(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧室と、前記加圧室の吐出側に設けられた弁体と、前記弁体が着座する吐出弁シートと、を備え、前記吐出弁シートには、ボディに圧入結合するための圧入部と前記弁体に接触するシート面が備えられた、高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記圧入部の外径が、前記シート面から前記圧入部までに圧入方向に形成されている領域における外径に比べて小さく、かつ、前記シート面の外径よりも小さい
ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ
【請求項２】
請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記シート面の内径が前記圧入部の外径に比べて大きい
ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ
【請求項３】
請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記圧入部から前記シート面までに圧入方向に形成されている領域における内径が前記圧入部の内径と等しい
ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ
【請求項４】
請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記圧入部と前記シート面から前記圧入部までに圧入方向に形成されている領域における外径の２か所にて圧入結合を行う
ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ
【請求項５】
請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記吐出弁シートが前記シート面から前記圧入部にかけて、テーパー形状の内径が形成されている
ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ
【請求項６】
請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記吐出弁シートは、前記圧入部と前記シート面との間かつ前記シート面の内径よりも内側に圧入方向に対して交差する面となる段付き部を有し、
前記圧入部の外径は、前記段付き部の面の外径よりも小さい
ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに燃料を高圧で供給する高圧燃料供給ポンプに関し、特に吐出弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２０１５−８６６９９号公報（特許文献１）がある。この公報の段落００１６には、「加圧室１２を挟んで筒状の孔２００Ｈと対向する位置にはポンプボディ１の周壁から加圧室１２に向けて筒状の孔６０Ｈが設けられている。この筒状の孔６０Ｈには吐出弁ユニット６０が装着されている。吐出弁ユニット６０は先端にバルブシート（弁座）６１が形成され、中心に吐出通路となる通孔１１Ａを備えたバルブシート部材（弁座部材）６１Ｂを備える。バルブシート部材６１Ｂの外周にはバルブシート６１側周囲を包囲するバルブホルダー６２が固定されている。バルブホルダー６２内にはバルブ（弁体）６３とこのバルブ６３をバルブシート６１に押し付ける方向に付勢するばね６４が設けられている。筒状の孔６０Ｈの反加圧室側開口部はポンプボディ１にねじ締結で固定された吐出ジョイント１１が設けられている。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−８６６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術には次のような問題点があった。
高圧燃料供給ポンプの吐出弁は、加圧室にあるプランジャの上昇工程で加圧された燃料をコモンレールへ圧送するための逆止弁の機能を有しており、ポンプのボディ本体に圧入結合された吐出弁シートと吐出弁シートに着座する弁体から構成される。
その吐出弁シートが圧入結合した状態においては、弁体が着座する吐出弁シートのシート面の変形が大きく、シール性が悪化する現象が発生する。
【０００５】
そこで本発明は、高圧燃料供給ポンプにおいて、吐出弁シートが圧入結合した状態において発生するシート面の変形を低減し、良好なシール性を有する吐出弁機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明では、加圧室と、前記加圧室の吐出側に設けられた弁体と、前記弁体が着座する吐出弁シートと、を備え、前記吐出弁シートには、ボディに圧入結合するための圧入部と前記弁体に接触するシート面が備えられた、高圧燃料供給ポンプにおいて、前記圧入部の外径が前記シート面から前記圧入部までに圧入方向に形成されている領域における外径に比べて小さく、かつ、前記シート面の径よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、前記吐出弁シートが圧入結合した状態において発生する前記シート面の変形を低減することができる。
本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例において詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】高圧燃料供給ポンプが適用されたエンジンシステムの構成図を示す。
【図２】高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。
【図３】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。
【図４】高圧燃料供給ポンプの図２と別方向から見た縦断面図である。
【図５】高圧燃料供給ポンプの吐出弁機構の一例の水平方向断面図を示す。
【図６】実施例１の吐出弁機構８を示す水平方向断面図である。
【図７】実施例２の吐出弁機構８を示す水平方向断面図である。
【図８】実施例３の吐出弁機構８を示す水平方向断面図である。
【図９】実施例４の吐出弁機構８を示す水平方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず本発明の第一実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１に示すエンジンシステムの全体構成図を用いてシステムの構成と動作を説明する。破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプ（以下、高圧燃料供給ポンプと呼ぶ）の本体を示し、この破線の中に示されている機構・部品はポンプボディ１に一体に組み込まれていることを示す。
【００１２】
燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）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を通して高圧燃料供給ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。
【００１３】
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。
【００１４】
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。吐出弁機構８を介し、圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ燃料が圧送される。そしてＥＣＵ２７からの信号に基づきインジェクタ２４がエンジンへ燃料を噴射する。本実施例はインジェクタ２４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に適用される高圧燃料供給ポンプである。
【００１５】
高圧燃料供給ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁吸入弁機構３００への信号により、所望の供給燃料の燃料流量を吐出する。
【００１６】
図２は本実施例の高圧燃料供給ポンプの縦断面図を示し、図３は高圧燃料供給ポンプを上方から見た水平方向断面図である。また図４は高圧燃料供給ポンプを図２と別方向から見た縦断面図である。図５は吐出弁機構８の一例の断面図である。
【００１７】
本実施例の高圧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１ｅを用い内燃機関の高圧燃料供給ポンプ取付け部９０に密着し、複数のボルトで固定される。
【００１８】
高圧燃料供給ポンプ取付け部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。
【００１９】
ポンプボディ１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、ポンプボディ１と共に加圧室１１を形成するシリンダ６が取り付けられている。また燃料を加圧室１１に供給するための電磁吸入弁機構３００と加圧室１１から吐出通路に燃料を吐出するための吐出弁機構８が設けられている。
【００２０】
シリンダ６はその外周側においてポンプボディ１と圧入され、さらに固定部６aにおいて、ボディを内週側へ変形させてシリンダを図中上方向へ押圧し、シリンダ６の上端面で加圧室１１にて加圧された燃料が低圧側に漏れないようシールしている。すなわち、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
高圧燃料供給ポンプのポンプボディ１の側面部には吸入ジョイント５１が取り付けられている。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、燃料はここから高圧燃料供給ポンプ内部に供給される。吸入ジョイント５１内の吸入フィルタ５２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を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。
【００２４】
低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、圧力脈動低減機構９、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。
【００２５】
カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３の方向に移動して吸入行程状態にある時は、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。この行程で加圧室１１内の燃料圧力が吸入ポート３１ｂの圧力よりも低くなると、吸入弁３０は開口状態になる。燃料は吸入弁３０の開口部３０ｅを通り、加圧室１１に流入する。
【００２６】
プランジャ２が吸入行程を終了した後、プランジャ２が上昇運動に転じ圧縮行程に移る。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。ロッド付勢ばね４０は、無通電状態において吸入弁３０を開弁維持するのに必要十分な付勢力を有するよう設定されている。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３０ｅを通して吸入通路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。この行程を戻し行程と称する。
【００２７】
この状態で、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと呼ぶ）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。すると、磁気付勢力がロッド付勢ばね４０の付勢力に打ち勝ってロッド３５が吸入弁３０から離れる方向に移動する。よって、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入通路１０ｄに流れ込むことによる流体力により吸入弁３０が閉弁する。閉弁後、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し、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁機構８を介して高圧燃料の吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この行程を吐出行程と称する。
【００２８】
すなわち、プランジャ２の圧縮行程（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３００のコイル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い。すなわち、吸入通路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、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い。すなわち、吸入通路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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
低圧燃料室１０には高圧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減させる圧力脈動低減機構９が設置されている。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体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。
【００３１】
プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂを有し、プランジャ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。
【００３２】
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、高圧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。
【００３３】
図５は吐出弁機構８の一例を示す水平方向断面図である。吐出弁機構８は加圧室１１の出口に設けられており、吐出弁シート８ａ、吐出弁シート８ａと接離する弁体８ｂ、弁体８ｂを吐出弁シート８ａに向かって付勢する弾性部材８ｃ、弁体８ｂのストローク（移動距離）を決める吐出弁ストッパ８ｄから構成される。具体的には吐出弁シート８ａは弁体８ｂが着座するシート面８ｆとポンプボディ１に圧入される圧入部８ｇとが一体となって備わっている。吐出弁ストッパ８ｄとポンプボディ１は当接部８ｅで溶接により接合され燃料と外部を遮断している。弾性部材８ｃ及び弁体８ｂは加圧室１１に対して吐出弁シート８ａを基準として吐出通路１２の側に配置されている。
【００３４】
加圧室１１と吐出弁室１２ａに燃料差圧が無い状態では、弁体８ｂは弾性部材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、弁体８ｂは弾性部材８ｃに逆らって開弁する。そして、加圧室１１内の高圧の燃料は吐出弁室１２ａ、燃料吐出通路１２ｂ、燃料吐出口１２を経てコモンレール２３へと吐出される。弁体８ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ８ｄと接触し、ストロークが制限される。したがって、弁体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、弁体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、高圧燃料供給ポンプの効率低下が抑制できる。また、弁体８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、弁体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８ｄの外周面にてガイドしている。以上のようにすることで、吐出弁機構８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。
【００３５】
ここで、吐出弁シート８ａをポンプボディ１に圧入結合する際、弁体が着座するシート面８ｆの変形が大きく、シール性が悪化する現象が発生する。
【００３６】
ここでシート面８ｆの外径がポンプボディ１に圧入される圧入部の外径に対して等しいもしくは大きい場合には、圧入部８ｇの変形が吐出弁シート８ａのシート部８ｆに直接影響を与えるため、吐出弁シート８ａをポンプボディ１に圧入結合する際、シート面８ｆの変形が大きい。するとシート面８ｆに対して弁体８ｂがシールすることの妨げになるので、結果としてシール性が悪化する。
【００３７】
そこで以下においては図６を用いて、圧入結合する際、吐出弁シート８ａのシート面８ｆの変形を低減する吐出弁機構８を有する高圧燃料供給ポンプについて説明する。図６は実施例１の吐出弁機構８を示す水平方向断面図である。ここで図５と同じ符号については同じ意味を示すものとして説明を省略する。なお、ここでいうポンプボディ１は吐出弁シート８ａに圧入する構成を示しているが、吐出弁シート８ａを別部材に圧入してユニット化された吐出弁機構８として組み立てたうえでポンプボディ１に挿入されるものであっても良い。また、本実施例では弁体８ｂはポペット弁の形状をしているが、弁体の種類は問わない。本実施例の吐出弁機構８では圧入部８ｇの外径がシート面８ｆの外径に比べて小さい。そしてシート面８ｆから圧入部８ｇまでに圧入方向に形成されている領域における吐出弁シートａの外径も同様に圧入部８ｇより小さい。本実施例ではこの領域をシート部８ｉとする。圧入部８ｇの外径の縮小にともない、圧入部８ｇの剛性はシート部８ｉの剛性より低下する。そのため、吐出弁シート８ａをポンプボディ１に圧入結合した際に発生するシート面８ｆの変形を低減することができ、結果としてシール性が向上する。また、吐出弁シート８ａの圧入部８ｇは、シート面８ｆと同様にシール機能を有する。弁体８ｂが吐出弁シート８ａのシート面８ｆに接している際にも、圧入部８ｇから若干燃料が吐出弁室１２ａに流入する懸念がある。しかし、圧入部８ｇの外径がシート面８ｆの外径に比べて小さいため、圧入部８ｇからの燃料の漏れの懸念を低減することができる。
【００３８】
また本実施例ではポンプの組立工程においても有益である。シート面８ｆの内径が圧入部８ｇの内径に比べて大きい時、シート面８ｆと圧入部８ｇの内径が異なることにより、圧入方向に対して交差する面が形成される。本実施例ではこの面を段付き部８ｈと定義する。段付き部８ｈを押下することで、吐出弁シート８ａをポンプボディ１に圧入することが可能であり、ポンプボディ１に圧入結合することが容易となる。
【００３９】
なお、本実施例では、圧入部８ｇにおける圧入方向と交差する断面積がシート部８ｉにおける圧入方向と交差する断面積に比べて小さくなる。この場合にもシート部８ｉの剛性よりも圧入部８ｇの剛性が低いという理由で、吐出弁シート８ａとポンプボディ１との圧入結合の際に発生するシート面８ｆの変形は低減する。このため、本実施例の吐出弁機構８は良好なシール性を有する。
【実施例２】
【００４０】
図７に本発明の実施例２の吐出弁機構８の水平方向断面図を示す。実施例１と同じ符号については同じ意味を示すものとして説明を省略する。本実施例では圧入部８ｇの外径とシート部８ｊの外径の２か所にてポンプボディ１と圧入結合を行う吐出弁機構８である。ポンプボディ１と圧入結合する際、圧入部８ｇの外径及びシート部８ｉの外径の締め代を低減することができる。すなわち、吐出弁シート８ａとポンプボディ１との圧入結合の際、シート面８ｆの変形を低減し、シール性を向上させる。それに加えて、圧入部８ｇの外径とシート部８ｉの外径の２か所にて圧入した箇所で燃料漏れを防ぐため、圧入結合からの燃料の漏れの懸念を更に低減することができる。
【００４１】
また、プランジャ２の下降行程の際、加圧された燃料が吐出弁室１２ａから吐出弁機構８に流入し高い圧力が弁体８ｂに作用すると、弁体８ｂが加圧室１１側に移動する。この時、弁体８ｂを通じて高い圧力がシート面８ｆに加わるため、シート面８ｆは径方法に大きく広がり、シール性が失われる虞がある。しかし、本実施例の場合、圧入箇所が２か所あるため、弁体８ｂに高い圧力が作用した際にも、シート面８ｆが広がる動きが抑制される。すなわち、プランジャ２の下降行程の際に発生するシート面８ｆの変形を低減させることができる。
【実施例３】
【００４２】
図８に本発明の実施例３の吐出弁機構８の水平方向断面図を示す。実施例１と同じ符号については同じ意味を示すものとして説明を省略する。本実施例の吐出弁機構８では、シート部８ｉにおける内径が圧入部８ｇの内径と等しいことが特徴である。
【００４３】
圧入部８ｇとシート部８ｊにおいて内径が等しいため工数が減少し、内径が異なる形状に比べて簡単に製作することが可能である。したがって製造コストを安くすることができる。
【実施例４】
【００４４】
図９に本発明の実施例４の吐出弁機構８の水平方向断面図を示す。実施例１と同じ符号については同じ意味を示すものとして説明を省略する。本実施例の吐出弁機構８では、吐出弁シート８ａが圧入部８ｇからシート面８ｆにかけて、テーパー形状の内径が形成されていることが特徴である。
【００４５】
吐出弁シート８ａの内径を燃料が通過する際、内径が急激に変化していてエッジが存在すると、流体剥離が発生することがある。そして、燃料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。このキャビテーション気泡が崩壊する際のエネルギーにより、シート面８ｆが損傷するというキャビテーションエロージョンが発生する虞がある。この損傷が進行すると、弁体８ｂとシート面８ｆの間に隙間が生じ燃料を完全にシールすることができなくなる可能性がある。このため、吐出弁シート８ａの内径をテーパー形状にすることはキャビテーションエロージョン対策として有効である。
【符号の説明】
【００４６】
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
８ａ  吐出弁シート
８ｂ  弁体
８ｃ  弾性部材
８ｄ  吐出弁ストッパ
８ｅ  当接部
８ｆ  シート面
８ｇ  圧入部
８ｈ  段付き部
８ｉ  シート部
９  圧力脈動低減機構
１０ａ  低圧燃料吸入口
１１  加圧室
１２  燃料吐出口
１３  プランジャシール
３０  吸入弁
４０  ロッド付勢ばね
４３  電磁コイル
１００  圧力脈動伝播防止機構
１０１  弁シート
１０２  弁
１０３  ばね
１０４  ばねストッパ
２００  リリーフバルブ
２０１  リリーフボディ
２０２  バルブ
２０３  バルブホルダ
２０４  リリーフばね
２０５  ばねストッパ
３００  電磁吸入弁機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006596304.tif 000008
【図８】
0006596304.tif 000009
【図９】
0006596304.tif 000010