が高いほど、第１弁体６２の開弁側への移動量が大きくなり、流出口６１ｂを開弁させる度合（開度）が大きくなる（図２中の（ｃ）欄参照）。

第２リターン通路Ｂ４の上流端は、フィード通路Ｂ２、Ｃ１のうち調量弁５０の上流側、具体的には、本体部１０に形成されたフィード通路Ｂ２に接続されている。また、第２リターン通路Ｂ４の上流端は、フィード通路Ｂ２のうち、第１リターン通路Ｂ３の上流端がフィード通路Ｂ２に接続する箇所よりも下流側に接続されている。第２リターン通路Ｂ４の下流端は、第２ドレン配管Ａ４に接続されている。第２リターン通路Ｂ４は、フィードポンプ３０から圧送された低圧燃料を、第２ドレン配管Ａ４を通じて燃料タンク７へ戻す。換言すれば、第２リターン通路Ｂ４は、カム室１０ｓをバイパスしてフィードポンプ３０の上流側の経路（ここでは燃料タンク７）に接続されている。

第２調圧弁７０は、第２リターン通路Ｂ４に設けられている。第２調圧弁７０は、低圧燃料の圧力の大きさに拘らず弁開度を一定とする構造の調圧弁である。具体的には、本実施形態に係る第２調圧弁７０には、図１に示すボール弁が用いられている。

図１に示すように、第２調圧弁７０は、弁座７１、第２弁体７２および第２弾性体７３を有する。弁座７１は、第２リターン通路Ｂ４の開口部を取り囲む環状に形成されている。第２弁体７２は、弁座７１に対して離着座可能な状態で配置されている。

第２弾性体７３は、第２弁体７２に弾性力を着座側（閉弁側）へ付与する。第２弁体７２の受圧面にかかるポンプ吐出圧は、離座側（開弁側）へ第２弁体７２に開弁力を付与する。ポンプ吐出圧が第２設定圧力Ｐ２以上であれば、第２弁体７２は弾性力に抗して弁座７１から離座して、開口部を開弁させる。ポンプ吐出圧が第２設定圧力Ｐ２未満であれば、第２弁体７２は弁座７１に着座して、開口部を閉弁させる。

第１調圧弁６０および第２調圧弁７０は、第２弁体７２の開閉弁の応答性が第１弁体６２の開閉弁の応答性よりも高くなるように設定されている。具体的には、第１弁体６２と第２弁体７２の各々についての受圧面積および重量の設定と、第１弾性体６３と第２弾性体７３の各々についてのばね定数の設定とにより、第２調圧弁７０を第１調圧弁６０よりも高応答に設定している。

換言すれば、第２調圧弁７０は高応答であるため、ポンプ吐出圧が第２設定圧力Ｐ２を僅かに超えただけで、第２弁体７２は全開位置へ直ぐに移動する。そのため、ポンプ吐出圧が第２設定圧力Ｐ２以上である状況下で、第２調圧弁７０は、ポンプ吐出圧の大きさに拘らず第２弁体７２の開度を一定（全開）とする構造であると言える。これに対し、第１調圧弁６０は低応答であるため、ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１を僅かに超えただけでは、第１弁体６２は全開位置へ移動せずに中間位置に留まる。そのため、ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１以上である状況下で、第１調圧弁６０は、ポンプ吐出圧に応じて第１弁体６２の開度を変化させる構造であると言える。

例えば、ポンプ吐出圧を所定速度で第１設定圧力Ｐ１以上にまで上昇させた場合において、ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１に達してから第１弁体６２が開弁するまでの時間を第１調圧弁６０の開弁応答時間と定義する。同様に、ポンプ吐出圧を所定速度で第２設定圧力Ｐ２以上にまで上昇させた場合において、ポンプ吐出圧が第２設定圧力Ｐ２に達してから第２弁体７２が開弁するまでの時間を第２調圧弁７０の開弁応答時間と定義する。そして、第２調圧弁７０の開弁応答時間が第１調圧弁６０の開弁応答時間よりも短くなるように設定されている。

例えば、ポンプ吐出圧を所定速度で第１設定圧力Ｐ１未満にまで降下させた場合において、ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１に達してから第１弁体６２が閉弁するまでの時間を第１調圧弁６０の閉弁応答時間と定義する。同様に、ポンプ吐出圧を所定速度で第２設定圧力Ｐ２未満にまで降下させた場合において、ポンプ吐出圧が第２設定圧力Ｐ２に達してから第２弁体７２が閉弁するまでの時間を第２調圧弁７０の閉弁応答時間と定義する。そして、第２調圧弁７０の閉弁応答時間が第１調圧弁６０の閉弁応答時間よりも短くなるように設定されている。

さらに第１調圧弁６０および第２調圧弁７０は、第２設定圧力Ｐ２が第１設定圧力Ｐ１よりも高くなるように設定されている。具体的には、第１弁体６２と第２弁体７２の各々についての受圧面積の設定と、第１弾性体６３と第２弾性体７３の各々についてのばね定数の設定とにより上記設定がなされる。したがって、第２調圧弁７０は、第１調圧弁６０が開弁している状況下で開弁する。

さらに第１調圧弁６０および第２調圧弁７０は、第２調圧弁７０の最大流量が第１調圧弁６０の最大流量よりも少なくなるように設定されている。具体的には、第１調圧弁６０に係る流出口６１ｂの開口面積であって、第１弁体６２が全開位置にある時の開口面積が、第２調圧弁７０に係る開口部の開口面積よりも大きく設定されている。

オリフィス部材１１は、第２リターン通路Ｂ４のうち第２調圧弁７０の下流側に配置され、第２リターン通路Ｂ４を流れる低圧燃料の流量を制限する。これにより、第２弁体７２の下流側圧力（背圧）が大きく変化することを、オリフィス部材１１が抑制する。

次に、高圧ポンプ４の作動について説明する。

内燃機関１の運転開始に伴い、回転軸１ａが回転を開始してプランジャ４０が往復動を開始する。内燃機関１の運転期間中では、電動モータを駆動させてフィードポンプ３０を作動させる。プランジャ４０の下降過程では調量弁５０を開弁させて、フィード通路Ｂ２、Ｃ１から低圧燃料を加圧室２０ｓへ流入させる。プランジャ４０の上昇過程では調量弁５０を閉弁させて、加圧室２０ｓへ流入した低圧燃料を圧縮して加圧する。加圧された高圧燃料が吐出弁２１の開弁圧に達すると吐出弁２１が開弁し、高圧燃料が高圧吐出配管Ａ２を通じてコモンレール３へ圧送される。

プランジャ４０の上昇過程では、プランジャ４０の上昇開始から遅れたタイミングで調量弁５０を閉弁させて加圧を開始させる。このように調量弁５０は、プランジャの上昇過程において閉弁時期を調節することで、プランジャ４０による加圧開始時期を調節し、ひいては加圧対象となる低圧燃料の量（加圧量）を調節する。換言すれば、調量弁５０は、プランジャ４０の上昇過程において閉弁時期を調節することで、加圧室２０ｓからフィード通路Ｃ１および余剰排出通路Ｃ３への低圧燃料の排出量を調節して加圧量を調節する、ＰＣＶ（Pressure Control Valve）である。

次に、高圧ポンプ４の作用と効果について説明する。

図２の横軸は、フィードポンプ３０が有するトロコイドギアの単位時間当りの回転数（回転速度）を示す。図２の縦軸は、フィードポンプ３０から吐出された直後の低圧燃料の圧力であるポンプ吐出圧（点線参照）、および調量弁５０へ流入する低圧燃料の圧力であるフィード圧を示す。図中の実線のうち第１設定圧力Ｐ１未満の波形および点線に示す波形は、ポンプ回転数とポンプ吐出圧との関係を表したポンプ特性波形である。図示されるように、実際のポンプ特性波形は、ポンプ回転数の増加に伴いポンプ吐出圧が単調増加する波形にはならず、厳密には脈動しながら増加していく波形になる。

このような脈動が生じる要因には、トロコイドギアが回転し、トロコイドギアの歯数に応じて燃料圧送量が変動すること等が挙げられる。なお、図２では脈動の振幅を誇張して大きく表現しているが、実際には図２に示す振幅よりも小さく脈動する。

図２中の一点鎖線に示すポンプ特性波形の脈動中心線は、ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１以上となるポンプ回転数の領域（低回転数領域Ｗ）では、ポンプ吐出圧の平均値を示す。また、低回転数領域Ｗでは、ポンプ吐出圧の平均値はフィード圧の平均値と一致する。

ポンプ回転数を増加させていくとポンプ吐出圧が増加していくことは先述した通りであるが、本実施形態に反して第１調圧弁６０および第２調圧弁７０が廃止された高圧ポンプの場合、吐出圧の平均値は第１設定圧力Ｐ１以上に増加していく（図中の点線参照）。

これに対し本実施形態では、フィード通路Ｂ２に第１調圧弁６０が設けられているので、ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１以上になると第１調圧弁６０が開弁する。そのため、ポンプ特性波形の脈動に起因して、ポンプ回転数の僅かな変動に伴いポンプ吐出圧が瞬時的に大きく脈動していても、フィード圧の平均値については第１設定圧力Ｐ１に調整できる。よって、低回転数領域Ｗを超えた高回転数領域では、ポンプ回転数に拘らず平均フィード圧が第１設定圧力Ｐ１に保たれる。これにより、平均フィード圧の安定した低圧燃料を調量弁５０へ圧送できる。

さらに本実施形態では、高応答の第２調圧弁７０を備えるので、第１調圧弁６０が応答できないようなポンプ吐出圧の瞬時的な変動にも第２調圧弁７０が開弁応答して、ポンプ吐出圧の瞬時的な変動を抑制できる。そのため、ポンプ吐出圧の平均値が第２設定圧力Ｐ２よりも低くなっている状況下において、ポンプ吐出圧の脈動平均より高圧側にポンプ吐出圧が脈動することを抑制できる。

なお、本実施形態では第２設定圧力Ｐ２が第１設定圧力Ｐ１よりも高く設定されているので、上記状況とは、ポンプ回転数が低回転数領域Ｗを超えた高回転数領域の状況のことであり、フィード圧が第１設定圧力Ｐ１に調節されている状況のことである。したがって、高回転数領域に係るフィード圧波形のうち第２設定圧力Ｐ２以上の波形（スパイク波形）、つまり図２中の点線で囲まれた部分の波形が、第２調圧弁７０によりカットされる。よって、上記スパイク波形がフィード圧波形から除去されている点で、第２調圧弁７０を備えることによりフィード圧の安定した低圧燃料を調量弁５０へ圧送できると言える。

図３および図４は、本発明者が実施した試験の結果を示すグラフであり、スパイク波形がカットされる効果を表している。図３は、本実施形態に反して第２調圧弁７０および第２リターン通路Ｂ４を廃止した、比較例としての高圧ポンプを用いた試験結果であり、図４は、本実施形態に係る高圧ポンプ４を用いた試験結果である。これらの試験では、フィードポンプ３０のポンプ回転数を高回転領域の所定値で一定にした条件で、フィード圧を計測している。図３および図４の縦軸は、計測したフィード圧から第１設定圧力Ｐ１を差し引いた値を示す。図３および図４の横軸は、カム１ｂの回転角度を示す。

比較例に係るフィード圧は０ＭＰａ〜４ＭＰａの範囲で脈動するのに対し、本実施形態に係るフィード圧は０ＭＰａ〜２ＭＰａの範囲で脈動する。この結果は、第２調圧弁７０の作用でスパイク波形が抑制されたことにより、脈動の振幅が４ＭＰａから２ＭＰａに低減されたことを示す。このように、第２調圧弁７０による効果は、本発明者が実施した試験によっても確認されている。

ここで、ポンプ回転数が高回転数領域である場合に、フィードポンプ３０から吐出された燃料の一部が、第１リターン通路Ｂ３および第２リターン通路Ｂ４の両方からポンプ上流側へ戻されることになる。以下の説明では、第２リターン通路Ｂ４から戻される流量を第２リターン流量と呼び、第１リターン通路Ｂ３から戻される流量を第１リターン流量と呼び、第１リターン流量および第２リターン流量のトータルの流量を総リターン流量と呼ぶ。そして、第２調圧弁７０は第１調圧弁６０に比べて高応答であるため、第２リターン流量の変化は第１リターン流量の変化に比べて大きい。そのため、第２リターン流量を第１リターン流量に比べて多く設定するほど、総リターン流量に対する第２リターン流量の割合が大きくなる。その結果、第２調圧弁７０によりカットされるスパイク波形が平均フィード圧の部分まで拡大してしまい、平均フィード圧の安定を損なうおそれが生じる。

この点を鑑み、本実施形態では、第２調圧弁７０の最大流量が第１調圧弁６０の最大流量よりも少なくなるように設定されている。そのため、平均フィード圧の安定を損なうおそれを抑制しつつ、スパイク波形カットによるフィード圧脈動の抑制を図ることができる。換言すれば、ポンプ回転数が変動しても、第１リターン流量が第２リターン流量よりも支配的となって、平均フィード圧を滑らかに変化させることができ、調量弁５０へ供給する低圧燃料の圧力安定を図ることができる。

さらに本実施形態では、第２リターン通路Ｂ４は、フィード通路Ｂ２のうち第１リターン通路Ｂ３が接続される箇所の下流側に接続されている。そのため、本実施形態に反して第１リターン通路Ｂ３の上流側に第２リターン通路Ｂ４が接続されている場合に比べて、調量弁５０に近い位置でスパイク波形がカットされることになる。よって、スパイク波形カットによるフィード圧脈動低減が、高圧燃料の吐出量高精度化に寄与する度合を向上できる。

さらに本実施形態では、フィード通路Ｂ２に接続され、排気管１ｅｘのうちＤＰＦ５の上流側へ低圧燃料を流通させるサブ供給通路Ｂ７を備える。そのため、フィードポンプ３０から吐出された低圧燃料を、加圧室２０ｓへ供給することに加えて、ＤＰＦ再生用の燃料を噴射する低圧噴射弁６へも供給できる。よって、加圧室２０ｓへ供給するフィードポンプ３０を低圧噴射弁６へ供給するポンプとしても流用できる。

さらに本実施形態では、第２リターン通路Ｂ４は、フィード通路Ｂ２のうちサブ供給通路Ｂ７が接続される箇所の上流側に接続されている。そのため、第２調圧弁７０によりスパイク波形がカットされた後の低圧燃料が低圧噴射弁６へ供給されるので、脈動が抑制された安定した圧力の低圧燃料を、調量弁５０へ供給することに加えて、ＤＰＦ再生用の低圧噴射弁６へも供給できる。よって、低圧噴射弁６からの燃料噴射量を精度良く制御でき、ＤＰＦ再生に用いる燃料の過不足を抑制できる。

さらに本実施形態では、第２リターン通路Ｂ４に配置され、第２リターン流量を制限するオリフィス部材１１を備える。これによれば、第２弁体７２のうちポンプ吐出圧の受圧面以外の面にかかる圧力、つまり第２調圧弁７０の背圧の、変動が抑制される。そのため、背圧の変動に起因して第２設定圧力Ｐ２で開弁することの確実性が損なわれることを、抑制できる。その結果、スパイク波形を精度良くカットできるようになり、調量弁５０へ供給する低圧燃料の圧力安定を促進できる。

さらに本実施形態では、第２リターン通路Ｂ４は、カム室１０ｓをバイパスしてフィードポンプ３０の上流側に接続されている。そのため、第２調圧弁７０の背圧変動の抑制を促進できるので、背圧変動に起因して第２設定圧力Ｐ２で開弁することの確実性が損なわれることを、より一層抑制でき、スパイク波形を精度良くカットすることを促進できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、第２リターン通路Ｂ４の下流端が第２ドレン配管Ａ４に接続されている。これに対し本実施形態では、図５に示すように、第２リターン通路Ｂ４の下流端がカム室１０ｓに接続されている。

これによれば、第２リターン通路Ｂ４を流れた低圧燃料は、カム室１０ｓへ流入し、その後、余剰排出通路Ｂ５からカム室１０ｓへ流入した燃料と合流して、カム排出通路Ｂ６から第１ドレン配管Ａ３へと排出される。そのため、第２リターン通路Ｂ４専用の第２ドレン配管Ａ４（図１参照）を不要にでき、本体部１０に接続させるドレン配管の本数を低減できる。

（第３実施形態）
上記第２実施形態では、第２リターン通路Ｂ４の下流端がカム室１０ｓに接続されている。これに対し本実施形態では、図６に示すように、第２リターン通路Ｂ４の下流端が、カム室１０ｓの下流側に接続されたカム排出通路Ｂ６に接続されている。

これによれば、第２リターン通路Ｂ４を流れた低圧燃料は、カム室１０ｓをバイパスしてカム排出通路Ｂ６へ流入し、その後、カム室１０ｓから排出された燃料とともに第１ドレン配管Ａ３へと排出される。そのため、第２リターン通路Ｂ４専用の第２ドレン配管Ａ４（図１参照）を不要にでき、本体部１０に接続させるドレン配管の本数を低減できる。しかも、第２リターン通路Ｂ４を流れた低圧燃料は、カム室１０ｓをバイパスしてカム排出通路Ｂ６へ流入するので、カム室１０ｓの圧力変動の影響を受けて第２調圧弁７０の背圧が変動することを抑制できる。よって、背圧変動に起因して第２設定圧力Ｐ２で開弁することの確実性が損なわれることを、抑制できる。

（第４実施形態）
上記第１実施形態では、第２リターン通路Ｂ４の下流端が第２ドレン配管Ａ４に接続されているのに対し、本実施形態では、図７に示すように、第２リターン通路Ｂ４の下流端が吸入通路Ｂ１に接続されている。

これによれば、第２リターン通路Ｂ４を流れた低圧燃料は、吸入通路Ｂ１へ流入し、その後、その後、流入配管Ａ１からフィードポンプ３０へと吸入される燃料と合流して、フィードポンプ３０へ吸入される。そのため、第２リターン通路Ｂ４専用の第２ドレン配管Ａ４（図１参照）を不要にでき、本体部１０に接続させるドレン配管の本数を低減できる。

さらに本実施形態によれば、第２リターン通路Ｂ４を流れた低圧燃料は、燃料フィルタ７ａの下流側に戻されるので、燃料タンク７へ燃料を戻す場合に比べて、燃料フィルタ７ａを通過する燃料の流量を低減できる。よって、燃料フィルタ７ａの体格を小型化できるとともに、燃料フィルタ７ａのメンテナンスピッチを長期化できる。

（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記各実施形態では、第１リターン通路Ｂ３および第２リターン通路Ｂ４の上流端は、本体部１０に形成されたフィード通路Ｂ２に接続されているが、シリンダ部２０に形成されたフィード通路Ｃ１に接続されていてもよい。

上記各実施形態では、フィードポンプ３０は本体部１０に設けられており、高圧ポンプ４に内蔵されている。これに対し、フィードポンプ３０は、高圧ポンプ４の外部に設けられて、流入配管Ａ１に接続されていてもよい。

上記各実施形態では、フィードポンプ３０は電動モータを動力源として駆動する構造であるが、内燃機関１の出力を動力源として駆動する構造でもよい。具体的には、フィードポンプ３０のトロコイドギアは、内燃機関１の出力軸から伝達された動力により回転する構造であってもよい。

上記各実施形態では、第２設定圧力Ｐ２は第１設定圧力Ｐ１より高い値に設定されている。これに対し第２設定圧力Ｐ２は第１設定圧力Ｐ１より低い値に設定されていてもよい。この場合には、低回転数領域Ｗにおいてスパイク波形をカットするように第２調圧弁７０は作動することとなり、低回転数領域におけるフィード圧の安定化に第２調圧弁７０は寄与する。なお、高回転数領域においては第２調圧弁７０は常時開弁することとなる。

上記各実施形態では、第２調圧弁７０の最大流量は第１調圧弁６０の最大流量よりも少なく設定されているが、第２調圧弁７０の最大流量は第１調圧弁６０の最大流量よりも多く設定されていてもよい。

上記各実施形態では、第１調圧弁６０は、ポンプ吐出圧が第１設定圧力Ｐ１以上である状況下で、ポンプ吐出圧に応じて第１弁体６２の開度を変化させる構造（例えばスプール弁）である。これに対し、第１調圧弁は、ポンプ吐出圧の大きさに拘らず開度を一定とする構造（例えばボール弁）であってもよい。

上記各実施形態では、第２調圧弁７０は、ポンプ吐出圧が第２設定圧力Ｐ２以上である状況下で、ポンプ吐出圧の大きさに拘らず第２弁体７２の開度を一定とする構造（例えばボール弁）である。これに対し、第２調圧弁は、ポンプ吐出圧に応じて開度を変化させる構造（例えばスプール弁）であってもよい。

上記各実施形態では、調量弁５０は、プランジャ４０の上昇過程において閉弁時期を調節することで、加圧室２０ｓからの低圧燃料の排出量を調節して加圧量を調節するＰＣＶである。これに対し、調量弁は、フィード通路Ｂ２、Ｃ１等の低圧燃料回路に設置され、回路の絞り量を調整することで加圧室２０ｓに供給する燃料を事前に調量するＳＣＶ（Suction Control Valve）であってもよい。

上記各実施形態では、低圧噴射弁６へ低圧燃料を流通させるサブ供給通路Ｂ７を備え、加圧室２０ｓへ供給するフィードポンプ３０を低圧噴射弁６へ供給するポンプとしても流用させている。これに対し、上記サブ供給通路Ｂ７を廃止してもよい。

上記各実施形態では、第２リターン通路Ｂ４の上流端は、フィード通路Ｂ２のうちサブ供給通路Ｂ７の上流側部分に接続されているが、サブ供給通路Ｂ７の下流側部分に接続されていてもよい。

図１に示す高圧ポンプ４は、ローラ式の当接部４３をカム１ｂが押し上げることによりプランジャ４０を駆動させるカムローラ方式の構造である。これに対し、偏心軸により上下左右に変異する部材と、その部材により左右に滑りながら上下に押されるタペットと、を備える高圧ポンプであって、タペットによりプランジャ４０を駆動させるタペット滑り方式の構造であってもよい。

１ 内燃機関、４ 高圧ポンプ（燃料ポンプ） １０ｓ カム室、 １１ オリフィス部材、 １ｂ カム、 １ｅｘ 排気管、 ２０ｓ 加圧室、 ３０ フィードポンプ、 ４０ プランジャ、 ５ ＤＰＦ（微粒子フィルタ）、 ５０ 調量弁、 ６０ 第１調圧弁、 ６２ 第１弁体、 ６３ 第１弾性体、 ７０ 第２調圧弁、 ７２ 第２弁体、 ７３ 第２弾性体、 Ｂ１ 吸入通路、 Ｂ２ フィード通路、 Ｂ３ 第１リターン通路、 Ｂ４ 第２リターン通路、 Ｂ６ カム排出通路、 Ｂ７ サブ供給通路、 Ｃ１ フィード通路。

Claims (8)

1. 加圧室（２０ｓ）へ吸入される低圧燃料を加圧して、加圧された高圧燃料を吐出する燃料ポンプにおいて、
   フィードポンプ（３０）から圧送された前記低圧燃料を前記加圧室へ供給するフィード通路（Ｂ２、Ｃ１）と、
   前記フィード通路に設けられ、前記低圧燃料の前記加圧室への供給量を調節、または前記加圧室からの前記低圧燃料の排出量を調節することで、加圧対象となる前記低圧燃料の量を調節する調量弁（５０）と、
   前記フィード通路のうち前記調量弁の上流側に接続され、前記低圧燃料を前記フィードポンプの上流側へ戻す第１リターン通路（Ｂ３）と、
   前記第１リターン通路を開閉する第１弁体（６２）、および前記第１弁体に弾性力を閉弁側へ付与する第１弾性体（６３）を有し、前記低圧燃料が第１設定圧力（Ｐ１）以上になった場合に、前記第１弾性体の弾性力に抗して前記第１弁体が開弁する第１調圧弁（６０）と、
   前記フィード通路のうち前記調量弁の上流側に接続され、前記低圧燃料を前記フィードポンプの上流側へ戻す第２リターン通路（Ｂ４）と、
   前記第２リターン通路を開閉する第２弁体（７２）、および前記第２弁体に弾性力を閉弁側へ付与する第２弾性体（７３）を有し、前記低圧燃料が第２設定圧力（Ｐ２）以上になった場合に、前記第２弾性体の弾性力に抗して前記第２弁体が開弁する第２調圧弁（７０）と、
   を備え、
   前記第１調圧弁および前記第２調圧弁は、前記第２調圧弁による開閉弁の応答性が前記第１調圧弁による開閉弁の応答性よりも高くなるように、且つ前記第２設定圧力が前記第１設定圧力よりも高くなるように、且つ前記第２調圧弁の最大流量が前記第１調圧弁の最大流量よりも少なくなるように設定されている燃料ポンプ。
2. カム（１ｂ）の回転駆動力により往復動して前記加圧室の燃料を加圧するプランジャ（４０）と、
   前記カムを収容するカム室（１０ｓ）と、
   を備え、
   前記第２リターン通路の下流端は、前記カム室をバイパスして前記フィードポンプの上流側に接続されている請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. カム（１ｂ）の回転駆動力により往復動して前記加圧室の燃料を加圧するプランジャ（４０）と、
   前記カムを収容するカム室（１０ｓ）と、
   前記カム室の燃料を排出するカム排出通路（Ｂ６）と、
   を備え、
   前記第２リターン通路の下流端は、前記カム排出通路または前記カム室に接続されている請求項１または２に記載の燃料ポンプ。
4. 前記フィードポンプの吸入口に接続される吸入通路（Ｂ１）を備え、
   前記第２リターン通路の下流端は、前記吸入通路に接続されている請求項１に記載の燃料ポンプ。
5. 前記第２リターン通路に配置され、前記第２リターン通路の流量を制限するオリフィス部材（１１）を備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料ポンプ。
6. 前記第２リターン通路の上流端は、前記フィード通路のうち前記第１リターン通路が接続される箇所の下流側に接続されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料ポンプ。
7. 内燃機関（１）の排気に含まれる微粒子成分を捕捉する微粒子フィルタ（５）が排気管（１ｅｘ）に設けられた燃焼システムに適用され、前記内燃機関の燃焼に用いる燃料として前記高圧燃料を吐出する燃料ポンプにおいて、
   前記フィード通路に接続され、前記排気管のうち前記微粒子フィルタの上流側へ前記低圧燃料を流通させるサブ供給通路（Ｂ７）を備える請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料ポンプ。
8. 前記第２リターン通路の上流端は、前記フィード通路のうち前記サブ供給通路が接続される箇所の上流側に接続されている請求項７に記載の燃料ポンプ。

Images