JP2019167897A - 燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】小型・低コストで過渡的圧力上昇の発生回数を低減させるリリーフ弁機構を有した燃料供給ポンプを提供することである。【解決手段】加圧室で加圧された燃料を吐出する吐出通路と、前記吐出通路と前記加圧室又は低圧通路とを繋ぐリリーフ通路と、前記リリーフ通路の流路を開閉するリリーフ弁と、軸方向に延びる中心軸に沿って配置されて前記リリーフ弁を保持するリリーフ弁ホルダと、を備え、前記リリーフ弁ホルダは、前記リリーフ弁が開弁した後に、前記リリーフ弁の閉弁方向への移動を規制する移動規制部を有する、ことを特徴とする。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に燃料を圧送する燃料供給ポンプに関する。

自動車の内燃機関の内、燃料を燃焼室内部へ直接的に噴射する直接噴射タイプの内燃機関において、燃料を高圧化し所望の燃料流量を吐出する燃料供給ポンプが広く用いられている。

このような燃料供給ポンプの背景技術の例として、特開２００９−１１４８６８号公報に記載の発明が知られている。特開２００９−１１４８６８号公報に記載の燃料供給ポンプのリリーフ弁構造は、高圧側から低圧側へと流体を流す燃料通路内において、燃料通路内に設けたリリーフ弁ハウジングと弁体押さえとの間の管状隙間が絞り効果を有するように構成されている。これにより、弁体押さえの高圧側と低圧側との間に発生する差圧によって弁体を開弁方向へ大きくストロークさせ、高圧配管の圧力を速やかに低下することができる。

また別の例として、特開２００９−６８４６２号公報に記載の発明が知られている。特開２００９−６８４６２号公報に記載の燃料供給ポンプのリリーフ弁構造は、開弁した弁体の閉弁方向への移動を規制するヒス機構を備えるように構成されている。これにより、開弁が維持され高圧配管の圧力を速やかに低下することができる。
燃料供給ポンプが記載されている。

特開２００９−１１４８６８号公報

特開２００９−６８４６２号公報

燃料供給ポンプのリリーフ弁は、直接噴射インジェクタの故障時などにコモンレール内の圧力が異常に上昇した場合において、開弁することで高圧配管内の圧力を逃がす役割を有する。一方、燃料供給ポンプが正常に作動している場合においては、リリーフ弁の開弁は流量低下を引き起こし、ポンプの圧送効率が低下してしまうため、リリーフ弁が開弁しないことが望ましい。リリーフ弁を開弁させないためには、リリーフ弁の開弁圧を高く設定する必要があるが、開弁圧を高く設定するとポンプ異常時の過渡的圧力が上昇する。

特開２００９−１１４８６８号公報や特開２００９−６８４６２号公報に記載の従来の構造では、燃料供給ポンプの１吐出毎にリリーフ弁は開閉弁動作を繰り返し、過渡的圧力上昇が繰り返し発生するため、疲労強度観点から高圧配管の剛性を上げる必要があった。

そこで本発明の目的は、小型・低コストで過渡的圧力上昇の発生回数を低減させるリリーフ弁機構を有した燃料供給ポンプを提供することにある。

上記した課題を解決するために本発明は、加圧室で加圧された燃料を吐出する吐出通路と、前記吐出通路と前記加圧室又は低圧通路とを繋ぐリリーフ通路と、前記リリーフ通路の流路を開閉するリリーフ弁と、軸方向に延びる中心軸に沿って配置されて前記リリーフ弁を保持するリリーフ弁ホルダと、を備え、前記リリーフ弁ホルダは、前記リリーフ弁が開弁した後に、前記リリーフ弁の閉弁方向への移動を規制する移動規制部を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、小型・低コストで過渡的圧力上昇の発生回数を低減させるリリーフ弁機構を有した燃料供給ポンプを提供することができる。

上記した以外の本発明の課題、構成、作用及び効果は、以下の実施例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。 参考例のリリーフ弁ホルダの詳細断面図である。 図６の参考例の圧力挙動である。 実施例１のリリーフ弁機構の閉弁時の詳細断面図である。 実施例１のリリーフ弁機構の開弁時の詳細断面図である。 実施例１の圧力挙動である。 実施例２のリリーフ弁ホルダの詳細図である。 実施例３のリリーフ弁機構の詳細図である。 実施例４のリリーフ弁機構の詳細図である。 実施例４のリリーフ弁機構の詳細図である。 実施例４のリリーフ弁機構の詳細図である。

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５は燃料供給ポンプ（高圧燃料ポンプ）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１のポンプボディ１ａ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１ａに一体に組み込まれていることを示す。

燃料タンク１０１の燃料は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０２からの信号に基づきフィードポンプ１０３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１０４を通して燃料供給ポンプの低圧燃料吸入口２ａに送られる。低圧燃料吸入口２ａから吸入ジョイント１７を通過した燃料は、圧力脈動低減機構３、吸入通路２ｂ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４に流入する。エンジンのカム１０５（図１参照）によりプランジャ５（図１参照）に往復運動する動力が与えられる。プランジャ５の往復運動により、プランジャ５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５００を介して圧力センサ１０７が装着されているコモンレール１０８へ圧送される。

コモンレール１０８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１１０（所謂、直噴インジェクタ）、圧力センサ１０７が装着されている。インジェクタ１１０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、ＥＣＵ１０２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１は、インジェクタ１１０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。

インジェクタ１１０の故障等によりコモンレール１０８に異常高圧が発生した場合、燃料供給ポンプ１の燃料吐出口２ｃの圧力と加圧室４の圧力との差圧がリリーフ弁機構６００の開弁圧力以上になると、リリーフ弁６１が開弁する。この場合、コモンレール１０８の異常高圧となった燃料がリリーフ弁機構６００の内部を通り、リリーフ通路６６から加圧室４へと戻される。これによりコモンレール１０８（高圧配管）を保護することが可能となる。

なお、リリーフ通路６６を低圧燃料室８（図１参照）に接続し、異常高圧となった燃料を低圧燃料室８又は吸入通路２ｂ等の低圧通路側へ戻す方式においても、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１７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１７がダンパカバー１６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１７は、車両の燃料タンク１０１からの燃料を供給する吸入配管１０４（低圧配管）に接続されており、吸入ジョイント１７の低圧燃料吸入口２ａから流入した燃料はポンプボディ１ａの内部に形成された低圧流路を流れる。ポンプボディ１ａに構成される燃料通路の入口部には、ポンプボディ１ａ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１０１から低圧燃料吸入口２ａまでの間に存在する異物が燃料供給ポンプ１内に流入することを防ぐ。

燃料は吸入ジョイント１７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３ａ、ダンパ下部３ｂにより形成される低圧燃料室８に流れる。低圧燃料室８はポンプボディ１ａに取り付けられたダンパカバー１６により覆われることで形成される。低圧燃料室８の圧力脈動低減機構３により圧力脈動が低減された燃料は吸入通路２ｂ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１ａ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１ａに形成された加圧室入口流路４ａを介して加圧室４に供給する。シリンダヘッド１１２とポンプボディ１ａとの間のシールのためにＯリング７がポンプボディ１ａ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１ａにはプランジャ５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１ａ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１ａ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１ａの平面に接触させることで、ポンプボディ１ａ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５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１０５の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ５に伝達するタペット１０が設けられている。プランジャ５はリテーナ１５を介してばね１２にてタペット１０に圧着されている。これによりカム１０５の回転運動に伴い、プランジャ５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１３の内周下端部に保持されたプランジャシール１４がシリンダ６の図中下方部においてプランジャ５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５が摺動したとき、副室１３ａ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１４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１ａ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１ａ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５００を取り付ける横穴と、さらにリリーフ弁機構６００を取り付ける横穴、及び、吐出ジョイント１８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４で加圧された燃料は吐出弁機構５００を介して吐出通路２ｇを流れ、吐出ジョイント１８の燃料吐出口２ｃから吐出される。

加圧室４の出口側に設けられた吐出弁機構５００（図２、３）は、吐出弁シート５１ａ、吐出弁シート５１ａと接離する吐出弁５１ｂ、吐出弁５１ｂを吐出弁シート５１ａに向かって付勢する吐出弁ばね５１ｃ、吐出弁プラグ５１ｄ、吐出弁５１ｂのストローク（移動距離）を決める吐出弁ストッパ５１ｅから構成される。吐出弁プラグ５１ｄとポンプボディ１ａとは溶接部７１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５１ａはポンプボディ１ａに対し、圧入部７２により接合される。

加圧室４の燃料圧力と吐出弁室２ｆの燃料圧力とに差圧が無い状態では、吐出弁５１ｂは吐出弁ばね５１ｃによる付勢力で吐出弁シート５１ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室４の燃料圧力が、吐出弁室２ｆの燃料圧力よりも大きくなった時に初めて、吐出弁５１ｂは吐出弁ばね５１ｃに逆らって開弁する。そして、加圧室４内の高圧燃料は吐出弁室２ｆ、吐出通路２ｇ、燃料吐出口２ｃを経てコモンレール１０８へと吐出される。吐出弁５１ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ５１ｅと接触し、ストロークが制限される。したがって、吐出弁５１ｂのストロークは吐出弁ストッパ５１ｅ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５１ｂの閉じ遅れにより、吐出弁室２ｆへ高圧吐出された燃料が、再び加圧室４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５１ｂが開弁および閉弁動作を繰り返すときに、吐出弁５１ｂ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５１ｅの外周面にて吐出弁５１ｂをガイドしている。

以上のように、加圧室４は、ポンプボディ１ａ、電磁吸入弁機構３００、プランジャ５、シリンダ６、吐出弁機構５００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１はポンプボディ１ａ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１１２の平面に密着し、図示しない複数のボルトで固定される。

リリーフ弁機構６００は、リリーフシート部材６２、リリーフ弁６１、リリーフ弁ホルダ６３、リリーフばね６４、及びリリーフばねストッパ６５で構成される。リリーフ弁機構６００は、コモンレール１０８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１０８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４または低圧通路（低圧燃料室８又は吸入通路２ｂ等）に戻すという役割を有する。このため、リリーフ弁機構６００は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であるリリーフばね６４を有している。リリーフばね６４によれば所定の圧力以下では閉弁状態を維持することができる。

図４を用いて電磁吸入弁機構３００について説明する。図４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。ＥＣＵ１０２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ロッド３５のフランジ部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が可動コア３６に係合して、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を有している。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１ａ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４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、吸入通路２ｂ及び加圧室入口流路４ａから加圧室４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４への流路を閉じ、また弁座３１ａから離れることで加圧室４への流路を開くように構成される。

図１のカム１０５の回転により、プランジャ５がカム１０５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４の容積は増加し、加圧室４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２ｂの圧力との合計が加圧室４内の燃料圧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５が下死点に達し吸入行程を終了すると、プランジャ５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４の容積は、プランジャ５の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度、加圧室４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２ｂへと戻されるので、加圧室４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３５ｂ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５が上昇しているので、加圧室４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４の燃料が加圧されて吐出弁室２ｆの燃料圧力と吐出弁ばね５１ｃによる付勢力との合計を上回ると、吐出弁５１ｂ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２ｂに戻される燃料が少なくなり、コモンレール１０８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２ｂに戻される燃料が多くなり、コモンレール１０８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、ＥＣＵ１０２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できる。

低圧燃料室８には燃料供給ポンプ１内で発生した圧力脈動が吸入配管１０４へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構３が設置されている。また、圧力脈動低減機構３の上下にはそれぞれ、間隔を持ってダンパ上部３ａ、ダンパ下部３ｂが設けられている。一度加圧室４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２ｂへと戻される場合、吸入通路２ｂへ戻された燃料により低圧燃料室８には圧力脈動が発生する。しかし、低圧燃料室８に設けた圧力脈動低減機構３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。

取付け金具３ｃは、圧力脈動低減機構３の金属ダンパをポンプボディ１ａの内周部に固定するための部材であり、燃料通路上に設置される。このため、ダンパとの支持部を全周では無く一部としており、取付け金具３ｃ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５は、大径部５ａと小径部５ｂとを有し、プランジャ５の往復運動によって副室１３ａの体積は増減する。副室１３ａは燃料通路２ｅ（図３参照）により低圧燃料室８と連通している。プランジャ５の下降時は、副室１３ａから低圧燃料室８へ、上昇時は、低圧燃料室８から副室１３ａ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。リリーフ弁機構６００は図２に示すように、リリーフシート部材６２、リリーフ弁６１、リリーフ弁ホルダ６３、リリーフばね６４、リリーフばねストッパ６５からなる。リリーフシート部材６２の内部に、リリーフ弁６１、リリーフ弁ホルダ６３、リリーフばね６４を順に挿入し、リリーフばねストッパ６５を圧入等で固定する。リリーフばね６４による押付力は、リリーフばねストッパ６５の位置によって規定する。リリーフ弁６１の開弁圧力はこのリリーフばね６４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リリーフ弁機構６００を、図１に示すようにポンプボディ１ａに圧入等で固定する。なお、図１ではユニット化されたリリーフ弁機構６００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。

図６は参考例のリリーフシート部材６２の詳細断面図である。

リリーフ弁６１はシート性の観点からボール弁が望ましく、リリーフ弁６１とリリーフばね６４との間には、リリーフ弁ホルダ６３が設置されている。リリーフ弁ホルダ６３は、ばねの押付力をリリーフ弁６１に伝達し、リリーフ弁６１を保持する役割を果たす。

リリーフシート部材６２及びリリーフ弁ホルダ６３のリリーフ弁６１と当接する部位には、リリーフ弁６１を保持するための円錐上の凹み形状を有している。リリーフ弁６１のリフト量は、リリーフ弁６１の前後差圧の状態で決定するため、流体力学上リフト量の計算が可能である。この参考例では、閉弁時におけるリリーフシート部材６２の平坦部６２ａからリリーフ弁６１の下端６１ａまでの距離Ｌをリフト量以上に設定しておくことで、リリーフシート部材６２からのリリーフ弁６１の脱落を防止している。

コモンレール１０８内の圧力が規定の圧力以上になると、リリーフ弁６１がリリーフシート部材６２から離れ、開弁するように設定している。この時の規定の圧力を開弁圧Ｐｓとする。

図７は、図６に示した参考例における圧力挙動を示す図である。

プランジャ５のリフト上昇に伴い、燃料供給ポンプ１は流量吐出する。吐出工程はプランジャ５が上死点に達して終了する。即ち、燃料供給ポンプ１はプランジャ５のリフトの周期に応じて、吐出有無を繰り返す。本吐出工程に伴い、コモンレール１０８内の圧力は上昇する。コモンレール１０８内の圧力が前述の開弁圧Ｐｓを超えると、リリーフ弁６１は開弁動作を開始する。リリーフ弁６１が開弁すると、コモンレール１０８内の流量がリリーフ弁６１を通過して下流側に流れるので、コモンレール１０８内の圧力はリリーフ弁６１の開弁動作に伴い低下する。

このとき、リリーフ弁６１の開弁動作には所定の応答遅れが生じるため、開弁動作開始前後で開弁圧Ｐｓよりも高い過渡的圧力Ｐｄが発生する。参考例では、図７に示す通り、プランジャ５のプランジャリフト１サイクル毎に発生しリリーフ弁６１が開閉弁動作を繰り返すため、前記過渡的圧力Ｐｄもプランジャリフト１サイクル毎に発生する。

一方、コモンレール１０８は圧力に比例した応力が発生する。そのため、コモンレール１０８は過渡的圧力Ｐｄが複数回発生しても耐えられるだけの疲労強度を有する必要があり、大型化及びコストアップするという課題がある。

図８は、本発明の実施例１のリリーフ弁機構６００の閉弁時の詳細断面図である。

図６に示した参考例と同様、実施例１のリリーフ弁機構６００は、リリーフ弁６１、リリーフばね６４、リリーフシート部材６２、及びリリーフ弁ホルダ６３で構成される。実施例１では、リリーフ弁ホルダ６３が、図６の参考例と異なる。リリーフ弁ホルダ６３は例えばステンレス製であり、ドリルや旋盤などにより加工される。

実施例１では、リリーフ弁ホルダ６３は、閉弁時のリリーフ弁６１を保持するための凹みである第１円錐形状６３Ａと、第１円錐形状６３Ａとは軸をずらした凹みである第２円錐形状６３Ｂと、を設けている。

図９は、本発明の実施例１のリリーフ弁機構６００の開弁時の詳細断面図である。

リリーフ弁６１が開弁し所定のリフト量を超過すると、第１円錐形状６３Ａからリリーフ弁６１が脱落し、第２円錐形状６３Ｂとリリーフシート部材６２のフラット面との間でリリーフ弁６１が保持される。リリーフばね６４の押付力は垂直方向に作用するため、一度図９に示す状態にリリーフ弁６１が保持されると、図８に示す閉弁状態に戻ろうとする荷重は作用せず、図９に示す状態が保持し続けられる。

すなわち図８に示すように、本実施例の燃料供給ポンプ１は加圧室４で加圧された燃料を吐出する燃料吐出口２ｃと、燃料吐出口２ｃと加圧室４又は低圧通路（低圧燃料室８又は吸入通路２ｂ等）とを繋ぐリリーフ通路６６と、リリーフ通路６６の流路を開閉するリリーフ弁６１と、を備え、リリーフ弁６１が開弁した後、閉弁方向への移動を規制する移動規制部（例えば第２円錐形状６３Ｂ）と、を備えた。この移動規制部は、リリーフ弁６１が開弁動作時に径方向外側にずれることで、その後、リリーフ弁６１の閉弁方向（径方向内側）への移動を規制するように構成されたものである。

また本実施例の燃料供給ポンプ１はリリーフ弁６１を保持するリリーフ弁ホルダ６３と、リリーフ弁ホルダ６３をリリーフ弁６１の下流側から上流側に向かって付勢するリリーフばね６４と、を備え、上記した移動規制部はリリーフ弁ホルダ６３により構成された（すなわちリリーフ弁ホルダ６３が移動規制部を有する。）。具体的にはリリーフ弁ホルダ６３は、閉弁時にリリーフ弁６１を保持する凹みである第１凹み部（第１円錐形状６３Ａ）（第１保持部）と、第１凹み部に対して径方向外側に中心軸がずれた凹みである第２凹み部（第２円錐形状６３Ｂ）（第２保持部）とを有し、第２凹み部（第２円錐形状６３Ｂ）は開弁時にリリーフ弁６１を保持するように構成された。この構成によれば、簡単な構成でリリーフ弁６１の閉弁方向への移動を規制することができる。

また本実施例の燃料供給ポンプ１はリリーフ弁ホルダ６３に形成された第１凹み部は円錐形状（第１円錐形状６３Ａ）であるとともに、第２凹み部は第１凹み部に対して径方向外側に中心軸がずれた位置に円錐形状（第２円錐形状６３Ｂ）で構成されている。なお、第１凹み部（第１円錐形状６３Ａ）及び第２凹み部（第２円錐形状６３Ｂ）は、下流に向かって径が小さくなる円錐形状により形成される。また第２凹み部（第２円錐形状６３Ｂ）の下流側先端部が第１凹み部（第１円錐形状６３Ａ）の下流側先端部よりも下流側に位置するように構成される。第１凹み部及び第２凹み部が円錐形状であることにより、加工が容易であるとともに、第１凹み部及び第２凹み部でリリーフ弁６１を確実に保持することができる。

実施例１における圧力挙動を図１０に示す。

燃料供給ポンプ１の流量吐出は、図７の参考例と同様、プランジャ５のプランジャリフトの周期に応じて、吐出有無を繰り返すが、リリーフ弁６１の開弁動作は前述の構造により、最初の１回のみとなる。その後は、開弁状態を保持し続けるため、過渡的応力Ｐｄの作用回数も１回のみとなる。したがって、コモンレール１０８に発生する応力の作用回数も１回のみとなり、コモンレール１０８の強度耐性を低減することが可能となる。即ち、コモンレール１０８は疲労強度観点ではなく、引張強度観点での設計が可能となる。

以下に本発明の実施例２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。

実施例２におけるリリーフ弁ホルダ６３の形状を図１１に示す。図１１（ａ）はリリーフ弁ホルダ６３の側断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）における下方から見たリリーフ弁ホルダ６３の底面図である。

実施例１では、軸をずらした円錐形状を２つ配置する構造としたが、実施例２では、円錐形状ではなく、溝状の凹みである第１溝形状６３ＡＡ及び溝状の凹みである第２溝形状６３ＢＢを有する。本発明は、実施例２の形状でも、実施例１と同様の機能を達成できる。第１溝形状６３ＡＡと第２溝形状６３ＢＢとの間にはテーパ部６３ＡＢを有する。第１溝形状６３ＡＡは閉弁時にリリーフ弁６１を保持し、第２溝形状６３ＢＢは開弁時にリリーフ弁６１を保持する。開弁時には、第２溝形状６３ＢＢとテーパ部６３ＡＢとでリリーフ弁６１を保持するものであってもよい。

すなわち、本実施例の燃料供給ポンプ１はリリーフ弁ホルダ６３を軸方向上流側から見て、リリーフ弁ホルダ６３に形成された第１凹み部は縦長の溝の第１溝形状６３ＡＡであるとともに、第２凹み部は縦長の溝の第２溝形状６３ＢＢである。第２凹み部（第２溝形状６３ＢＢ）は、第１凹み部（第１溝形状６３ＡＡ）に対して径方向外側に中心軸がずれた位置に縦長の溝で構成されたものである。これにより、実施例２の圧力挙動は、実施例１と同様に、図１０に示した挙動となる。第１凹み部及び第２凹み部が溝形状であることにより、加工が容易であるとともに、第１凹み部及び第２凹み部でリリーフ弁６１を確実に保持することができる。

以下に本発明の実施例３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１２は実施例３におけるリリーフ弁機構６００の閉弁時の詳細断面図である。

実施例１及び実施例２では、円錐形状の凹みや溝形状の凹みによりリリーフ弁６１を保持していたが、実施例３では、リリーフ弁ホルダ６３が、突起部であるピン形状６３Ｃを有する。本発明は、実施例３の形状でも、実施例１や実施例２と同様の機能を達成できる。

リリーフ弁ホルダ６３上の、リリーフシート部材６２の中心軸からオフセットした位置にピン形状６３Ｃを設けることで、開弁時の保持部はフラット形状６３Ｄとすることができる。本実施例の構造でも、実施例１及び実施例２と同様にリリーフ弁６１を保持することができ、閉弁状態ではピン形状６３Ｃにてリリーフ弁６１を保持し、開弁状態ではフラット形状６３Ｄにてボール弁であるリリーフ弁６１を保持することが可能である。

すなわち、本実施例の燃料供給ポンプ１において、上記した移動規制部は、リリーフ弁ホルダ６３の、リリーフ弁６１の中心軸から径方向外側にずれた位置に形成された突起部であるピン形状６３Ｃにより構成された。突起部（ピン形状６３Ｃ）は、閉弁状態においてリリーフ弁６１が閉弁するように閉弁方向に付勢し、開弁した後には、リリーフ弁６１が閉弁位置に対して径方向外側に移動した場合に、リリーフ弁６１の径方向内側への動きを突起部（ピン形状６３Ｃ）が規制するように構成されている。

なお、以上の実施例において、リリーフ弁６１が開弁した後に軸方向上流側（つまり閉弁方向）への動きはリリーフシート部材６２の底面により規制される。これにより、図１０に示す圧力挙動が達成可能となる。移動規制部が突起部（ピン形状６３Ｃ）であることにより、加工が容易であるとともに、突起部（ピン形状６３Ｃ）でリリーフ弁６１を確実に保持することができる。

以下に本発明の実施例４について図１３、図１４及び図１５を参照して説明する。上述の実施例１〜４と同一の内容については説明を省略する。

図１３（ａ）は、実施例４のリリーフ弁機構６００の側断面図である。図１３（ｂ）は、実施例４のリリーフ弁ホルダ６３を上流側から見た斜視図である。

本実施例では、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、リリーフ弁ホルダ６３に平面部６３Ｅが設けられている。平面部６３Ｅは閉弁状態においてリリーフ弁６１との接触部であり、開弁方向と直交する平面（又は開弁方向と直交する直線）に対して平行である。平面部６３Ｅよりも径方向外側には、開弁方向に凹む凹み部６３Ｆが形成されている。凹み部６３Ｆは、リリーフ弁６１を保持することでリリーフ弁６１の移動を規制する移動規制部である。また、凹み部６３Ｆよりも径方向外側には、閉弁方向に突出する凸部６３Ｇが形成されている。平面部６３Ｅによりリリーフ弁６１を閉弁状態で保持することができる。凹み部６３Ｆによりリリーフ弁６１を開弁状態で保持することができる。

また、リリーフ弁ホルダ６３の開閉弁方向の一端には平面部６３Ｅが設けられ、リリーフ弁ホルダ６３の開閉弁方向の他端には円柱形状の下流側ガイド部６３Ｈが設けられている。下流側ガイド部６３Ｈは円筒形状であってもよい。

閉弁時から、開弁してリリーフ弁６１が径方向外側へ移動するまでの状態を図１５（ａ）、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）に順に示す。

閉弁状態では、図１５（ａ）に示すように、リリーフ弁６１とリリーフシート部材６２が接触して燃料シールをしている。リリーフ弁６１のシート面より上流側（図の下側）の圧力が上昇し、リリーフばね６４による荷重を超えると、図１５（ｂ）に示すようにリリーフ弁６１とリリーフシート部材６２とが離れ、その間の隙間に燃料が流れる。

なお、図１３に示したリリーフ弁ホルダ６３の平面部６３Ｅは、開弁方向と直交する平面で構成しているが、本発明はこれに限られない。例えば、図１１に示した実施例２のテーパ部６３ＡＢと同様に、また、図１４（ａ）に示すように、リリーフ弁６１と接触する平面部６３Ｅ´は、開弁方向と直交する平面（又は開弁方向と直交する直線）に対して平行でない（傾斜を有する）ものであってもかまわない。ただし、この場合、閉弁時には、図１４（ｂ）に示すように、平面部６３Ｅ´が、開弁方向と直交する平面（又は開弁方向と直交する直線）に対して平行となる方向に傾き、これによりリリーフ弁ホルダ６３自体も傾き、リリーフばね６４の座面も傾く。リリーフばね６４の座面が傾くとリリーフばね６４のたわみ量に偏りが生じて荷重がばらつき、開弁時の圧力がばらつくことになる。通常運転時における高圧側の圧力変動範囲では開弁してはならないので、開弁すべき圧力下限は通常運転時の最大圧力Ｐｓ（１）（もしくはそれ以上）に定まる。リリーフばね６４から受ける荷重バラツキによる開弁圧力のバラツキ分をＰｓｈとし、開弁圧の狙いをＰｓｔとすると、Ｐｓｔ＝Ｐｓ（１）＋Ｐｓｈとなり、ばらつきＰｓｈが増加するほどＰｓｔが増加する。

また、平面部６３Ｅが開弁方向と直交する平面に対して平行であっても、リリーフばね６４自体の偏りや振動などにより、図１４（ｃ）に示すようにリリーフ弁ホルダ６３が傾く場合がある。リリーフ弁ホルダ６３の下流側（図１３（ａ）の上端）では、下流側ガイド部６３Ｈの外周面は、リリーフばねストッパ６５の内周面（ガイド部）と対向しており、リリーフ弁ホルダ６３が傾いた際に下流側ガイド部６３Ｈとリリーフばねストッパ６５とが接触する。リリーフばねストッパ６５の内周面（ガイド部）は、下流側ガイド部６３Ｈの外周面の動きを規制することでガイドする。また、リリーフ弁ホルダ６３の上流側では隙間部６３Ｇ´を挟んで対向するリリーフ弁ホルダ６３とリリーフシート部材６２とが接触する。このため、下流側ガイド部６３Ｈと隙間部６３Ｇ´の２点によりリリーフ弁ホルダ６３の傾き角が規制される。

隙間部６３Ｇ´のみでリリーフ弁ホルダ６３の傾きを規制する場合は、リリーフ弁ホルダ６３のうち隙間部６３Ｇ´の上流側・下流側の２点がリリーフシート部材６２と接触して傾き角が規制されるが、この２点の間隔では開弁方向の距離が短いため、大きな傾き角でしか規制することができない（規制できる傾き角が大きい。）。下流側ガイド部６３Ｈを、隙間部６３Ｇ´に対して開弁方向他端に設けることで、傾き規制のために接触する２点の開弁方向での距離を長くとることができる。このため、下流側ガイド部６３Ｈを設けることで、隙間部６３Ｇ´のみの場合と比べて、リリーフ弁ホルダ６３の傾き角が小さな傾き角でおさまるように規制することができる（規制できる傾き角を小さくできる。）。

以上から、平面部６３Ｅを開弁方向と直交する平面に対して平行とし、下流側ガイド部６３Ｈを設けることで、実施例２の効果に対して、さらに、図１０のＰｓを下げることができる。これによりＰｄを低減し、コモンレールの剛性を下げることができる。

ところで、開弁時の燃料の流速から式（１）に示すレイノルズ数が求まり、レイノルズ数が臨界レイノルズ数を超えると乱流となることが知られている。

ここで、Ｒ：レイノルズ数、ｑ：流速、Ｄｂ：球の直径、ν：動粘度である。

開弁時のレイノルズ数が十分に臨界レイノルズ数を超えるよう、リリーフ弁６１の球の直径Ｄｂを１ｍｍ以上とした。リリーフ弁６１の周囲の流れが乱流となると流速が乱れて周方向に均一とはならない。このため、リリーフ弁６１は下流側軸方向（図の上方向）へまっすぐには開弁せず、径方向外周側（図の左右方向）へも移動する。リリーフ弁６１が径方向外周側へ少しでも移動した後は、径方向外周側へ流れる周囲の燃料に押され、さらに径方向外周側へ荷重が加わる。

図１５（ｃ）に示すようにリリーフ弁ホルダ６３とリリーフシート部材６２との間の隙間である隙間部６７はリリーフ弁６１の直径Ｄｂを超えることが可能であり、隙間部６７がリリーフ弁６１の直径Ｄｂを超えると、リリーフ弁６１は隙間部６７を抜けてリリーフ弁ホルダ６３の凹み部６３Ｆへ到達する。すなわち、隙間部６７がリリーフ弁６１の直径Ｄｂを超えることで、リリーフ弁６１は閉弁方向への移動を規制される位置に達することが可能である。

隙間部６７はリリーフ弁６１の開弁方向への移動量であるリリーフ弁リフト量が大きくなるほど広がるため、一定以上のリリーフ弁リフト量となることが必要である。十分なリリーフ弁リフト量を得るため、凸部６３Ｇの径方向外側の外周面と、対向するリリーフシート部材６２の内径面で形成される隙間部６３Ｇ´は狭く、リリーフ弁ホルダ６３が流体抵抗を受けやすい構成とする。流体抵抗は受ける面積が広い方が大きくなるため、隙間部６３Ｇ´はリリーフ弁ホルダ６３の最外径部に設けられている。また、凸部６３Ｇを設けることで、省スペースで隙間部６３Ｇ´の開弁方向長さ（図の上下方向）を伸ばし、凸部６３Ｇが無い場合と比べて、流体抵抗を増加させる効果がある。

隙間部６３Ｇ´よりも径が小さい下流側ガイド部６３Ｈでは圧力損失が小さくなるよう、下流側ガイド部６３Ｈの流路面積は、隙間部６３Ｇ´の流路面積よりも広く設けられている。以上の構成により、高圧側と低圧側の差圧を十分に隙間部６３Ｇ´で受けて、リリーフ弁ホルダ６３を開弁方向へ大きくリフトさせる効果がある。

高圧側の圧力が解放されて下がると、リリーフばね６４の荷重によりリリーフ弁ホルダ６３が再び閉弁方向へ移動する。このとき、リリーフ弁６１は凹み部６３Ｆへ到達しているため、リリーフ弁ホルダ６３は隙間部６７がリリーフ弁６１の直径Ｄｂよりも狭くなるまで移動し、リリーフ弁６１は閉弁状態の位置に戻る方向への移動が規制される。これにより、図１０示す圧力挙動が達成可能となる。

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。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ａ…ポンプボディ、５…プランジャ、６…シリンダ、１３…シールホルダ、５００…吐出弁機構、６００…リリーフ弁機構、６１…リリーフ弁、６２…リリーフシート部材、６３…リリーフ弁ホルダ、６４…リリーフばね、６５…リリーフばねストッパ。

Claims (15)

1. 加圧室で加圧された燃料を吐出する吐出通路と、
   前記吐出通路と前記加圧室又は低圧通路とを繋ぐリリーフ通路と、
   前記リリーフ通路の流路を開閉するリリーフ弁と、
   軸方向に延びる中心軸に沿って配置されて前記リリーフ弁を保持するリリーフ弁ホルダと、を備え、
   前記リリーフ弁ホルダは、
   前記リリーフ弁が開弁した後に、前記リリーフ弁の閉弁方向への移動を規制する移動規制部を有する、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
   前記リリーフ弁は、開弁時に閉弁位置から径方向外側に移動可能であり、
   前記移動規制部は、前記リリーフ弁の径方向内側への移動を規制する、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
3. 請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
   前記リリーフ弁ホルダを、前記リリーフ弁の下流側から上流側に向かって付勢するリリーフばねを備える、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
4. 請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
   前記リリーフ弁ホルダは、閉弁時に前記リリーフ弁を保持する凹みである第１凹み部と、前記第１凹み部に対して径方向外側にずれた位置の凹みである第２凹み部と、を有し、
   前記移動規制部は、前記第２凹み部を有し、
   前記第２凹み部は、開弁時に前記リリーフ弁を保持する、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
5. 請求項４に記載の燃料供給ポンプにおいて、
   前記第１凹み部は、円錐形状の凹みであり、
   前記第２凹み部は、前記第１凹み部に対して径方向外側にずれた位置の円錐形状の凹みである、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
6. 請求項４に記載の燃料供給ポンプにおいて、
   前記第１凹み部は、溝形状の凹みであり、
   前記第２凹み部は、前記第１凹み部に対して径方向外側にずれた位置の溝形状の凹みである、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
7. 請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
   前記移動規制部は、閉弁時の前記リリーフ弁の位置に対して径方向外側にずれた位置の突起部を有する、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
8. 請求項７に記載の燃料供給ポンプにおいて、
   前記突起部は、閉弁状態の前記リリーフ弁を閉弁方向に付勢し、前記リリーフ弁が開弁した後に、前記リリーフ弁が閉弁時の位置から径方向外側に移動した場合に、前記リリーフ弁の径方向内側への移動を規制する、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
9. 請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
   前記リリーフ弁ホルダは、閉弁状態の前記リリーフ弁と接触する接触部を有し、
   前記接触部は、開弁方向と直交する平面を有する、
   ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
10. 請求項１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
    前記リリーフ弁ホルダは、閉弁状態の前記リリーフ弁と接触する接触部を有し、
    前記移動規制部は、前記接触部よりも径方向外側に位置する、
    ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
11. 請求項１０に記載の燃料供給ポンプにおいて、
    前記移動規制部は、前記接触部よりも開弁方向に凹む凹み部を有する、
    ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
12. 請求項１１に記載の燃料供給ポンプにおいて、
    前記リリーフ弁は、ボール弁であり、
    リリーフシート部材と前記リリーフ弁ホルダの径方向外側の対向面との間の隙間が、前記ボール弁の直径よりも大きく拡大可能である、
    ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
13. 請求項１２に記載の燃料供給ポンプにおいて、
    前記リリーフ弁ホルダは、前記凹み部の径方向外側に前記凹み部に比べて閉弁方向に突出する凸部を有し、
    前記凸部の径方向外側面は、前記リリーフシート部材の径方向内側面と対向する、
    ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
14. 請求項３に記載の燃料供給ポンプにおいて、
    前記リリーフばねを前記リリーフ弁ホルダと反対側で保持するリリーフばねストッパを備え、
    前記リリーフばねストッパは、径方向内側面に前記リリーフ弁ホルダの下流側の径方向外側面をガイドするガイド部を有する、
    ことを特徴とする燃料供給ポンプ。
15. 請求項１４に記載の燃料供給ポンプにおいて、
    前記リリーフばねストッパの径方向内側面と前記リリーフ弁ホルダの下流側の径方向外側面との間の流路面積は、前記リリーフ弁ホルダの最外径部とリリーフシート部材の径方向内側面との間の流路面積より広い、
    ことを特徴とする燃料供給ポンプ。

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