(57)【要約】【課題】弁体の応答性を維持し、意図しないタイミングでの吸入弁の閉弁が抑制することが可能な高圧燃料ポンプを提供する。【解決手段】高圧燃料ポンプは、シート部材と、シート部材と接触する弁体と、前記弁体の加圧室側への移動を規制するストッパと、前記ストッパの外周壁とバルブハウジングの内周壁との間に形成される流路と、前記流路と、前記弁体の加圧室側でストッパ内部に形成されるストッパ内部空間とを連通する連通路とを備え、前記流路は、前記連通路の外周側に形成されるとともに、加圧室側に向けて流路面積が大きくなるように形成されることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート部材と、 
シート部材と接触する弁体と、 
前記弁体の加圧室側への移動を規制するストッパと、 
前記ストッパの外周壁とバルブハウジングの内周壁との間に形成される流路と、 
前記流路と、前記弁体の加圧室側でストッパ内部に形成されるストッパ内部空間とを連通する連通路とを備え、 
前記流路は、前記連通路の外周側に形成されるとともに、加圧室側に向けて流路面積が大きくなるように形成されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。 
【請求項２】
請求項１において、前記連通路が、前記弁体または前記ストッパに配置され、前記弁体とストッパとの間に隙間を形成する突起に配置されることを特徴とする高圧燃料ポンプ。 
【請求項３】
請求項１または２において、前記流路は、前記連通路の外周側に形成される流路の断面積Ｓ１より大きい断面積を、加圧室側に向けて少なくとも一つ有することを特徴とする高圧燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関の燃料噴射弁に燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプに係り、特に、吐出する燃料の量を調節する電磁吸入弁を備えた高圧燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を燃焼室内部へ噴射する直接噴射タイプにおいて、燃料を高圧化し所望の燃料流量を吐出する電磁吸入弁を備えた高圧燃料ポンプが広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、吸入弁のストッパは、容積室と容積室外部を連通する連通路を有し、これにより、弁部材の応答性を高めることができる。また、特許文献２では、予期しないタイミングで吸入弁が閉弁してしまう現象の発生を防ぐために、ストッパと弁体との間には前記弁体が全開位置に移動したときに接触する接触面を形成する環状突起部と環状突起部の外周に位置する環状の空隙部とを形成した。環状突起部の外周側に位置する環状空隙内の圧力は、燃料加圧室の圧力上昇に伴って低圧燃料通路側の圧力よりも高くなり、かくして環状空隙は弁体の閉弁運動を助ける効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６７８０６４号公報
【特許文献２】特開２０１２−８２８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２はいずれも弁体の挙動を改善するためになされた発明である。しかしこれまで以上にポンプを大流量化する際には、意図しないタイミングで吸入弁が閉弁してしまう現象がより低いエンジン回転数で発生してしまい、高圧燃料ポンプの流量制御可能限界回転数が低下しやすい。
【０００６】
本発明の目的は、弁体の応答性を維持し、意図しないタイミングでの吸入弁の閉弁を抑制することが可能な高圧燃料ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高圧燃料ポンプは、シート部材と、シート部材と接触する弁体と、前記弁体の加圧室側への移動を規制するストッパと、前記ストッパの外周壁とバルブハウジングの内周壁との間に形成される流路と、前記流路と、前記弁体の加圧室側でストッパ内部に形成されるストッパ内部空間とを連通する連通路とを備え、前記流路は、前記連通路の外周側に形成されるとともに、加圧室側に向けて流路面積が大きくなるように形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ポンプを大流量化した際でも、弁体の応答性を維持し、意図しないタイミングでの吸入弁の閉弁を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの構成図。
【図２】本発明の高圧燃料供給ポンプの縦断面図。
【図３】本発明の高圧燃料供給ポンプの吸入弁の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の高圧燃料ポンプは、シート部材と、シート部材と接触する弁体と、弁体の加圧室側への移動を規制するストッパと、ストッパの外周壁とバルブハウジングの内周壁との間に形成される流路と、流路と、弁体の加圧室側でストッパ内部に形成されるストッパ内部空間とを連通する連通路とを備え、流路は、連通路の外周側に形成されるとともに、加圧室側に向けて流路面積が大きくなるように形成されている。
【００１１】
ストッパ内部空間と流路を連通する連通路を配置する。流路は、ストッパ外壁とバルブハウジング内壁との間に形成されている。流路は、加圧室に向けて、流路面積が大きくなるように形成されている。これにより、ストッパ内部空間の内部圧力が低下し、弁体が意図せずに閉弁することを抑制し、弁体の応答性（動作ばらつき）を改善できる。 
ストッパと弁体の間に隙間を形成するための突起を、ストッパまたは弁体に配置してもよい。連通路は、突起に溝を形成して配置してもよい。これにより、閉弁の応答性や安定動作と、意図しない閉弁の抑制を両立することができる。
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明に係る一実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１に示す燃料供給システムの全体構成の模式図と、図２に示す断面図を用いて燃料供給システムの構成と動作を説明する。
【００１４】
図１は、模式図の破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプ（以下、高圧ポンプ）本体を示し、この破線の中に示されている機構・部品は高圧ポンプ本体１に一体に組み込まれていることを示す。
【００１５】
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）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、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。
【００１６】
吸入ジョイント１０ａを通過した燃料は圧力脈動低減機構９、吸入ポート１０ｄを介して容量可変機構を構成する電磁吸入弁３００の吸入ポート３１ｂに至る。
【００１７】
電磁吸入弁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、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部から燃料を吸入し、上昇行程には、燃料が加圧され、吐出弁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、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。高圧ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁吸入弁への信号により、所望の供給燃料となるよう燃料流量を吐出する。
【００１８】
一般に高圧ポンプはポンプ本体１に設けられたフランジ１ｅを用い内燃機関のシリンダヘッドの平面に密着し、複数のボルトで固定される。取付けフランジ１ｅは溶接部１ｆにてポンプ本体１に全周を溶接結合されて環状固定部を形成している。シリンダヘッドとポンプ本体１間のシールのためにＯリング６１がポンプ本体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】
ポンプ本体１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、内部に加圧室１１を形成するよう端部が有底筒型状に形成されたシリンダ６が取り付けられている。さらに加圧室１１は燃料を供給するための電磁吸入弁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に連通するよう、外周側に環状の溝６ａと、前記環状の溝と加圧室とを連通する複数個の連通穴６ｂが設けられている。
【００２０】
シリンダ６はその外径において、ポンプ本体１と圧入固定され、ポンプ本体１との隙間から加圧した燃料が低圧側に漏れないよう圧入部円筒面でシールしている。また、シリンダ６の加圧室側外径に小径部を有し、加圧室１１の燃料が加圧されることによりシリンダ６が低圧燃料室１０ｃ側に力が作用するが、ポンプ本体１に小径部１ａを設けることで、シリンダ６が低圧燃料室１０ｃ側に抜けることを防止している。お互いの面を軸方向に平面に接触させることで、ポンプ本体１とシリンダ６との前記接触円筒面のシールに加え、二重のシールの機能をも果たす。
【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にてタペットに圧着されている。これによりカムの回転運動に伴い、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おり、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）がポンプ本体１の内部に流入するのを防止する。
【００２３】
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、低圧燃料通路１０ｄを介して電磁吸入弁３００の吸入ポート３１ｂに至る。
【００２４】
図２には示されていないが、加圧室１１の出口には吐出弁機構８が設けられている。吐出弁機構８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８ｂのストローク(移動距離)を決めるストッパ８ｄから構成され、吐出弁ストッパ８ｄとポンプ本体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。
【００２５】
加圧室１１と吐出ポート１２に燃料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、吐出ポート１２の燃料圧力よりも大きくなった時に始めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁し、加圧室１１内の燃料は吐出ポート１２、燃料吐出通路１２ｂ、燃料吐出口１２を経てコモンレール２３へと高圧吐出される。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。
【００２６】
カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３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１０ｄの圧力よりも低くなると、吸入弁３０は開口状態にあるので、開口部を通り、加圧室１１に流入する。
【００２７】
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の開口部を通して吸入ポート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。
【００２８】
この状態で、ＥＣＵ２７からの制御信号が電磁吸入弁３００に印加されると、電磁コイル４３には電流が流れ、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ので、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入ポート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の上昇運動とともに上昇し、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁機構８を介して燃料の高圧吐出が行われ、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。
【００２９】
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、吸入ポート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、吸入ポート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。
【００３０】
以上の構成にすることで、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。
【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】
次に、図３を用いて、本発明における吸入弁の構造を説明する。図３の（ａ）には吸入弁付近の断面図、（ｂ）にはストッパ３２を弁体側から見た外見、（ｃ）にはストッパ３２を斜めから見たときの外見を示す。
【００３３】
吸入弁は主にシート部材３１と弁体３０とストッパ３２からなり、吸入ポート１０ｄから加圧室１１に至る吸入通路３０ｅに流れる燃料の流れを、弁体３０が開閉することで遮断する機能を有している。図３に示す弁体の位置が開弁位置であり、弁体３０とシート部材３１との間を燃料が流れることができる。既に説明した通り、ロッド付勢ばねは、無通電状態において吸入弁３０を開弁状態に維持するのに必要十分な付勢力を有するように設定され、図３における弁体３０はロッドの付勢力によってストッパ３２に付勢されている状態である。ストッパ３２の内部には内部空間３８が存在し、内部空間３８にはバネ３２ｅ（図３には示されていない）が収められている。バネ３２ｅは弁体３０を閉弁方向に付勢する力を発生し、前述したようにロッド３５が弁体３０から離れた際に、弁体３０を閉弁させる機能を有している。
【００３４】
内部空間３８は、開弁時に弁体３０によって密閉されてしまうと弁体の閉弁を著しく遅らせてしまうため、内部空間３８が完全に密閉空間にならないようにする必要がある。そこで本発明では、図３の（ａ）に示すように、弁体３０とストッパ３２の間に隙間３２ｃを形成し、隙間３２ｃと内部空間３８を繋ぐ連通路を設ける。具体的にはストッパ３２に突起部３２ｄを設け、弁体３０がストッパ３２に付勢されている状態では弁体３０は突起部３２ｄと接触し、突起部３２ｄ以外では隙間３２ｃを形成する構成にする。突起部はストッパ３２ではなく、弁体３０側に同様な突起部を設け隙間３２ｃを形成するようにしても良い。図３の（ｂ）、（ｃ）に示すように、この突起部３２ｄに凹み３９を設け、弁体３０が突起部３２ｄに接触している時でもストッパの内部空間３８と隙間３２ｃが凹み３９を通じて連通する構成にする。つまり、本実施例では凹み３９が連通路となり、内部空間３８が凹み３９の隙間３２ｃを通り、吸入通路３０ｅに繋がる構成となっている。ここで隙間３２ｃと吸入通路３０ｅとの交差点をAとした時に、図３に示すS1が吸入通路３０ｅのA地点での流路面積となる。ここで流路面積とは戻し工程において、加圧室からの逆流が流れる箇所の流路の断面図と定義し、隙間３２は逆流が流れる箇所ではないので流路面積に含めないとする。A地点での流路面積が、A地点より加圧室側にあるB地点での流路面積よりも小さくなるように、ストッパ３２の最外径を弁体３０の最外径と同じ、もしくは弁体３０の最外径より大きい構成にする。
【００３５】
本実施例では、弁体３０とストッパ３２との間には前記弁体３０が全開位置にあるときに接触する接触面を形成する突起部３２ｄと突起部の外周に位置する環状の隙間３２ｃとを形成した。これにより、弁体３０とストッパ３２は突起部のみで接触し、部材同士の接触面積を狭くすることができる。弁体とストッパの接触面積が大きいと、張り付き効果と呼ばれる現象が発生し、閉弁の際は弁体とストッパが張り付いたようになってしまい閉弁が遅くなったり、サイクルごとの挙動がバラついて不安定になってしまう。弁体とストッパの接触面積を小さくすることで、張り付き効果が抑制され、弁体の閉弁運動を助ける効果が有る。
【００３６】
また、本実施例では連通路によって内部空間３８と吸入通路３０ｅを繋ぐことで、弁体３０が閉弁する際には連通路を通じて内部空間３８へ燃料が流入する。内部空間３８へ燃料が流入することで、閉弁の際に内部空間３８内の圧力が著しく低下することなく、弁体がストッパから容易に離れることができる。その結果、弁体の閉弁の応答性を高める効果があり、所望のタイミングで弁体を閉弁させることができる。
【００３７】
また本実施例では突起部３２ｄに設けた凹み３９によって連通路を構成にすることで、戻し行程での内部空間３８の圧力をさげる作用がある。前述のとおり、戻し工程では加圧室１１から吸入通路３０ｅを通り吸入ポート１０ｄへと逆流の流れが発生し、この逆流により圧力勾配が発生し、吸入通路３０ｅでは加圧室側の圧力が高くなる。ここで、内部空間３８の圧力は、連通路ないし隙間と吸入通路３０ｅとの交差点付近の圧力と一致することを発明者らの研究で発見した。したがって、圧力分布が低い箇所に吸入通路３０ｅとの交差点を設けることで内部空間３８の圧力を下げることができる。本実施例では、図３のAに示す箇所が隙間３２ｃと吸入通路３０ｅとの交差点となり、A地点での圧力と内部空間３８の圧力が一致する。図３のA地点での吸入通路３０ｅの流路面積S１を、B地点付近での流路面積よりも狭くすることで、A地点での流速が上がり、ベルヌーイの定理によりA地点での圧力が下がる。A地点での圧力が下がることで、A地点と連通路で繋がっている内部空間３８の圧力も下がる。
【００３８】
戻し工程で内部空間３８の圧力が下がることで、ポンプの流量制御可能限界回転数の低下を抑制する効果が得られる。前述のとおり、ポンプを大流量化した際には意図しないタイミングで吸入弁が閉弁してしまう現象が発せしてしまう。この現象は速い流速により、吸入通路３０ｅでは圧力損失による圧力勾配が発生し、加圧室側の圧力が上昇することで弁体３０に閉弁方向の力が発生するためである。この時エンジン回転数が速い、または１サイクルあたりの流量が多いと、逆流の最大流速も速くなり、限界回転数を超えると吸入弁が意図しないタイミングで閉弁してしまう現象が発生する。弁体３０にかかる圧力は内部空間３８の圧力に依存し、内部空間３８の圧力を下げることで弁体３０にかかる力を低減することができる。これにより、ポンプの流量を増やしても、弁体３０にかかる圧力を低減することで弁が意図しないタイミングで閉弁してしまう現象の発生を抑制し、より高い回転数でもポンプの制御を可能にする。
【００３９】
従来技術では弁体の応答性、安定動作を確保する構造においては、意図しない閉弁が発生しやすくなり、また意図しない閉弁を抑制する構造では弁体の応答性、安定動作を維持することが難しく、両立ができなかった。本発明は弁体とストッパの間の突起部に連通路を構成することで、隙間や連通路の作用・効果を維持し、閉弁動作に関しては応答性と安定を確保できる。一方で戻し工程では、内部空間の圧力を下げることで意図しないタイミングでの閉弁の抑制をも可能にする。したがって、本実施形態に係る吸入弁構造によれば、所望のタイミングでの安定した閉弁を維持しながら、弁体とストッパの間に連通路を設けることで、意図しないタイミングでの閉弁の抑制を両立することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…ポンプ本体
２…プランジャ
６…シリンダ
７…シールホルダ
８…吐出弁機構
９…圧力脈動低減機構
１０ａ〜１０ｂ…低圧燃料吸入ポート
１１…加圧室
１２…燃料吐出口
１３…プランジャシール
３０…吸入弁弁体
３０ｅ…吸入通路（流路）
３１…吸入弁シート部材
３２…吸入弁ストッパ部材
３２ｃ…隙間
３２ｄ…突起部
３９…凹み（連通路）
４０…ロッド付勢ばね
４３…電磁コイル
５０…バルブハウジング
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…バルブホルダ
２０３…リリーフばね
２０４…ばねストッパ
３００…電磁吸入弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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