JP7518980B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、燃料を高圧にしてエンジンに供給する燃料ポンプに関する。

燃料ポンプとしては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された高圧燃料供給ポンプは、ハウジングと、吸入弁と、吐出弁とリリーフ弁とを備えている。
ハウジングは、プランジャを摺動自在に保持するシリンダライナを収容するとともに加圧室を形成する段付きの筒型状の空間であるシリンダを有している。吸入弁は、電磁ソレノイドに電流を供給しない状態で開弁し、電磁ソレノイドに電流を供給すると、開弁して加圧室に燃料を吸入する。

吐出弁は、ハウジングの吐出弁収容部に組付けられており、吐出弁収容部は、燃料吐出孔を介して加圧室に連通している。加圧室で加圧された高圧の燃料は、吐出弁に供給される。吐出弁は、供給された燃料の圧力が所定の圧力以上になった場合に開弁し、吐出弁を通過した燃料が蓄圧器に圧送される。

また、リリーフ弁は、ハウジングのリリーフ弁収容部に組付けられており、リリーフ弁収容部は、吐出弁よりも下流側の高圧領域に連通すると共に連通路を介して加圧室に連通している。リリーフ弁は、高圧領域の燃料の圧力が特定の圧力以上になった場合に開弁し、高圧の燃料を加圧室に還流する。

国際公開第２０１８／１８６２１９号

ところで、特許文献１に記載されている高圧燃料供給ポンプは、プランジャが上下動することにより、加圧室内の圧力の上昇及び下降を繰り返す。このような高圧燃料供給ポンプでは、プランジャが下降して加圧室内が減圧する際に、加圧室の奥に位置するリリーフ弁シート部付近にキャビテーションが発生する場合がある。そして、発生したキャビテーションは、プランジャが上昇して加圧室内の圧力が高まったときに崩壊する。

キャビテーションの発生、崩壊は、プランジャから遠い位置であるリリーフ弁シート部付近で繰り返し起きる。そのため、リリーフ弁シート部にエロージョンが発生して、リリーフ弁シート部のシール機能が失われる可能性がある。キャビテーションの発生しやすさは、プランジャの移動速度で変動する。そのため、キャビテーションは、燃料の要求流量が多い場合、若しくはエンジンを高回転させる場合に発生しやすくなる。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、弁機構におけるシート部材の近傍でキャビテーションが発生することを防止する燃料ポンプを提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の燃料ポンプは、往復運動するプランジャと、プランジャの往復運動により容積が増減する加圧室と、加圧室に燃料を戻すリリーフ弁機構とを有する。リリーフ弁機構は、リリーフ弁と、リリーフ弁が着座する弁接触部を有するシート部材とを備える。リリーフ弁は、シート部材よりもプランジャ側に配置される。シート部材は、シート部材の外周面を囲う固定部との間に加圧室に連通する空間を形成する環状溝部を有する。空間は、弁接触部よりもプランジャから遠い位置に設けられる。そして、弁、弁ホルダ及びシート部材によって囲まれた弁接触部側空間が形成されている。空間と加圧室のプランジャ側を連通する第１開口の面積は、弁接触部側空間と加圧室のプランジャ側を連通する第２開口の面積よりも大きい。固定部は、シート部材が配置される円柱状の空間部を有しており、第１開口は、固定部の内周面に凹部を設けずに形成されている。

上記構成の燃料ポンプによれば、リリーフ弁機構におけるシート部材の近傍でキャビテーションが発生することを防止することができる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図（その１）である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図（その２）である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの上方から見た水平方向断面図である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図（その３）である。 本発明の一実施形態に係るリリーフ弁機構周辺の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るリリーフ弁機構周辺のキャビテーション発生位置を示す説明図である。

１.実施形態
以下、本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプについて説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

［燃料供給システム］
まず、本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプ（燃料ポンプ）を用いた燃料供給システムについて、図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの全体構成図である。

図１に示すように、燃料供給システムは、高圧燃料供給ポンプ（燃料ポンプ）１００と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０１と、燃料タンク１０３と、コモンレール１０６と、複数のインジェクタ１０７とを備えている。高圧燃料供給ポンプ１００の部品は、ポンプボディ１に一体に組み込まれている。

燃料タンク１０３の燃料は、ＥＣＵ１０１からの信号に基づいて駆動するフィードポンプ１０２によって汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、不図示のプレッシャレギュレータにより適切な圧力に加圧され、低圧配管１０４を通して高圧燃料供給ポンプ１００の低圧燃料吸入口５１に送られる。

高圧燃料供給ポンプ１００は、燃料タンク１０３から供給された燃料を加圧して、コモンレール１０６に圧送する。コモンレール１０６には、複数のインジェクタ１０７と、燃料圧力センサ１０５が装着されている。複数のインジェクタ１０７は、気筒（燃焼室）数にあわせて装着されており、ＥＣＵ１０１から出力される駆動電流に従って燃料を噴射する。本実施形態の燃料供給システムは、インジェクタ１０７がエンジンのシリンダ筒内に直接、燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンシステムである。

燃料圧力センサ１０５は、検出した圧力データをＥＣＵ１０１に出力する。ＥＣＵ１０１は、各種センサから得られるエンジン状態量（例えばクランク回転角、スロットル開度、エンジン回転数、燃料圧力等）に基づいて適切な噴射燃料量（目標噴射燃料長）や適切な燃料圧力（目標燃料圧力）等を演算する。

また、ＥＣＵ１０１は、燃料圧力（目標燃料圧力）等の演算結果に基づいて、高圧燃料供給ポンプ１００や複数のインジェクタ１０７の駆動を制御する。すなわち、ＥＣＵ１０１は、高圧燃料供給ポンプ１００を制御するポンプ制御部と、インジェクタ１０７を制御するインジェクタ制御部を有する。

高圧燃料供給ポンプ１００は、圧力脈動低減機構９と、容量可変機構である電磁吸入弁機構３と、リリーフ弁機構４（図２参照）と、吐出弁機構８とを有している。低圧燃料吸入口５１から流入した燃料は、圧力脈動低減機構９、吸入通路１０ｂを介して電磁吸入弁機構３の吸入ポート３１ｂに到達する。

電磁吸入弁機構３に流入した燃料は、弁部３２を通過し、ポンプボディ１に形成された吸入通路１ｄを流れた後に加圧室１１に流入する。加圧室１１には、プランジャ２が往復動可能に挿入されている。プランジャ２は、エンジンのカム９１（図２参照）により動力が伝えられて往復動する。

加圧室１１では、プランジャ２の下降行程において電磁吸入弁機構３から燃料が吸入され、上昇行程において燃料が加圧される。加圧室１１の燃料圧力が所定値を超えると、吐出弁機構８が開弁し、高圧燃料が吐出通路１２ａを経てコモンレール１０６へ圧送される。高圧燃料供給ポンプ１００による燃料の吐出は、電磁吸入弁機構３の開閉によって操作される。そして、電磁吸入弁機構３の開閉は、ＥＣＵ１０１によって制御される。

［高圧燃料供給ポンプ］
次に、高圧燃料供給ポンプ１００の構成について、図２～図６を用いて説明する。
図２は、高圧燃料供給ポンプ１００の水平方向に直交する断面で見た縦断面図（その１）である。図３は、高圧燃料供給ポンプ１００の水平方向に直交する断面で見た縦断面図（その２）である。図４は、高圧燃料供給ポンプ１００の垂直方向に直交する断面で見た水平方向断面図である。図５は、高圧燃料供給ポンプ１００の水平方向に直交する断面で見た縦断面図（その３）である。図６は、リリーフ弁機構４を拡大して示す説明図である。

図２に示すように、高圧燃料供給ポンプ１００のポンプボディ１は、略円柱状に形成されている。図２及び図３に示すように、ポンプボディ１は、内部に第１室１ａと、第２室１ｂと、第３室１ｃと、吸入通路１ｄが設けられている。また、ポンプボディ１は、燃料ポンプ取付け部９０に密着し、図示しない複数のボルト（ねじ）で固定されている。

第１室１ａは、ポンプボディ１に設けた円柱状の空間部であり、第１室１ａの中心線１Ａは、ポンプボディ１の中心線に一致している。この第１室１ａには、プランジャ２の一端部が挿入されており、プランジャ２は、第１室１ａ内を往復動する。第１室１ａとプランジャ２の一端は、加圧室１１を形成している。

第２室１ｂは、ポンプボディ１に設けた円柱状の空間部であり、第２室１ｂの中心線は、ポンプボディ１（第１室１ａ）の中心線に直交している。この第２室１ｂには、リリーフ弁機構４が配置されるリリーフ弁室を形成している。なお、第２室１ｂ（リリーフ弁室）の径は、第１室１ａの径よりも小さい。第１室１ａと第２室１ｂは、円形の連通孔１ｅによって連通している。リリーフ弁機構４を通過した燃料は連通孔１ｅを通過して加圧室１１に戻る。

第３室１ｃは、ポンプボディ１に設けた円柱状の空間部であり、第１室１ａの他端に連続している。第３室１ｃの中心線は、第１室１ａの中心線１Ａ及びポンプボディ１の中心線に一致しており、第３室１ｃの径は、第１室１ａの径よりも大きい。この第３室１ｃには、プランジャ２の往復動をガイドするシリンダ６が配置されている。これにより、シリンダ６の端面を、第１室１ａと第３室１ｃとの間の段部（平面部）に当接させることができ、シリンダ６が第１室１ａ側にずれてしまうことを防止することができる。

シリンダ６は、筒状に形成されており、その外周側においてポンプボディ１の第３室１ｃに圧入されている。そして、シリンダ６の一端は、第３室１ｃの天面（第１室１ａと第３室１ｃとの間の段部）に当接している。プランジャ２は、シリンダ６の内周面に摺動可能に接触している。

ポンプボディ１には、シリンダ６の軸方向の略中央部に係合する固定部１ｘが設けられている。固定部１ｘは、塑性変形可能に形成されている。そして、固定部１ｘは、シリンダ６を上方（図２中の上方）へ押圧している。

燃料ポンプ取付け部９０とポンプボディ１との間には、シート部材の一具体例を示すＯリング９３が介在されている。このＯリング９３は、エンジンオイルが燃料ポンプ取付け部９０とポンプボディ１との間を通ってエンジン（内燃機関）の外部に漏れることを防止している。

プランジャ２の下端には、タペット９２が設けられている。タペット９２は、エンジンのカムシャフトに取り付けられたカム９１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。プランジャ２は、リテーナ１５を介してばね１６によりカム９１側に付勢されており、タペット９２に圧着されている。タペット９２は、カム９１の回転に伴って往復動する。プランジャ２は、タペット９２と一緒に往復動し、加圧室１１の容積を変化させる。

また、シリンダ６とリテーナ１５との間には、シールホルダ１７が配置されている。シールホルダ１７は、プランジャ２が挿入される筒状に形成されており、シリンダ６側である上端部に副室１７ａを有している。また、シールホルダ１７は、リテーナ１５側である下端部にプランジャシール１８を保持している。

プランジャシール１８は、プランジャ２の外周に摺動可能に接触しており、プランジャ２が往復動したとき、副室１７ａの燃料をシールし、副室１７ａの燃料がエンジン内部へ流入しないようにしている。また、プランジャシール１８は、エンジン内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がポンプボディ１の内部に流入することを防止している。

図２において、プランジャ２は、上下方向に往復動する。プランジャ２が下降すると、加圧室１１の容積が拡大し、プランジャ２が上昇すると、加圧室１１の容積が減少する。
すなわち、プランジャ２は、加圧室１１の容積を拡大及び縮小させる方向に往復動するように配置されている。

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂを有している。プランジャ２が往復動すると、大径部２ａ及び小径部２ｂは、副室１７ａに位置する。したがって、副室１７ａの体積は、プランジャ２の往復動によって増減する。

副室１７ａは、燃料通路１０ｃ（図５参照）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１７ａから低圧燃料室１０へ燃料の流れが発生し、プランジャ２の上昇時は、低圧燃料室１０から副室１７ａへ燃料の流れが発生する。これにより、高圧燃料供給ポンプ１００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、高圧燃料供給ポンプ１００内部で発生する圧力脈動を低減することができる。

図３に示すように、高圧燃料供給ポンプ１００のポンプボディ１の上部には、低圧燃料室１０が設けられている。ポンプボディ１の側面部には、低圧燃料室１０に連通する吸入ジョイント５が取り付けられている。吸入ジョイント５は、燃料タンク１０３（図１参照）から供給された燃料を通す低圧配管１０４に接続されている。燃料タンク１０３の燃料は、吸入ジョイント５からポンプボディ１の内部に供給される。

吸入ジョイント５は、低圧配管１０４に接続された低圧燃料吸入口５１と、低圧燃料吸入口５１に連通する吸入流路５２とを有している。吸入流路５２を通過した燃料は、ポンプボディ１の内部に設けられた吸入フィルタ５３を通過して低圧燃料室１０に供給される。吸入フィルタ５３は、燃料に存在する異物を除去し、高圧燃料供給ポンプ１００内に異物が進入することを防ぐ。

低圧燃料室１０には、低圧燃料流路１０ａと、吸入通路１０ｂ（図２参照）が設けられている。低圧燃料流路１０ａには、圧力脈動低減機構９が設けられている。加圧室１１に流入した燃料が再び開弁状態の電磁吸入弁機構３を通って吸入通路１０ｂへと戻されると、低圧燃料室１０に圧力脈動が発生する。圧力脈動低減機構９は、高圧燃料供給ポンプ１００内で発生した圧力脈動が低圧配管１０４へ波及することを低減する。

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イアフラムダンパで形成されている。圧力脈動低減機構９の金属ダイアフラムダンパは、膨張・収縮することで圧力脈動を吸収或いは低減する。

吸入通路１０ｂは、電磁吸入弁機構３の吸入ポート３１ｂ（図２参照）に連通しており、低圧燃料流路１０ａを通った燃料は、吸入通路１０ｂを介して電磁吸入弁機構３の吸入ポート３１ｂに到達する。

図２及び図４に示すように、電磁吸入弁機構３は、ポンプボディ１に形成された吸入弁室３０に挿入されている。吸入弁室３０は、加圧室１１の上流側（吸入通路１０ｂ側）に設けられており、水平方向に延びる横穴に形成されている。電磁吸入弁機構３は、吸入弁室３０に圧入された吸入弁シート３１と、弁部３２と、ロッド３３と、ロッド付勢ばね３４と、電磁コイル３５と、アンカー３６とを有している。

吸入弁シート３１は、筒状に形成されており、内周部に着座部３１ａが設けられている。また、吸入弁シート３１には、外周部から内周部に到達する吸入ポート３１ｂが形成されている。この吸入ポート３１ｂは、上述した低圧燃料室１０における吸入通路１０ｂに連通している。

吸入弁室３０には、吸入弁シート３１の着座部３１ａに対向するストッパ３７が配置されている。ストッパ３７と着座部３１ａとの間には、弁部３２が配置されている。また、ストッパ３７と弁部３２との間には、弁付勢ばね３８が介在されている。弁付勢ばね３８は、弁部３２を着座部３１ａ側に付勢する。

弁部３２は、着座部３１ａに当接することにより、吸入ポート３１ｂと加圧室１１との連通部を閉鎖する。弁部３２が吸入ポート３１ｂと加圧室１１との連通部を閉鎖すると、電磁吸入弁機構３は、閉弁状態になる。一方、弁部３２は、ストッパ３７に当接することにより、吸入ポート３１ｂと加圧室１１との連通部を開放する。弁部３２が吸入ポート３１ｂと加圧室１１との連通部を開放すると、電磁吸入弁機構３は、開弁状態になる。

ロッド３３は、吸入弁シート３１の筒孔を貫通しており、一端が弁部３２に当接している。ロッド付勢ばね３４は、ロッド３３を介して弁部３２をストッパ３７側である開弁方向に付勢する。ロッド付勢ばね３４の一端は、ロッド３３の他端に係合している。ロッド付勢ばね３４の他端は、ロッド付勢ばね３４を囲うように配置された磁性コア３９に係合している。

アンカー３６は、磁性コア３９の端面に対向している。また、アンカー３６は、ロッド３３の中間部に設けられたフランジに係合している。電磁コイル３５は、磁性コア３９の周りを一周するように配置されている。この電磁コイル３５には、端子部材４０が電気的に接続されており、端子部材４０を介して電流が流れる。

電磁コイル３５に電流が流れていない無通電状態において、ロッド３３がロッド付勢ばね３４による付勢力によって開弁方向に付勢されている。これにより、ロッド３３は、弁部３２を開弁方向に押圧している。その結果、弁部３２が着座部３１ａから離れてストッパ３７に当接し、電磁吸入弁機構３が開弁状態になっている。すなわち、電磁吸入弁機構３は、無通電状態において開弁するノーマルオープン式となっている。

電磁吸入弁機構３の開弁状態において、吸入ポート３１ｂの燃料は、弁部３２と着座部３１ａとの間を通り、ストッパ３７の複数の燃料通過孔（不図示）及び吸入通路１ｄを通って加圧室１１に流入する。電磁吸入弁機構３の開弁状態では、弁部３２は、ストッパ３７と接触するため、弁部３２の開弁方向の位置が規制される。そして、電磁吸入弁機構３の開弁状態における弁部３２と着座部３１ａの間に存在する隙間は、弁部３２の可動範囲であり、これが開弁ストロークとなる。

電磁コイル３５に電流が流れると、アンカー３６が磁性コア３９の磁気吸引力により閉弁方向に引き寄せられる。その結果、アンカー３６は、ロッド付勢ばね３４の付勢力に抗して移動し、磁性コア３９に接触する。アンカー３６が磁性コア３９側である閉弁方向へ移動すると、アンカー３６が係合するロッド３３がアンカー３６と共に移動する。その結果、弁部３２は、開弁方向への付勢力から解放され、弁付勢ばね３８による付勢力により閉弁方向に移動する。そして、弁部３２が、吸入弁シート３１の着座部３１ａに接触すると、電磁吸入弁機構３が閉弁状態になる。

図４及び図５に示すように、吐出弁機構８は、加圧室１１の出口側（下流側）に設けられた吐出弁室８０に配置されている。吐出弁機構８は、加圧室１１に連通する吐出弁シート８１と、吐出弁シート８１と接離する弁部８２と、弁部８２を吐出弁シート８１側へ付勢する吐出弁ばね８３と、弁部８２のストローク（移動距離）を決める吐出弁ストッパ８４を有している。

また、吐出弁機構８は、燃料の外部への漏洩を遮断するプラグ８５を有している。吐出弁ストッパ８４は、プラグ８５に圧入されている。プラグ８５は、溶接部８６で溶接によりポンプボディ１に接合されている。吐出弁室８０は、弁部８２によって開閉される。この吐出弁室８０は、吐出弁室通路８７に連通している。吐出弁室通路８７は、ポンプボディ１に形成されている。

ポンプボディ１には、図２に示す第２室１ｂ（リリーフ弁室）に連通する横穴が設けられており、その横穴には、吐出ジョイント１２が挿入されている。吐出ジョイント１２は、ポンプボディ１の横穴及び吐出弁室通路８７に連通する上述の吐出通路１２ａと、吐出通路１２ａの一端である燃料吐出口１２ｂを有している。吐出ジョイント１２の燃料吐出口１２ｂは、コモンレール１０６に連通している。なお、吐出ジョイント１２は、溶接部１２ｃにより溶接でポンプボディ１に固定されている。

加圧室１１と吐出弁室８０（吐出弁室通路８７）の間に燃料圧力の差（燃料差圧）が無い状態では、弁部８２が、吐出弁ばね８３の付勢力により吐出弁シート８１に圧着され、吐出弁機構８が閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が吐出弁室８０（吐出弁室通路８７）の燃料圧力よりも大きくなった場合に、弁部８２は、吐出弁ばね８３の付勢力に抗して移動し、吐出弁機構８が開弁状態になる。

吐出弁機構８が開弁状態になると、加圧室１１内の（高圧の）燃料は、吐出弁機構８を通過し、吐出弁室８０（吐出弁室通路８７）に到達する。そして、吐出弁室通路８７に到達した燃料は、吐出ジョイント１２の燃料吐出口１２ｂを経てコモンレール１０６（図１参照）へ吐出される。以上のような構成により、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機能する。

図２及び図６に示すリリーフ弁機構４は、コモンレール１０６やその先の部材に何らかの問題が生じ、コモンレール１０６が予め定めた所定の圧力を超えて高圧になった場合に作動し、吐出通路１２ａ内の燃料を加圧室１１に戻すよう構成された弁である。吐出通路１２ａは、吐出弁室通路８７を介して吐出弁室８０に連通している。したがって、吐出通路１２ａの圧力は、吐出弁室８０の圧力は等しい。

リリーフ弁機構４は、吐出弁室８０（吐出弁室通路８７）の圧力と、第２室１ｂ（リリーフ弁室）の圧力との差が設定値を超えた場合に開弁状態になる。

リリーフ弁機構４は、リリーフばね４１と、リリーフ弁ホルダ４２と、リリーフ弁４３及びシート部材４４を有している。このリリーフ弁機構４は、吐出ジョイント１２から挿入され、第２室１ｂ（リリーフ弁室）に配置される。

リリーフばね４１は、コイル状のばねであり、一端部がポンプボディ１（第２室１ｂの一端）に当接している。また、リリーフばね４１の他端部は、リリーフ弁ホルダ４２に当接している。リリーフ弁ホルダ４２は、リリーフ弁４３に係合している。リリーフばね４１は、圧縮されることでリリーフ弁ホルダ４２及びリリーフ弁４３をシート部材４４側へ付勢している。

シート部材４４は、第２室１ｂ（リリーフ弁室）に圧入されている。シート部材４４は、リリーフ弁４３に対向する燃料通路４４ａを有している。燃料通路４４ａにおけるリリーフ弁４３と反対側は、吐出通路１２ａに連通している。リリーフ弁４３は、リリーフばね４１の付勢力により押圧されて、シート部材４４に接触する。これにより、リリーフ弁４３は、シート部材４４の燃料通路４４ａを塞いでいる。加圧室１１（上流側）とシート部材４４（下流側）との間における燃料の移動は、リリーフ弁４３がシート部材４４に接触（密着）して燃料通路４４ａを塞ぐことにより遮断される。

吐出弁室８０（吐出弁室通路８７）及びコモンレール１０６やその先の部材内の圧力が高くなると、第２室１ｂ（リリーフ弁室）の圧力との差が設定値を超える。その結果、シート部材４４側の燃料がリリーフ弁４３を押圧して、リリーフばね４１の付勢力に抗してリリーフ弁４３を移動させる。その結果、リリーフ弁４３が開弁し、吐出通路１２ａ内の燃料が、シート部材４４の燃料通路４４ａを通って加圧室１１に戻る。したがって、リリーフ弁４３を開弁させる圧力は、リリーフばね４１の付勢力によって決定される。

［高圧燃料ポンプの動作］
次に、本実施形態に係る高圧燃料ポンプの動作について、図２、図４を用いて説明する。

図２において、プランジャ２が下降した場合に、電磁吸入弁機構３が開弁していると、吸入通路１ｄから加圧室１１に燃料が流入する。以下、プランジャ２が下降する行程を吸入行程と称する。一方、プランジャ２が上昇した場合に、電磁吸入弁機構３が閉弁していると、加圧室１１内の燃料は昇圧され、吐出弁機構８（図４参照）を通過してコモンレール１０６（図１参照）へ圧送される。以下、プランジャ２が上昇する工程を上昇行程と称する。

上述したように、上昇工程中に電磁吸入弁機構３が閉弁していれば、吸入行程中に加圧室１１に吸入された燃料が加圧され、コモンレール１０６側へ吐出される。一方、上昇工程中に電磁吸入弁機構３が開弁していれば、加圧室１１内の燃料は吸入通路１ｄ側へ押し戻され、コモンレール１０６側へ吐出されない。このように、高圧燃料供給ポンプ１００による燃料の吐出は、電磁吸入弁機構３の開閉によって操作される。そして、電磁吸入弁機構３の開閉は、ＥＣＵ１０１によって制御される。

吸入行程では、加圧室１１の容積が増加し、加圧室１１内の燃料圧力が低下する。これにより、吸入ポート３１ｂと加圧室１１との間の流体差圧（以下、「弁部３２の前後の流体差圧」とする）が小さくなる。そして、弁部３２の前後の流体差圧よりもロッド付勢ばね３４の付勢力が大きくなると、ロッド３３が開弁方向に移動して、弁部３２が吸入弁シート３１の着座部３１ａから離れ、電磁吸入弁機構３が開弁状態になる。

電磁吸入弁機構３が開弁状態になると、吸入ポート３１ｂの燃料は、弁部３２と着座部３１ａとの間を通り、ストッパ３７の複数の燃料通過孔（不図示）を通って、吸入通路１ｄから加圧室１１に流入する。電磁吸入弁機構３の開弁状態では、弁部３２は、ストッパ３７と接触するため、弁部３２の開弁方向の位置が規制される。そして、電磁吸入弁機構３の開弁状態における弁部３２と着座部３１ａの間に存在する隙間は、弁部３２の可動範囲であり、これが開弁ストロークとなる。

吸入行程を終了した後は、上昇行程に移る。このとき、電磁コイル３５は、無通電状態を維持したままであり、アンカー３６と磁性コア３９との間に磁気吸引力は作用していない。そして、弁部３２には、ロッド付勢ばね３４と弁付勢ばね３８の付勢力の差に応じた開弁方向への付勢力と、燃料が加圧室１１から低圧燃料流路１０ａへ逆流する時に発生する流体力による閉弁方向へ押圧する力が働く。

この状態において、電磁吸入弁機構３が開弁状態を維持するために、ロッド付勢ばね３４と弁付勢ばね３８の付勢力の差は、流体力よりも大きく設定されている。加圧室１１の容積は、プランジャ２の上昇に伴い減少する。そのため、加圧室１１に吸入されていた燃料は、再び弁部３２と着座部３１ａとの間を通り、吸入ポート３１ｂへと戻されることになり、加圧室１１内部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。

戻し工程において、ＥＣＵ１０１（図１参照）からの制御信号が電磁吸入弁機構３に印加されると、電磁コイル３５には、端子部材４０を介して電流が流れる。電磁コイル３５に電流が流れると、磁性コア３９とアンカー３６との間に磁気吸引力が作用し、アンカー３６（ロッド３３）が磁性コア３９に引き寄せられる。その結果、アンカー３６（ロッド３３）は、ロッド付勢ばね３４による付勢力に抗して閉弁方向（弁部３２から離れる方向）へ移動する。

アンカー３６（ロッド３３）が閉弁方向へ移動すると、弁部３２は、開弁方向への付勢力から解放され、弁付勢ばね３８による付勢力と、燃料が吸入通路１０ｂに流れ込むことによる流体力により閉弁方向に移動する。そして、弁部３２が、吸入弁シート３１の着座部３１ａに接触する（弁部３２が着座部３１ａに着座する）と、電磁吸入弁機構３が閉弁状態になる。

電磁吸入弁機構３が閉弁状態になった後、加圧室１１の燃料は、プランジャ２の上昇と共に昇圧され、所定の圧力以上になると、吐出弁機構８を通過してコモンレール１０６（図１参照）へ吐出される。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、電磁吸入弁機構３の電磁コイル３５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３５へ通電するタイミングを早くすれば、上昇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。その結果、吸入通路１０ｂ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３５へ通電するタイミングを遅くすれば、上昇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。その結果、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。このように、電磁コイル３５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エンジン（内燃機関）が必要とする量に制御することができる。

［リリーフ弁機構のシート部材］
次に、本実施形態に係るリリーフ弁機構４のシート部材４４について、図６及び図７を用いて説明する。
図７は、リリーフ弁機構４周辺のキャビテーション発生位置を示す説明図である。

上述したように、リリーフ弁４３は、リリーフばね４１のばね力によりシート部材４４に押し付けられる。シート部材４４は、リリーフ弁４３が接触（着座）する弁接触部４４ｂを有する。リリーフ弁機構４は、リリーフ弁４３とシート部材４４の弁接触部４４ｂが密着することにより、シール機能を有する。したがって、リリーフ弁４３とシート部材４４の弁接触部４４ｂが密着すると、第２室１ｂを含む加圧室１１と吐出通路１２ａとの間が液密に封止される。

リリーフ弁機構４がシール機能を有するため、プランジャ２（図６参照）が上昇した場合に加圧室１１内の燃料の加圧が可能になる。また、リリーフ弁機構４がシール機能を有するため、プランジャ２動作停止後においても、吐出弁室８０内の燃料の圧力、ひいてはコモンレール１０６内の燃料の圧力を維持することができる。したがって、コモンレール１０６内の燃料の圧力を維持するには、弁接触部４４ｂにおけるシール機能が重要である。

ところで、加圧室１１においてプランジャ２から最も遠い最奥部にシート部材４４の弁接触部４４ｂが配置されていたとする。この場合は、プランジャ２が下降して加圧室１１内の燃料が減圧される際に、弁接触部４４ｂ付近の空間４７においてキャビテーションが発生する。そして、プランジャ２が上昇して加圧室１１内の燃料が加圧されたときに、キャビテーションが崩壊する。

空間４７においてキャビテーションの発生、崩壊が弁接触部４４ｂ付近で繰り返し起きると、リング状の弁接触部４４ｂを径方向に横切るようにエロージョンが発生する。その結果、弁接触部４４ｂにおけるシール機能が失われる可能性がある。キャビテーションの発生しやすさは、プランジャ２の移動速度に応じて変動する。そのため、燃料の要求流量が多い若しくはエンジン（内燃機関）を高回転させる場合に発生しやすくなる。

図７に示すように、シート部材４４の一端部における外周面には、環状溝部４５が設けられている。そして、環状溝部４５を設けることにより、シート部材４４の一端部には、略円形の鍔部４６が形成されている。

鍔部４６は、リリーフ弁ホルダ４２に対向する。鍔部４６の径は、第２室１ｂの径よりも小さい。鍔部４６の中心部には、燃料通路４４ａに連続する弁接触部４４ｂが設けられている。弁接触部４４ｂは、燃料通路４４ａに連続するリング状のテーパー部として形成されている。鍔部４６を設けることにより、環状溝部４５を設けても加圧室１１の容積を低減することができ、吐出効率の低下を抑制することができる。

鍔部４６の弁接触部４４ｂ付近には、リリーフ弁ホルダ４２、リリーフ弁４３及び鍔部４６に囲まれた空間４７が形成される。また、環状溝部４５と第２室１ｂとの間には、空間４８が形成される。環状溝部４５及び空間４８は、弁接触部４４ｂよりもプランジャ２から離れた位置に設けられている。

プランジャ２の下降により加圧室１１内の燃料が減圧される。この燃料の減圧は、加圧室１１においてプランジャ２から最も遠い最奥部から始まる。すなわち、加圧室１１の燃料は、減圧時に最奥部から引っ張られる。したがって、空間４８において優先的にキャビテーションを発生させることができる。これにより、弁接触部４４ｂ付近の空間４７においてキャビテーションが発生することを防止することができる。

鍔部４６とリリーフ弁ホルダ４２との間には、隙間６１ａが形成されている。隙間６１ａの第２室１ｂに対向する周面の面積は、弁接触部４４ｂ付近に生じる空間４７と加圧室１１のプランジャ２側とを連通する開口の面積となる。以下、隙間６１ａにおける周面の面積を「隙間６１ａの開口面積」とする。

鍔部４６の外周面４６ａと第２室１ｂの内周面との間には、隙間６１ｂが形成されている。隙間６１ｂにおける第２室１ｂの中心線に直交する面の面積は、空間４８と加圧室１１のプランジャ２側とを連通する開口の面積となる。以下、隙間６１ｂにおける第２室１ｂの中心線に直交する面の面積を「隙間６１ｂの開口面積」とする。

隙間６１ｂの開口面積は、隙間６１ａの開口面積よりも大きくなるように設定されている。開口面積を大きくすると、圧力損失が小さくなる。そして、圧力損失が小さい部分は、圧力損失が大きい部分よりも優先的に圧力変化が発生する。すなわち、隙間６１ｂは、隙間６１ａよりも優先的に圧力変化が発生する。

その結果、空間４８において優先的にキャビテーションを発生させることができる。したがって、本実施形態では、キャビテーションエロージョンを環状溝部４５のいずれかの部分４５ｘに優先的に発生させることができる。隙間６１ｂの開口面積は、例えば、隙間６１ａの開口面積の１・２５倍以上に設定することが好ましい。

また、環状溝部４５により形成される空間４８の体積は、弁接触部４４ｂ付近に生じる空間４７の体積よりも大きい。これにより、空間４８においてキャビテーションが発生する場所を分散させることができる。その結果、同じ場所でキャビテーションの発生・崩壊が繰り返されないようにして、環状溝部４５におけるキャビテーションエロージョンの発生数を抑制することができる。

隙間６１ｂは、キャビテーションエロージョンによって環状溝部４５から剥がれた異物を通過させない大きさに設定されている。すなわち、隙間６１ｂは、空間４８から加圧室１１のプランジャ２側へ流入させたくない異物の大きさに応じて決定するとよい。

０．２ｍｍ以下の異物であれば、リリーフ弁４３の噛み込みによるシート性能への影響が小さい。そこで、隙間６１ｂは、例えば、０．２ｍｍ以下に設定するとよい。これにより、０．２ｍｍより大きい異物が、加圧室１１のプランジャ２側に流入しないようにすることができる。その結果、リリーフ弁４３のシート性能が劣化することを抑制し、高圧燃料供給ポンプ１００の品質を向上させることができる。

ここで、第２室１ｂの中心線に直交する方向（リリーフ弁４３の移動方向）において、第２室１ｂ（ポンプボディ１）から弁接触部４４ｂまでの距離を距離６２ａとする。また、第２室１ｂの中心線と平行な方向において、シート部材４４における鍔部４６の端面から環状溝部４５の鍔部４６と反対側の端部までの距離を距離６２ｂとする。

プランジャ２の下降により加圧室１１内の燃料が減圧される。この燃料の減圧は、加圧室１１においてプランジャ２から最も遠い最奥部から始まる。そのため、距離６２ｂは、距離６２ａよりも長く設定されている。これにより、環状溝部４５により形成される空間４８内の燃料は、空間４７内の燃料よりも早く減圧が始まる。その結果、空間４８において積極的にキャビテーションを発生させることができる。

本実施形態では、リリーフ弁機構４が、加圧室１１においてプランジャ２から最も遠い位置に配置されている。そのため、リリーフ弁機構４においてキャビテーションが発生する。しかし、吸入弁機構又は吐出弁機構が、加圧室においてプランジャから最も遠い位置に配置される場合は、吸入弁機構又は吐出弁機構においてキャビテーションが発生する。
この場合は、吸入弁機構又は吐出弁機構において、本実施形態に係る空間４８と同様の空間を設けてもよい。

２.まとめ
以上説明したように、上述した実施形態の高圧燃料供給ポンプ１００（燃料ポンプ）は、往復運動するプランジャ２と、プランジャ２の往復運動により容積が増減する加圧室１１と、加圧室１１に燃料を戻すリリーフ弁機構４とを有する。リリーフ弁機構４は、リリーフ弁４３と、リリーフ弁４３が着座する弁接触部４４ｂを有するシート部材４４とを備える。リリーフ弁４３は、シート部材４４よりもプランジャ２側に配置される。シート部材４４は、シート部材４４の外周面を囲う第２室１ｂ（固定部）との間に加圧室１１に連通する空間４８を形成する環状溝部４５を有する。空間４８は、弁接触部４４ｂよりもプランジャ２から遠い位置に設けられる。これにより、空間４８において優先的にキャビテーションを発生させることができる。その結果、弁接触部４４ｂ付近の空間４７においてキャビテーションが発生することを防止することができる。

また、上述した実施形態に係る高圧燃料供給ポンプ１００（燃料ポンプ）のリリーフ弁機構４は、リリーフ弁４３を保持するリリーフ弁ホルダ４２を備える。そして、リリーフ弁機構４には、リリーフ弁４３、リリーフ弁ホルダ４２及びシート部材４４によって囲まれた空間４７（弁接触部側空間）が形成されている。空間４８と加圧室１１のプランジャ２側を連通する開口の面積（隙間６１ｂの開口面積）は、空間４７と加圧室１１のプランジャ２側を連通する開口の面積（隙間６１ａの開口面積）よりも大きい。これにより、空間４８と加圧室１１のプランジャ２側を連通する開口（隙間６１ｂ）は、空間４７と加圧室１１のプランジャ２側を連通する開口（隙間６１ａ）よりも優先的に圧力変化が発生する。その結果、空間４７よりも空間４８においてキャビテーションを発生させることができる。

また、上述した実施形態に係るリリーフ弁機構４の空間４８の体積は、空間４７（弁接触部側空間）の体積よりも大きい。これにより、空間４８におけるキャビテーションの発生場所を分散させることができ、空間４８の同じ場所でキャビテーションの発生・崩壊が繰り返されないようにすることができる。その結果、環状溝部４５におけるキャビテーションエロージョンの発生数を抑制することができる。

また、上述した実施形態に係るリリーフ弁機構４のシート部材４４は、リリーフ弁ホルダ４２に対向する鍔部４６を有する。鍔部４６は、空間４８と加圧室１１のプランジャ２側を連通する開口を形成する。鍔部４６を設けることにより、環状溝部４５を設けても加圧室１１の容積を低減することができ、吐出効率の低下を抑制することができる。

また、上述した実施形態に係る鍔部４６の外周面４６ａと第２室１ｂ（固定部）との間の隙間は、０．２ｍｍ以下である。これにより、０．２ｍｍより大きい異物が、加圧室１１のプランジャ２側に流入しないようにすることができる。その結果、リリーフ弁４３のシート性能が劣化することを抑制し、高圧燃料供給ポンプ１００の品質を向上させることができる。

また、上述した実施形態に係るリリーフ弁４３の移動方向において、シート部材４４のリリーフ弁ホルダ４２に対向する端面（鍔部４６の端面）から環状溝部４５のリリーフ弁ホルダ４２側と反対側の端部までの距離（距離６２ｂ）は、リリーフ弁４３の移動方向に直交する方向において、第２室１ｂ（固定部）から弁接触部４４ｂまでの距離（距離６２ａ）よりも長い。これにより、環状溝部４５により形成される空間４８内の燃料は、空間４７内の燃料よりも早く減圧が始まる。その結果、空間４８において積極的にキャビテーションを発生させることができる。

また、上述した実施形態に係るリリーフ弁機構４のシート部材４４は、ポンプボディ１の第２室１ｂに固定される。これにより、シート部材やリリーフ弁を一体的に組み込むハウジングを設ける場合よりも部品点数の削減を図ることができる。

また、上述した実施形態に係るリリーフ弁機構４は、リリーフばね、リリーフ弁ホルダ、リリーフ弁、及びシート部材を一体的に組み込むハウジングを設ける構成にしてもよい。この場合は、リリーフ弁機構を１つの組み立て部品として、高圧燃料供給ポンプのボディに固定する。そして、この場合は、ハウジングとシート部材との間にキャビテーションを優先的に発生させる空間を形成する。これにより、リリーフ弁機構の組立作業を容易にすることができる。

以上、本発明の燃料ポンプの実施形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の燃料ポンプは、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。また、上述した実施形態は、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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１…ポンプボディ、 １ａ…第１室、 １ｂ…第２室、 １ｃ…第３室、 １ｄ…吸入通路、 １ｅ…連通孔、 １ｘ…固定部、 ２…プランジャ、 ３…電磁吸入弁機構、 ４…リリーフ弁機構、 ５…吸入ジョイント、 ６…シリンダ、 ８…吐出弁機構、 ９…圧力脈動低減機構、 １０…低圧燃料室、 １１…加圧室、 １２…吐出ジョイント、
１５…リテーナ、 １７…シールホルダ、 １７ａ…副室、 １８…プランジャシール、 ３０…吸入弁室、 ４２…リリーフ弁ホルダ、 ４３…リリーフ弁、 ４４…シート部材、 ４４ａ…燃料通路、 ４４ｂ…弁接触部、 ４５…環状溝部、 ４６…鍔部、 ４６ａ…外周面、 ４７，４８…空間、 ５１…低圧燃料吸入口、 ５２…吸入流路、 ５３…吸入フィルタ、 ６１ａ，６１ｂ…隙間、 ６２ａ，６２ｂ…距離、 １００…高圧燃料供給ポンプ、 １０１…ＥＣＵ、 １０２…フィードポンプ、 １０３…燃料タンク、 １０４…低圧配管、 １０５…燃料圧力センサ、 １０６…コモンレール、 １０７…インジェクタ

Claims (8)

1. 往復運動するプランジャと、プランジャの往復運動により容積が増減する加圧室と、前記加圧室に燃料を戻すリリーフ弁機構と、を有する燃料ポンプであって、
   前記リリーフ弁機構は、
   リリーフ弁と、
   前記リリーフ弁が着座する弁接触部を有するシート部材と、
   前記リリーフ弁を保持するリリーフ弁ホルダと、を備え、
   前記リリーフ弁は、前記シート部材よりも前記プランジャ側に配置され、
   前記シート部材は、前記シート部材の外周面を囲う固定部との間に前記加圧室に連通する空間を形成する環状溝部を有し、
   前記空間は、前記弁接触部よりも前記プランジャから遠い位置に設けられており、
   前記リリーフ弁、前記リリーフ弁ホルダ及び前記シート部材によって囲まれた弁接触部側空間が形成されており、
   前記空間と前記加圧室の前記プランジャ側を連通する第１開口の面積は、前記弁接触部側空間と前記加圧室の前記プランジャ側を連通する第２開口の面積よりも大きく、
   前記固定部は、前記シート部材が配置される円柱状の空間部を有しており、
   前記第１開口は、前記固定部の内周面に凹部を設けずに形成されている
   燃料ポンプ。
2. 前記空間の体積は、前記弁接触部側空間の体積よりも大きい
   請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記シート部材は、前記リリーフ弁ホルダに対向する鍔部を有し、
   前記鍔部は、前記空間と前記加圧室の前記プランジャ側を連通する前記第１開口を形成する
   請求項１に記載の燃料ポンプ。
4. 前記鍔部の外周面と前記固定部との間の隙間は、０．２ｍｍ以下である
   請求項３に記載の燃料ポンプ。
5. 前記リリーフ弁の移動方向において、前記シート部材の前記リリーフ弁ホルダに対向する端面から前記環状溝部の前記リリーフ弁ホルダ側と反対側の端部までの距離は、前記リリーフ弁の移動方向に直交する方向において、前記固定部から前記弁接触部までの距離よりも長い
   請求項１に記載の燃料ポンプ。
6. 前記固定部は、前記プランジャが挿入されるボディである
   請求項１に記載の燃料ポンプ。
7. 前記リリーフ弁機構は、前記リリーフ弁と前記シート部材を一体的に組み込むハウジングを備え、
   前記固定部は、前記ハウジングである
   請求項１に記載の燃料ポンプ。
8. 往復運動するプランジャと、プランジャの往復運動により容積が増減する加圧室と、前記加圧室に連通する弁機構と、を有する燃料ポンプであって、
   前記弁機構は、
   弁と、
   前記弁が着座する弁接触部を有するシート部材と、
   前記弁を保持する弁ホルダと、を備え、
   前記弁は、前記シート部材よりも前記プランジャ側に配置され、
   前記シート部材は、前記シート部材の外周面を囲う固定部との間に前記加圧室に連通する空間を形成する環状溝部を有し、
   前記空間は、前記弁接触部よりも前記プランジャから遠い位置に設けられており、
   前記弁、前記弁ホルダ及び前記シート部材によって囲まれた弁接触部側空間が形成されており、
   前記空間と前記加圧室の前記プランジャ側を連通する第１開口の面積は、前記弁接触部側空間と前記加圧室の前記プランジャ側を連通する第２開口の面積よりも大きく、
   前記固定部は、前記シート部材が配置される円柱状の空間部を有しており、
   前記第１開口は、前記固定部の内周面に凹部を設けずに形成されている
   燃料ポンプ。

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