WO2020049946A1

WO2020049946A1 - 弁機構およびこれを備えた燃料供給ポンプ

Info

Publication number: WO2020049946A1
Application number: PCT/JP2019/031322
Authority: WO
Inventors: 俊亮有冨; 菅波　正幸
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-03-12
Also published as: JP2020037989A

Abstract

弁体の着座領域における燃料漏れを抑制する弁機構、及びこれを搭載した燃料供給ポンプを提供することを目的とする。このため、弁体が着座することで流路を閉弁するシート面と、弁体をシート面に向かって付勢するばねと、を備えている弁機構であって、シート面と平行で、かつ弁体の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向とし、シート面と平行で、かつ流れ方向と直交する方向を流れ直交方向とした場合に、シート面における流れ方向の第１表面粗さが、流れ直交方向の第２表面粗さよりも大きく形成される。

Description

弁機構およびこれを備えた燃料供給ポンプ

　本発明は、弁機構およびこれを備えた燃料供給ポンプに関する。

　本発明の弁機構又はこれを備えた燃料供給ポンプの従来技術として、特許文献１に記載のものがある。特許文献１には「本発明の目的は、リリーフばねホルダに絞りを設けることにより、シート近傍での圧力低下及びキャビテーションの発生を抑制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。そのため、上記した課題を解決するために本発明は、燃料を加圧する加圧室と、前記吐出弁の下流側の吐出通路の燃料を前記加圧室に戻すリリーフバルブ機構と、備えた燃料供給ポンプにおいて、前記リリーフバルブ機構は、リリーフバルブが着座することでリリーフ流路を閉弁するリリーフシートと、前記リリーフバルブを前記リリーフシートに向かって付勢するリリーフばねと、前記リリーフばねを保持するリリーフばねホルダと、を備え、前記リリーフばねホルダには、前記リリーフばねが配置されたリリーフチャンバから前記加圧室に戻す燃料通路と前記流路内に絞り部が形成される。このような構成を持つことにより、上記課題を解決することができる。」と記載されている（要約参照）。

ＷＯ２０１８／０１２２１１

　特許文献１においては、リリーフ弁のシート面の表面形状については何ら記載がない。ここで仮に、シート面における流れ方向の表面粗さが、流れに対してシート面上で直交する方向の表面粗さよりも小さく形成されているとすると、燃料が流れ方向に流れやすくなり、特に吐出圧力が高圧の場合において、燃料漏れが生じてしまう。そこで本発明は、弁体の着座領域における燃料漏れを抑制する弁機構、及びこれを搭載した燃料供給ポンプを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明では、弁体が着座することで流路を閉弁するシート面と、弁体を前記シート面に向かって付勢するばねと、を備える弁機構において、前記シート面と平行で、かつ前記弁体の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向とし、前記シート面と平行で、かつ前記流れ方向と直交する方向を流れ直交方向とした場合に、前記シート面における前記流れ方向の第１表面粗さが、前記流れ直交方向の第２表面粗さよりも大きく形成される。

　本発明によれば、シート部における燃料漏れの低減を実現する電磁弁機構、及びこれを搭載した燃料供給ポンプを提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明を実施する燃料供給ポンプの横方向から見た縦断面図である。本発明を実施する燃料供給ポンプの上方向から見た水平方向断面図である。本発明を実施する燃料供給ポンプの図１とは別の横方向から見た縦断面図である。本発明を実施する弁機構と、そのシート部周辺における拡大断面図である。本発明を実施する弁機構のシート部周辺における図４とは別角度からの拡大図である。本発明の第１の実施形態によるシート部表面形状の拡大概念図である。本発明の第２の実施形態によるシート部周辺における拡大図である。本発明を実施する燃料供給ポンプに搭載される電磁吸入弁機構の拡大断面図である。本発明を実施する燃料供給ポンプを含む、燃料供給システムの構成図である。

　以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明で図面における上下方向を指定して説明する場合があるが、この上下方向は燃料供給ポンプの実装状態における上下方向を意味するものではない。

　図９は燃料供給ポンプを含む燃料供給システムの一例を示す構成図である。破線で囲まれた部分が燃料供給ポンプのポンプボディ１を示し、この破線の中に示されている機構、部品は燃料供給ポンプのポンプボディ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、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２７からの信号に基づきフィードポンプ２１によって汲み上げられる。この燃料は適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して燃料供給ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。低圧燃料吸入口１０ａから吸入ジョイント５１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機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。

　電磁吸入弁機構３００に流入した燃料は、吸入弁３０を通過し、加圧室１１に流入する。エンジンのカム機構９３（図１参照）によりプランジャ２に往復運動する動力が与えられる。プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降行程には吸入弁３０から燃料を吸入し、上昇行程には、燃料が加圧される。加圧された燃料は、吐出弁機構８を介して圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ圧送される。

　コモンレール２３には、図示しないエンジンのシリンダに直接、燃料を噴射するインジェクタ２４（所謂、直噴インジェクタ）、圧力センサ２６が装着されている。直噴インジェクタ２４は、エンジンのシリンダ（気筒）の数に合わせて装着されており、ＥＣＵ２７の制御信号に従って開閉して、燃料をシリンダ内に噴射する。本実施例の燃料供給ポンプ（燃料供給ポンプ）は、インジェクタ２４がエンジンのシリンダ内に直接、燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンシステムに適用される。

　直噴インジェクタ２４の故障等によりコモンレール２３に異常高圧が発生した場合、燃料供給ポンプの燃料吐出口１２の圧力と加圧室１１の圧力との差圧が弁機構２００の開弁圧力以上になると、弁体２０２が開弁する。この場合、コモンレール２３の異常高圧となった燃料が弁機構２００の内部を通り、リリーフ通路２００ａから加圧室１１へと戻される。これによりコモンレール２３（高圧配管）を保護することが可能となる。この方式を高圧戻し方式と呼ぶ。なお、リリーフ通路２００ａを低圧燃料室１０又は吸入通路１０ｄ等（図１参照）に接続し、異常高圧となった燃料を低圧通路へ戻す低圧戻し方式においても、同様に本発明を適用することが可能である。

　図１、図２及び図３を用いて本実施例の燃料供給ポンプについて説明する。図１は、本実施例の燃料供給ポンプについて、プランジャの中心軸方向に平行な断面を示す断面図である。図２は、本実施例の燃料供給ポンプの上方から見た水平方向の断面図である。図３は、本実施例の燃料供給ポンプの図１とは異なる方向から見た断面図である。

　なお、図２においては吸入ジョイント５１がボディ側面に設けられているが、本発明はこれに限定される訳でなく、吸入ジョイント５１がダンパカバー１４の上面に設けられた燃料供給ポンプにも適用可能である。吸入ジョイント５１は、車両の燃料タンク２０からの燃料を供給する低圧配管に接続されており、吸入ジョイント５１の低圧燃料吸入口１０ａから流入した燃料はポンプボディ１の内部に形成された低圧流路を流れる。ポンプボディ１に構成される燃料通路の入口部には、ポンプボディ１に圧入された図示しない吸入フィルタが設けられ、吸入フィルタは燃料タンク２０から低圧燃料吸入口１０ａまでの間に存在する異物が燃料供給ポンプ内に流入することを防ぐ。

　燃料は吸入ジョイント５１からプランジャ軸方向上側に流れ、図１に示すダンパ上部１０ｂ、ダンパ下部１０ｃにより形成される低圧燃料室１０に流れる。低圧燃料室１０はポンプボディ１に取り付けられたダンパカバー１４により覆われることで形成される。低圧燃料室１０の圧力脈動低減機構９により圧力脈動が低減された燃料は低圧燃料流路１０ｄを介して電磁吸入弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。電磁吸入弁機構３００はポンプボディ１に形成された横穴に取り付けられ、所望の流量の燃料をポンプボディ１に形成された加圧室入口流路１ａを介して加圧室１１に供給する。シリンダヘッド９０とポンプボディ１との間のシールのためにＯリング６１がポンプボディ１に嵌め込まれ、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

　図１に示すように、ポンプボディ１にはプランジャ２の往復運動をガイドするためのシリンダ６が取り付けられている。シリンダ６はその外周側において、ポンプボディ１に圧入とかしめとにより固定される。シリンダ６の円筒状をなす圧入部の表面により、ポンプボディ１との隙間から加圧した燃料が低圧側に漏れないようシールしている。シリンダ６は、その上端面を軸方向にポンプボディ１の平面に接触させることで、ポンプボディ１とシリンダ６との円筒状の圧入部のシールに加え、二重のシール構造を構成する。

　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９３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９２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９２に圧着されている。これによりカム９３の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に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がシリンダ６の図中下方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が摺動したとき、副室７ａの燃料をシールし、内燃機関内部へ流入するのを防ぐ。同時にプランジャシール１３は、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）がポンプボディ１の内部に流入するのを防止する。

　図２に示すようにポンプボディ１には電磁吸入弁機構３００を取り付ける横孔と、プランジャ軸方向の同じ位置において、吐出弁機構８を取り付ける横穴と、さらに弁機構２００を取り付ける横穴、及び、吐出ジョイント１２ｃを取り付ける横穴とが形成される。電磁吸入弁機構３００を介して加圧室１１で加圧された燃料は吐出弁機構８を介して吐出通路１２ｂを流れ、吐出ジョイント１２ｃの燃料吐出口１２から吐出される。

　加圧室１１の出口側に設けられた吐出弁機構８（図２、３）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、吐出弁プラグ８ｄ、吐出弁８ｂのストローク（移動距離）を決める吐出弁ストッパ８ｅから構成される。吐出弁プラグ８ｄとポンプボディ１とは溶接部４０１により接合される、この接合部は燃料が流れる内側空間と外部とを遮断している。また吐出弁シート８ａはポンプボディ１に対し、圧入部４０２により接合される。

　加圧室１１の燃料圧力と吐出弁室１２ａの燃料圧力とに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、吐出弁室１２ａの燃料圧力よりも大きくなった時に初めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁する。そして、加圧室１１内の高圧燃料は吐出弁室１２ａ、吐出通路１２ｂ、燃料吐出口１２を経てコモンレール２３へと吐出される。吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ８ｅ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８ｅ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、吐出弁室１２ａ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、燃料供給ポンプの効率低下が抑制できる。また、吐出弁８ｂが開弁および閉弁動作を繰り返すときに、吐出弁８ｂがストローク方向にのみ運動するように、吐出弁ストッパ８ｅの外周面にて吐出弁８ｂをガイドしている。

　以上のように、加圧室１１は、ポンプボディ１、電磁吸入弁機構３００、プランジャ２、シリンダ６、吐出弁機構８にて構成される。また図２、図３に示すように、本実施例の燃料供給ポンプはポンプボディ１に設けられた取付けフランジ１ｂを用い内燃機関のシリンダヘッド９０の平面に密着し、図示しない複数のボルトで固定される。

　弁機構２００は、シート面２０１、弁体２０２、弁ホルダ２０３、ばね２０４、及びばねストッパ２０５で構成される。弁機構２００は、コモンレール２３やその先の部材に何らかの問題が生じ、異常に高圧になった場合に作動するよう構成された弁であり、コモンレール２３やその先の部材内の圧力が高くなった場合に開弁し、燃料を加圧室１１または低圧通路（低圧燃料室１０又は吸入通路１０ｄ等）に戻すという役割を有する。そのため、所定の圧力以下では閉弁状態を維持する必要があり、高圧に対抗するために非常に強力なばね２０４を有している。

　図８を用いて電磁吸入弁機構３００について説明する。図８は本実施例の電磁吸入弁機構について、吸入弁の駆動方向に平行な断面を示す拡大断面図であり、吸入弁が開弁した状態を示す断面図である。

　無通電状態では、強力なロッド付勢ばね４０によって、吸入弁３０が開弁方向に稼働するためにノーマルオープン式となっている。ＥＣＵ２７からの制御信号が電磁吸入弁機構３００に印加されると、電磁コイル４３には端子４６を介して電流が流れる。電磁コイル４３に電流が流れることにより、磁気吸引面Ｓにおいて可動コア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。ロッド付勢ばね４０は磁性コア３９に形成された凹み部に配置されるとともにフランジ部３５ａを付勢する。フランジ部３５ａはロッド付勢ばね４０と反対側で可動コア３６の凹み部と係合する。

　磁性コア３９は電磁コイル４３が配置された電磁コイル室を覆う蓋部材４４と接触するように構成される。可動コア３６が磁性コア３９に吸引されて移動する際に、ロッド３５のフランジ部３５ａとが係合して可動コア３６とともにロッド３５が閉弁方向に移動する。可動コア３６と吸入弁３０との間には、可動コア３６を閉弁方向に付勢する閉弁付勢ばね４１と、ロッド３５を開閉弁方向にガイドするロッドガイド部材３７と、が配置される。ロッドガイド部材３７は閉弁付勢ばね４１のばね座３７ｂを構成する。また、ロッドガイド部材３７には燃料通路３７ａが設けられており、可動コア３６が配置された空間への燃料の流入出を可能にしている。

　可動コア３６、閉弁付勢ばね４１及びロッド３５等はポンプボディ１に固定された電磁吸入弁機構ハウジング３８に内包されている。また、磁性コア３９、ロッド付勢ばね４０、電磁コイル４３及びロッドガイド部材３７等は電磁吸入弁機構ハウジング３８に保持されている。なお、ロッドガイド部材３７は、電磁吸入弁機構ハウジング３８に対して、磁性コア３９及び電磁コイル４３とは反対側に取り付けられており、吸入弁３０、吸入弁付勢ばね３３及びストッパ３２を内包する。

　ロッド３５の磁性コア３９とは反対側には吸入弁３０、吸入弁付勢ばね３３及びストッパ３２を備える。吸入弁３０には、加圧室１１側に突出して吸入弁付勢ばね３３によりガイドされるガイド部３０ｂが形成される。吸入弁３０はロッド３５の移動に伴って弁体ストローク３０ｅの隙間の分だけ開弁方向（弁座３１ａから離れる方向）に移動することにより開弁状態となり、供給通路１０ｄから加圧室１１に燃料が供給される。ガイド部３０ｂは、電磁吸入弁機構３００のハウジング（ロッドガイド部材３７）内部に圧入されて固定されたストッパ３２に衝突することにより動きを停止する。ロッド３５と吸入弁３０とは別体で独立した構造である。吸入弁３０は吸入側に配置された弁座部材３１の弁座３１ａに接触することで加圧室１１への流路を閉じ、また弁座３１ａから離れることで加圧室１１への流路を開くように構成される。

　図１のカム９３の回転により、プランジャ２がカム９３の方向（下方向）に移動して吸入行程状態にある場合、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。この吸入行程で電磁コイル４３が通電オフになっていると、ロッド付勢ばね４０の付勢力と吸入通路１０ｄの圧力による流体力との合計が加圧室１１内の燃料圧力による流体力よりも大きくなり、ロッド３５により吸入弁３０が開弁方向に付勢されて開弁状態となる。

　プランジャ２が下死点に達し吸入行程を終了すると、プランジャ２は上昇運動に転じる。ここで電磁コイル４３は無通電状態を維持したままであり磁気付勢力は作用しない。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３０の開口部を通して吸入通路１０ｄへと戻されるので、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。

　その後、所望のタイミングで電磁コイル４３の通電をオンとすることで、上記したように磁気吸引力が生じることで、可動コア３６とともにロッド３５が閉弁方向に移動し、ロッド３５の先端部が吸入弁３０から離れる。この状態においては、吸入弁３０は差圧に応じて開閉するチェック弁となるため、吸入弁付勢ばね３３の付勢力により閉弁する。吸入弁３０の閉弁後、プランジャ２が上昇しているので、加圧室１１の容積が減少し、燃料が加圧される。これを圧縮行程と称する。加圧室１１の燃料が加圧されて吐出弁室１２ａの燃料圧力と吐出弁ばね８ｃによる付勢力との合計を上回ると、吐出弁８ｂが開弁して燃料が吐出される。

　電磁吸入弁機構３００の電磁コイル４３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４３へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中の、戻し行程の割合が小さく、吐出行程の割合が大きくなる。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が少なくなり、コモンレール２３へ高圧吐出される燃料は多くなる。一方、通電するタイミングを遅くすれば圧縮行程中の、戻し行程の割合が大きく、吐出行程の割合が小さくなる。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が多くなり、コモンレール２３へ高圧吐出される燃料は少なくなる。電磁コイル４３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。

　以上のように電磁コイル４３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。　
　低圧燃料室１０には燃料供給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。また、圧力脈動低減機構９の上下にはそれぞれ、間隔を持ってダンパ上部１０ｂ、ダンパ下部１０ｃが設けられている。一度加圧室１１に流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁３０を通して吸入通路１０ｄへと戻される場合、吸入通路１０ｄへ戻された燃料により低圧燃料室１０には圧力脈動が発生する。しかし、低圧燃料室１０に設けた圧力脈動低減機構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おり、圧力脈動はこの金属ダンパが膨張・収縮することで吸収低減される。９ａは金属ダンパをポンプボディ１の内周部に固定するための取付け金具であり、燃料通路上に設置されるため、ダンパとの支持部を全周では無く、一部とし前記取付け金具９ａの表裏に流体が自由に行き来できるようにしている。

　プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂとを有し、プランジャ２の往復運動によって副室７ａの体積は増減する。副室７ａは燃料通路１０ｅ（図３参照）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７ａから低圧燃料室１０へ、上昇時は、低圧燃料室１０から副室７ａへと燃料の流れが発生する。

　このことにより、ポンプ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、燃料供給ポンプ内部で発生する圧力脈動を低減する機能を有している。

　さらに、リリーフ弁機構の動作を詳細に説明する。弁機構２００は図２に示すように、シート面２０１、弁体２０２、弁ホルダ２０３、ばね２０４、ばねストッパ２０５からなる。シート面２０１の内部に、弁体２０２、弁ホルダ２０３、ばね２０４を順に挿入し、ばねストッパ２０５を圧入等で固定する。ばね２０４による押付力は、ばねストッパ２０５の位置によって規定する。弁体２０２の開弁圧力はこのばね２０４による押付力により規定の値に設定される。こうしてユニット化された弁機構２００を、図１に示すようにポンプボディ１に圧入等で固定する。なお、図１ではユニット化された弁機構２００を示しているが、本発明はこれに限定されるわけではない。

　燃料供給ポンプは燃料を数ＭＰａから数十ＭＰａという非常に高圧に加圧する必要があるため、弁体２０２の開弁圧力はそれ以上でなければならない。開弁圧力が設定吐出圧力以下に設定されると、燃料供給ポンプにより正常に燃料が加圧されていても、弁体２０２が開弁してしまう。なお、本実施例では弁体２０２と呼ぶが、これをリリーフ弁と呼んでも良い。この弁体２０２の誤動作は、シート面２０１のシート部２０１ａの近傍におけるキャビテーション壊食の発生や、吐出量の低下、エネルギー効率の低下等を招いてしまう虞がある。さらに、開弁圧力を設定吐出圧力以上に設定した場合でも、その差が小さい場合にはシート面２０１と弁体２０２の接触面圧が低下し、燃料漏れが発生してキャビテーション壊食が発生する可能性がある。

　ここで、キャビテーション壊食が発生する原理を説明する。一般的に、狭い隙間流れなどで流速が増加すると圧力が低下し、流体の飽和蒸気圧以下になるとキャビテーション気泡が発生する。その後、気泡は流れに乗って移動し、圧力の高い場所に到達すると崩壊する。この際、大きな崩壊エネルギーが放出され、壁面などの物体が近くにあれば損傷を受けてしまう。弁体２０２におけるキャビテーション壊食では、漏れが発生するとシート部２０１ａ付近で流速が速くなりキャビテーション気泡が発生する。その直後に圧力が回復するため、キャビテーション気泡が崩壊し、シート部２０１ａ付近が損傷を受けてしまう虞がある。これに対し、シート部２０１ａと弁体２０２との間の隙間を狭くし漏れ流速が低下させる、または、隙間をなくすことにより、キャビテーション気泡の発生を抑制することにより、キャビテーション壊食を抑制することが可能である。

　図４の上部に弁機構２００の断面図を示し、より詳細に説明する。下部には枠線で囲ったシート部２０１ａ近傍の拡大断面図を示した。ボール状の弁体２０２とシート面２０１に形成された円錐状の斜面が接触し、線状のシート部２０１ａとそれに対抗する弁側シート部２０１ｂを形成する。シート部２０１ａを挟んで、図中下側が上流側であり、弁体２０２を開弁させる方向に設定吐出圧力が作用している。これに対抗して、下流側からはリリーフばね２０４の荷重により開弁圧力が設定されている。開弁圧力と設定吐出圧力の差分により弁体２０２はシート面２０１に押し付けられ、シート部２０１ａに接触面圧が発生する。両者の差分が十分でない場合、接触面圧も不十分であり燃料漏れが発生してキャビテーション壊食が発生する可能性がある。キャビテーション壊食の程度は燃料圧力の増加にともない、その悪化が顕著となるため、設定吐出圧力を３０ＭＰａ未満としていた従来に比べ、３５ＭＰａへと高圧化した際に特に顕在化した課題である。

　図５に従来の弁機構２００のシート面２０１周辺を下流側から見た拡大図を示す。なお、以降では弁体２０２の表面は理想的な平滑面とし、シート面２０１側の形状に着目して説明するが、弁体２０２側も同様の形状を持ち、それらの組み合わせにより隙間が形成される場合も考えられる。シート部２０１ａ周辺には、製作方法に応じた表面性状に起因する微小な凹凸が存在している。弁体２０２とシート面２０１が接触した状態でも、これら凹凸によってシート部２０１ａと弁側シート部２０１ｂの間には微小な隙間が残る場合がある。このため、シート面２０１と弁体２０２の間に所定値以上の接触面圧を発生させ、微小な凹凸を変形させて隙間断面積を低減することで漏れを低減する必要がある。ここで、シート面２０１と平行で、かつ弁体２０２の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向とし、シート面２０１と平行で、かつ前記流れ方向と直交する方向を流れ直交方向とする。また、凹凸を燃料の流れ方向と流れ直交方向に分類し、流れ直交方向の凹凸を２０１ｃ、流れ垂直方向の凹凸を２０１ｄとする。このうち、流れ直交方向の凹凸２０１ｃの形状が漏れ量に対して支配的な影響を持つが、従来は製作方法の関係から、流れ方向の凹凸２０１ｄよりも流れ直交方向の凹凸２０１ｃの方が大きくなっていることが多く、隙間断面積を低減するために多くの接触面積を必要とするという課題があった。一方、シート面２０１と弁体２０２の表面を平滑にするため、表面粗さなどの幾何公差範囲を一括して狭めると製造コストが増加し好ましくない。

　そこで本実施例では、漏れ量に支配的な影響を与える流れ直交方向の凹凸２０１ｃにより形成される隙間断面積を、流れ方向の凹凸２０１ｄにより形成される隙間断面積よりも小さくなるように構成する。つまり、流れ方向とシート面２０１に対し垂直方向とを通る断面図の単位領域において、着座領域に形成される凹部の断面積が、流れ直交方向とシート面２０１に対し垂直方向とを通る断面図の単位領域において、着座領域に形成される凹部の断面積より大きく形成される。ここで、着座領域とは、弁体２０２がシート面２０１に着座する領域のことをいい、例えば、シート部２０１ａにおいて、シート部２０１ａからの流れ方向又は流れ直交方向の長さが弁体２０２の半径の領域である。また、単位領域は、前記流れ方向又は前記流れ直交方向の長さが前記弁体の半径としてもよい。

　図６に表面形状の概念図を示す。便宜上、三角錐による凹凸形状が規則的に配置されているが、凹凸形状はこの三角錐に限定されるものではなく、配列が不規則である場合も考えられる。ここで、従来は比較的小さかった流れ方向の凹凸２０１ｄはそのまま維持し、漏れに対して支配的な影響を与える流れ直交方向の凹凸２０１ｃのみを小さくすると、凹凸自体が低減され、より燃料漏れ低減の効果が期待できる。さらにこれらの形状を、それぞれ流れ直交方向に計測した第１表面粗さと、流れ方向に計測した第２表面粗さで代表させ、第1表面粗さを第2表面粗さに対して小さくすることでも同様の効果を期待することができる。

　こうすることで、従来に比べて容易に燃料漏れを低減し、ひいてはキャビテーション壊食を抑制することが期待される。合わせて、必要以上の公差改善が要求されないため、製造コストの低減が期待できる。

　なお、第１表面粗さ及び第２表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Rz)等によって測定される。

　以下、算術平均粗さ(Ra)及び最大高さ(Rz)の測定方法について説明するが、本実施例の測定方法はこれに限定されない。算術平均粗さ(Ra)は、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さLだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にx軸を、縦倍率の方向にy軸を取り、粗さ曲線をy=f(x)で表したときに、以下の式(1)によって求められる値をいう。

粗さ曲線は、接触式粗さ計や3次元レーザー測定等により測定する。基準長さＬは、弁体の半径としてもよい。

　最大高さ(Rz)は、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の方向に測定した値をいう。また、最大高さ(Rz)は、シート面の弁体が着座する着座領域に形成されている凹部のうち最も深い位置を最深部としたとき、最深部とシート面との最短距離と定義してもよい。
そして、本実施例の弁機構２００は、弁体２０２が着座することで流路を閉弁するシート面２０１と、弁体２０２をシート面２０１に向かって付勢するばね２０４と、を備えている。そして、弁機構２００は、シート面２０１と平行で、かつ弁体２０２の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向とし、シート面２０１と平行で、かつ流れ方向と直交する方向を流れ直交方向とした場合に、シート面２０１における流れ方向の第１表面粗さが、流れ直交方向の第２表面粗さよりも大きく形成される。

　ここで、シート面２０１における流れ方向の第１表面粗さが、流れ直交方向の第２表面粗さよりも小さく形成されていると、燃料が流れ方向に流れやすくなり、特に吐出圧力が高圧の場合において、燃料漏れが生じてしまう。この燃料漏れが発生するとシート部２０１ａ付近で流速が速くなり気泡が発生し、シート部２０１ａ付近でキャビテーション壊食が生ずる虞がある。これに対し本実施例の上記構成によれば、流れ直交方向に燃料が流れやすくなる一方で、流れ方向へ燃料が流れづらくなるため、シート面２０１における燃料漏れを低減することができる。したがって、燃料漏れが低減されることにより、キャビテーション壊食の発生を抑制することが可能となる。

　なお、上記したように第１表面粗さ及び第２表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Rz)等によって測定されることが望ましい。

　本発明の第２の実施例について、図７を用いて説明する。図７はシート面２０１周辺を下流側から見た拡大図であり、シート部２０１ａを理想的な平滑円錐面、弁側シート部２０１ｂを理想的な平滑球面とした場合の理想接触線に対して、シート部２０１ａがうねりを持っていた場合を示している。この場合の理想接触線との差分を真円度とすると、流れ方向に計測した表面粗さよりも真円度を小さくすることで、流れ直交方向の凹凸２０１ｃを小さくした場合と同様の効果を期待することができる。

　つまり、本実施例の弁機構は、弁体２０２が着座することで流路を閉弁するシート面２０１と、弁体２０２をシート面２０１に向かって付勢するばね２０４と、を備えている。そして、弁機構２００は、シート面２０１と平行で、かつ弁体２０２の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向とした場合に、シート面２０１における流れ方向の第１表面粗さが、弁体軸方向からみた場合の弁体２０２とシート面２０１とが接触する接触線の真円度よりも大きく形成される。

　弁機構２００の製造において、シート面２０１を形成する際に、弁機構２００を冶具で固定して行う場合に、治具のぶれ等の理由により、シート面２０１の表面において流れ直交方向にうねりが生じてしまうことがある。ここで、真円度を「シート部２０１ａを理想的な平滑円錐面、弁側シート部２０１ｂを理想的な平滑球面とした場合の理想接触線との差」と定義すると、上記したうねりが大きい場合に真円度が大きくなる。そして、シート面２０１における流れ方向の第１表面粗さが、弁体２０２とシート面２０１とが接触する接触線の真円度よりも小さく形成されていた場合、燃料が流れ方向に流れやすくなり、特に吐出圧力が高圧の場合において、燃料漏れが生じてしまう。漏れが発生するとシート部２０１ａ付近で流速が速くなり気泡が発生するため、シート部２０１ａ付近でキャビテーション壊食が発生する虞がある。

　そこで、本実施例では、上記構成により、流れ方向に対して垂直な方向に燃料が流れやすくなり、燃料が流れ方向に流れづらくなるため、シート面２０１における燃料漏れを低減することができる。よって、燃料漏れが低減されることにより、キャビテーション壊食を防ぐごとができる。なお、真円度の定義は、「接触線において前記弁体の重心から最短距離となる位置を接触線第一部とし、接触線において弁体の重心から最遠距離となる位置を接触線第二部とし、前記真円度は、弁体軸方向からみて、弁体軸を中心として接触線第一部を通る円の半径と、弁体軸を中心として前記接触線第二部を通る円の半径との差」としてもよい。

　シート部２０１ａがうねりに加えて、さらに微小な凹凸を持っている場合を想定し、実施例１で示した流れ直交方向に計測した表面粗さと真円度の合計値で、流れ直交方向の凹凸２０１ｃの大きさを代表させてもよい。このようにすることで、実施例１に示した凹凸形状を、より図面に反映させやすい寸法値で規定することができ、実施例１、２と比較してキャビテーション壊食の抑制効果を向上することができる。

　つまり、本実施例の弁機構は、弁体２０２が着座することで流路を閉弁するシート面２０１と、弁体２０２をシート面２０１に向かって付勢するばね２０４と、を備えている。そして、弁機構２００は、シート面２０１と平行で、かつ弁体２０２の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向とした場合に、シート面２０１における流れ方向の第１表面粗さが、シート面２０１における流れ直交方向の第２表面粗さと、弁体軸方向からみた場合の弁体２０２とシート面２０１とが接触する接触線の真円度との和よりも大きく形成される。

　シート面２０１の表面において、弁体２０２とシート面２０１とが接触する接触線の真円度と流れ直交方向の第２表面粗さとが、それぞれ流れ方向の第１表面粗さよりも小さく形成されていたとしても、真円度と第２表面粗さの合計値が第１表面粗さよりも大きく形成されていたとすると、燃料は流れ方向に流れやすくなってしまう場合がある。この場合、燃料が流れ方向に流れやすくなり、特に吐出圧力が高圧の場合において、燃料漏れが生じてしまう。漏れが発生するとシート部２０１ａ付近で流速が速くなり気泡が発生し、シート部２０１ａ付近でキャビテーション壊食が生じる虞がある。

　これに対して、本実施例の上記構成によれば、流れ方向に対して垂直な方向に燃料が流れやすくなり、燃料が流れ方向に流れづらくなるため、シート面２０１における燃料漏れを低減することができる。また、燃料漏れが低減されることにより、キャビテーション壊食の発生を抑制することができる。

　なお、燃料を加圧する加圧室と、前記加圧室の下流側の吐出通路の燃料を前記加圧室、又は低圧通路に戻すリリーフ弁機構とを備えた燃料供給ポンプに、本実施例の弁機構２００を適用することができる。これにより、燃料漏れが低減され、キャビテーション壊食の発生が抑制された燃料ポンプを提供することができる。

　また、上記したように、本実施例はリリーフ弁機構の他に、燃料供給ポンプの性能を満たすための機能部品、例えば、電磁吸入弁機構３００や吐出弁機構８に対しても適用可能であり、その他、上記以外の機能部品においても適用可能である。

　以上で、実施例に関する説明を終えるが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく幅広く変形して、実施することができる。例えば、上記実施形態は燃料供給ポンプに本発明を適用したものであるが、逆止弁を要する油圧機器に適応してもよい。燃料供給ポンプ内における機能部品の配置位置や配置方法においても、上記実施形態の例示に限るものではない。

１…ポンプボディ、
２…プランジャ、
６…シリンダ、
７…シールホルダ、
８…吐出弁機構、
２００…弁機構、
２０１…シート面
２０１ａ…シート部、
２０１ｂ…弁側シート部、
２０１ｃ…流れ直交方向の凹凸、
２０１ｄ…流れ方向の凹凸、
２０２…弁体、
２０３…弁ホルダ、
２０４…ばね、
２０５…ばねストッパ、
２０６…弁体軸、
３００…電磁吸入弁機構。

Claims

　弁体が着座することで流路を閉弁するシート面と、
　前記弁体を前記シート面に向かって付勢するばねと、を備える弁機構において、
　前記シート面と平行で、かつ前記弁体の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向と　し、前記シート面と平行で、かつ前記流れ方向と直交する方向を流れ直交方向とした場合に、
　前記シート面における前記流れ方向の第１表面粗さが、
　前記流れ直交方向の第２表面粗さよりも大きく形成される弁機構。
　弁体が着座することで流路を閉弁するシート面と、
　前記弁体を前記シート面に向かって付勢するばねと、を備える弁機構において、
　前記シート面と平行で、かつ前記弁体の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向とした場合に、
　前記シート面における前記流れ方向の第１表面粗さが、
　弁体軸方向からみた場合の前記弁体と前記シート面とが接触する接触線の真円度よりも大きく形成される弁機構。
　請求項２に記載の弁機構であって、
　前記シート面と平行で、かつ前記流れ方向と直交する方向を流れ直交方向とした場合に、
　前記第１表面粗さは、前記シート面における前記流れ直交方向の第２表面粗さと、前記真円度の和よりも大きく形成される弁機構。
　請求項２又は３に記載の弁機構であって、
　前記接触線において前記弁体の重心から最短距離となる位置を接触線第一部とし、
　前記接触線において前記弁体の重心から最遠距離となる位置を接触線第二部とし、
　前記真円度は、弁体軸方向からみて、弁体軸を中心として前記接触線第一部を通る円の半径と、弁体軸を中心として前記接触線第二部を通る円の半径との差である弁機構。
　請求項１乃至４のいずれかに記載の弁機構であって、
　前記シート面は、弁体が着座する着座領域に凹部が形成されており、
　前記凹部のうち最も深い位置を最深部とすると、
　前記第１表面粗さは、前記最深部とシート面との最短距離で定義される弁機構。
　弁体が着座することで流路を閉弁するシート面と、
　前記弁体を前記シート面に向かって付勢するバネと、を備える弁機構において、
　前記シート面と平行で、かつ前記弁体の径方向内側から外側に向かう方向を流れ方向とし、
　前記シート面と平行で、かつ前記流れ方向と直交する方向を流れ直交方向とした場合に、
　前記流れ方向と前記シート面に対し垂直方向とを通る断面図の単位領域において、
　着座領域に形成される凹部の断面積が、前記流れ直交方向と前記シート面に対し垂直方向とを通る断面図の単位領域において、前記着座領域に形成される凹部の断面積より大きく形成される弁機構。
　請求項６に記載の弁機構であって、
　前記単位領域は、前記流れ方向又は前記流れ直交方向の長さが前記弁体の半径である弁機構。
　燃料を加圧する加圧室と、
　前記加圧室の下流側の吐出通路の燃料を前記加圧室、又は低圧通路に戻すリリーフ弁機構と、を備えた燃料供給ポンプにおいて、
　前記リリーフ弁機構は、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の弁機構により構成された燃料供給ポンプ。