WO2021140829A1 - 吐出弁機構及びそれを備えた高圧燃料供給ポンプ - Google Patents
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- F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
Definitions
- the present invention relates to a discharge valve mechanism and a high-pressure fuel supply pump provided with the discharge valve mechanism.
- a high-pressure fuel supply pump for increasing the pressure of fuel is widely used.
- a discharge valve unit that constitutes a part of a high-pressure fuel supply pump, a seat member having a seat surface, a discharge valve member that comes into contact with and separates from the seat surface, and a discharge valve member that urges the discharge valve member toward the seat surface side.
- a simple configuration including a valve spring and a valve housing for accommodating these three members has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
- the valve housing of the discharge valve unit slides at the maximum diameter position of the discharge valve member in order to suppress a severe displacement of the valve in the crossing direction of the stroke axis when the valve is opened and closed.
- the seat member is held on the inner diameter side so that the central axis of the seat surface of the seat member overlaps with the stroke axis of the discharge valve member, and the discharge valve unit further holds the discharge valve member.
- the seat member are held and unitized, and are press-fitted and fixed to the inner peripheral surface of the opening connected to the discharge valve unit formed in the pump housing.
- a valve housing discharge hole (passage) is provided in a portion of the valve housing on the discharge port side (discharge side tip) in the extending direction of the stroke axis.
- the valve is opened by moving the discharge valve member along the regulation part due to the fuel differential pressure before and after the stroke axis of the discharge valve member (the space on the pressurizing chamber side and the space on the discharge port side of the high-pressure fuel supply pump). To do.
- the discharge valve member is opened, the fuel in the pressurizing chamber passes through the valve housing discharge hole (passage) provided on the side surface of the valve housing on the upstream side of the regulation portion or in the middle portion of the regulation portion and is discharged. It is pumped to the outlet.
- a discharge valve unit having such a structure if the front-rear fuel differential pressure on the stroke axis is not sufficient when the discharge valve member is opened, the required lift amount of the discharge valve member cannot be secured or the valve is opened. There is concern that the movement will be slow.
- the high-pressure fuel supply pump is operating at a large flow rate or high speed, if the lift amount at the time of opening the discharge valve member is small and the valve opening operation is slow, the pressure in the pressurizing chamber rises more than necessary. In this case, various parts constituting the high-pressure fuel supply pump may be subjected to an unnecessarily high-pressure load, or the efficiency of the high-pressure fuel supply pump may be lowered.
- the discharge port of the pump is located in the extending direction of the stroke axis of the discharge valve unit.
- some high-pressure fuel supply pumps have a structure in which the discharge port is not in the extending direction of the stroke axis of the discharge valve unit and is provided at a position deviated from the discharge valve unit. In such a structure, the pressure on the discharge port side cannot be guided even if the valve housing discharge hole is provided in the extending direction of the stroke axis in the valve housing as in the discharge valve unit described in Patent Document 1, and therefore, it is usually used.
- a structure is provided to prevent the flow of fuel through the discharge hole of the valve housing.
- the fuel pressure on the secondary side of the discharge valve member in the valve housing rises with the movement of the discharge valve member on the stroke axis when the valve is opened. Therefore, it is particularly difficult to sufficiently secure the front and rear fuel differential pressure on the stroke axis of the discharge valve member.
- the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is a discharge valve mechanism capable of improving the responsiveness when the discharge valve is opened and a high-pressure fuel supply pump provided with the discharge valve mechanism. Is to provide.
- a valve seat portion having a primary side flow path and a valve body capable of seating and leaving the valve seat portion.
- a guide portion that is formed so as to be slidable on the outer surface of the valve body and guides the movement of the valve body in the contacting / separating direction with respect to the valve seat portion, and the guide portion has a gap with the outer surface of the valve body.
- a first secondary flow path that includes a portion set to be equal to or less than a predetermined value and communicates an internal space upstream of the guide portion with an external flow path is lateral to the valve body in the moving direction.
- the second secondary flow path which is formed so as to allow the fluid to flow out and communicates the internal space downstream of the guide portion with the external flow path, fluids laterally in the moving direction of the valve body. It is characterized in that it is formed so as to let out.
- the guide portion functions as a flow throttle to cause a pressure drop of the fluid. Therefore, the internal space before and after the valve body in the moving direction (internal space on the upstream side and downstream side of the guide portion) is correspondingly large. The fluid differential pressure in the interior space) is further increased. Therefore, since the valve opening operation of the valve body becomes faster due to the increased fluid differential pressure, the responsiveness at the time of valve opening of the discharge valve mechanism can be improved. Issues, configurations and effects other than the above will be clarified by the following description of the embodiments.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the high-pressure fuel supply pump according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 as viewed from the arrow III-III.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing an enlarged state of the discharge valve mechanism according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. It is a perspective view which shows the discharge valve mechanism which concerns on 1st Embodiment of this invention in the disassembled state.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the discharge valve mechanism according to the second embodiment of the present invention cut in a plane including a second through hole different from the cut surface shown in FIG. It is a perspective view which shows the discharge valve holder which constitutes a part of the discharge valve mechanism which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
- FIG. 1 is a configuration diagram showing a fuel supply system of an internal combustion engine including a high-pressure fuel supply pump according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the fuel supply system, and the configuration of the high-pressure fuel supply pump shown in FIG. 1 is different from the configurations shown in FIGS. 2 and later described later.
- the fuel supply system of the internal combustion engine pressurizes, for example, a fuel tank 101 for storing fuel, a feed pump 102 for pumping and delivering fuel in the fuel tank 101, and fuel sent from the feed pump 102. It includes a high-pressure fuel supply pump 1 that discharges fuel, and a plurality of injectors 103 that inject high-pressure fuel pumped from the high-pressure fuel supply pump 1.
- the high-pressure fuel supply pump 1 is connected to the feed pump 102 via the suction pipe 104 and is connected to the injector 103 via the common rail 105.
- the injector 103 is mounted on the common rail 105 according to the number of cylinders of the engine.
- the common rail 105 is equipped with a pressure sensor 106 that detects the pressure of the fuel discharged from the high-pressure fuel supply pump 1.
- This system is a so-called direct injection engine system that injects fuel directly into the cylinder cylinder of the engine.
- the high-pressure fuel supply pump 1 includes a pump body 1a having a pressurizing chamber 3 for pressurizing fuel inside, a plunger 4, an electromagnetic suction valve mechanism 300, and a discharge valve mechanism 500 assembled to the pump body 1a. There is.
- the plunger 4 pressurizes the fuel in the pressurizing chamber 3 by reciprocating motion.
- the solenoid valve mechanism 300 functions as a capacity variable mechanism for adjusting the flow rate of fuel sucked into the pressurizing chamber 3.
- the discharge valve mechanism 500 discharges the fuel pressurized by the plunger 4 to the common rail 105 side.
- a damper 12 is provided as a pressure pulsation reducing mechanism for reducing the pressure pulsation generated in the high-pressure fuel supply pump 1 from spreading to the suction pipe 104.
- the feed pump 102, the solenoid valve mechanism 300 of the high-pressure fuel supply pump 1, and the injector 103 are electrically connected to an engine control unit (hereinafter referred to as an ECU) 107, and are controlled by a control signal output from the ECU 107.
- a detection signal from the pressure sensor 106 is input to the ECU 107.
- the fuel in the fuel tank 101 is pumped up by the feed pump 102 driven based on the control signal of the ECU 107.
- This fuel is pressurized to an appropriate feed pressure by the feed pump 102 and sent to the low pressure fuel suction port 2a of the high pressure fuel supply pump 1 through the suction pipe 104.
- the fuel that has passed through the low-pressure fuel suction port 2a reaches the suction port 31c of the solenoid valve mechanism 300 via the damper 12 and the suction passage 2d.
- the fuel that has flowed into the solenoid valve mechanism 300 passes through an opening that is opened and closed by the suction valve 30.
- This fuel is sucked into the pressurizing chamber 3 in the descending stroke of the reciprocating plunger 4, and is pressurized in the pressurizing chamber 3 in the ascending stroke of the plunger 4.
- the pressurized fuel is pumped to the common rail 105 via the discharge valve mechanism 500.
- the high-pressure fuel in the common rail 105 is injected into each cylinder cylinder of the engine by each injector 103 driven based on the control signal of the ECU 107.
- the high-pressure fuel supply pump 1 discharges a desired fuel flow rate in response to a control signal from the ECU 107 to the solenoid valve mechanism 300.
- FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a high-pressure fuel supply pump according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the high-pressure fuel supply pump according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 as viewed from the arrow III-III.
- the high-pressure fuel supply pump 1 includes a pump body 1a having a pressurizing chamber 3 for pressurizing fuel inside, a plunger 4 assembled to the pump body 1a, a solenoid valve mechanism 300, and a discharge valve mechanism 500 ( It is provided with a relief valve mechanism 600 (shown only in FIG. 3), a damper 12 as a pressure pulsation reduction mechanism (shown only in FIG. 2).
- the high-pressure fuel supply pump 1 is brought into close contact with the pump mounting portion 111 (shown only in FIG. 2) of the engine by using the mounting flange 1b (shown only in FIG. 3) provided on the pump body 1a, and is provided by a plurality of bolts (not shown). It is fixed.
- An O-ring 15 (shown in FIG. 2) is fitted on the outer peripheral surface of the pump body 1a that fits with the pump mounting portion 111.
- the O-ring 15 seals between the pump mounting portion 111 and the pump body 1a to prevent engine oil or the like from leaking to the outside of the engine.
- An insertion hole 1d extending in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 2) is formed in the central portion of the pump body 1a, and the cylinder 5 is press-fitted into the insertion hole 1d and attached.
- the cylinder 5 guides the reciprocating motion of the plunger 4, and forms a part of the pressurizing chamber 3 together with the pump body 1a.
- the cylinder 5 has a stepped fixing portion 5a on the outer peripheral portion. The opening edge of the insertion hole 1d of the pump body 1 is deformed to the inner peripheral side to press the fixing portion 5a of the cylinder 5 toward the pressurizing chamber 3.
- the end surface of the cylinder 5 on the pressurizing chamber 3 side is crimped to the bottom surface of the insertion hole portion 1d of the pump body 1a to seal the pressurized fuel in the pressurizing chamber 3 so as not to leak to the low pressure side. ..
- a tappet 6 is provided on the tip side (lower end side in FIG. 2) of the plunger 4.
- the tappet 6 converts the rotational motion of the cam 112 attached to the camshaft (not shown) of the engine into a linear reciprocating motion and transmits it to the plunger 4.
- the plunger 4 is crimped to the tappet 6 by the urging force of the spring 8 via the retainer 7. As a result, the plunger 4 reciprocates in the cylinder 5 with the rotational movement of the cam 112, and the volume of the pressurizing chamber 3 increases or decreases.
- a seal holder 9 having a bottomed tubular portion is fixed to the pump body 1a, and the plunger 4 penetrates the bottom portion of the seal holder 9.
- an auxiliary chamber 9a for storing fuel leaking from the pressurizing chamber 3 via a sliding portion of the plunger 4 and the cylinder 5 is formed inside the seal holder 9.
- the plunger seal 10 is held on the bottom side (lower end side in FIG. 2) inside the seal holder 9.
- the plunger seal 10 is installed so that the outer peripheral surface of the plunger 4 is slidably contacted.
- the plunger seal 10 prevents the fuel in the auxiliary chamber 9a from flowing out to the engine side during the reciprocating motion of the plunger 4. At the same time, it prevents the lubricating oil (including the engine oil) in the engine from flowing into the pump body 1a from the engine side.
- a suction joint 17 is attached to the side wall of the pump body 1a.
- a suction pipe 104 (see FIG. 1) is connected to the suction joint 17, and fuel from the fuel tank 101 (see FIG. 1) is supplied to the inside of the high-pressure fuel supply pump 1 via the low-pressure fuel suction port 2a of the suction joint 17. Will be done.
- a suction filter 18 is arranged in a suction passage 2b on the immediately downstream side of the low-pressure fuel suction port 2a provided in the pump body 1a. The suction filter 18 has a role of preventing foreign matter existing between the fuel tank 101 and the low pressure fuel suction port 2a from being absorbed into the high pressure fuel supply pump 1 by the flow of fuel.
- a cup-shaped damper cover 13 is attached to the tip end portion (upper end portion in FIG. 2) of the pump body 1a.
- a low-pressure fuel chamber 2c is formed by the tip of the pump body 1a and the damper cover 13.
- a damper 12 as a pressure pulsation reduction mechanism is arranged in the low pressure fuel chamber 2c.
- the side wall of the pump body 1a is provided with a first mounting hole 1f that communicates with the pressurizing chamber 3 via a suction passage 2e formed in the pump body 1a.
- An electromagnetic suction valve mechanism 300 is attached to the first mounting hole portion 1f.
- the electromagnetic suction valve mechanism 300 is roughly classified into a valve mechanism portion including a suction valve 30 and a solenoid mechanism portion including an electromagnetic coil 41, an anchor 45, and a rod 46.
- the valve mechanism portion includes, for example, a suction valve 30, a suction valve housing 31, a suction valve stopper 32, and a suction valve urging spring 33.
- the suction valve housing 31 is integrally formed with a valve seat portion 31a on which the suction valve 30 sits or leaves and a rod guide portion 31b that slidably supports the rod 46.
- the suction valve housing 31 is provided with a plurality of suction ports 31c communicating with the suction passage 2d formed in the pump body 1a on the downstream side of the low pressure fuel chamber 2c.
- the suction valve stopper 32 is fixed to the suction valve housing 31 and regulates the lift amount of the suction valve 30.
- a suction valve urging spring 33 is arranged between the suction valve 30 and the suction valve stopper 32, and the suction valve urging spring 33 urges the suction valve 30 toward the valve seat portion 31a (valve closing direction). There is.
- the solenoid mechanism unit includes, for example, an electromagnetic coil 41 and a connector connection terminal 42.
- the connection terminal 42 of the connector is configured so that one end side is electrically connected to the electromagnetic coil 41 and the other end side can be connected to the control line on the ECU 107 (see FIG. 1) side.
- the solenoid mechanism portion includes a magnetic core 44 of a fixed portion, an anchor 45 of a movable portion, and a rod 46.
- the magnetic core 44 of the fixed portion and the anchor 45 of the movable portion form a magnetic circuit around the electromagnetic coil 41.
- the magnetic core 44 and the anchor 45 are arranged so as to face each other, and the opposing end faces of the magnetic core 44 and the anchor 45 form a magnetic attraction surface on which a magnetic attraction force acts between them.
- the tip of the rod 46 on one side (right side in FIGS. 2 and 3) can be brought into contact with and detached from the suction valve 30, and the rod collar 46a is attached to the end on the other side (left side in FIGS. 2 and 3).
- the rod 46 is slidably held on the inner peripheral side of the rod guide portion 31b and the inner peripheral side of the anchor 45, and the reciprocating motion of the rod 46 is guided by the rod guide portion 31b.
- a rod urging spring 48 is arranged between the magnetic core 44 and the rod flange portion 46a.
- the rod urging spring 48 applies an urging force in the valve opening direction of the suction valve 30.
- An anchor urging spring 49 is arranged between the rod guide portion 31b of the suction valve housing 31 and the anchor 45.
- the anchor urging spring 49 urges the anchor 45 toward the magnetic core 44 side.
- the rod urging spring 48 is set so as to have a necessary and sufficient urging force against the anchor urging spring 49 to maintain the opening of the suction valve 30 when the coil 34 is not energized.
- a second mounting hole portion 1g is provided on the side wall of the pump body 1a.
- a discharge valve mechanism 500 is attached to the second mounting hole portion 1g.
- the discharge valve mechanism 500 includes, for example, a discharge valve seat 51, a valve body 52 capable of seating and leaving the discharge valve seat 51, and a discharge valve spring 53 that urges the valve body 52 toward the discharge valve seat 51.
- a discharge valve holder 54 for accommodating the valve body 52 and the discharge valve spring 53.
- a plug 55 for closing the opening is arranged in the opening of the second mounting hole 1g. The plug 55 is joined to the pump body 1a by welding or the like, and has a function of preventing fuel from leaking to the outside.
- the second mounting hole portion 1g in which the discharge valve mechanism 500 is arranged communicates with the pressurizing chamber 3 via the discharge passage 2f formed in the pump body 1a, and the discharge passage 2g formed in the pump body 1a. It communicates with the fuel discharge port 2h, which will be described later, via.
- the discharge valve mechanism 500 is a discharge valve in a state where there is no fuel differential pressure between the pressurizing chamber 3 (discharge passage 2f) and the internal space on the secondary side of the valve body 52 (internal space communicating with the discharge passage 2g).
- the valve body 52 is crimped to the discharge valve seat 51 by the urging force of the spring 53 to close the valve. Only when the fuel pressure in the pressurizing chamber 3 becomes higher than the fuel pressure in the internal space on the secondary side of the valve body 52, the valve body 52 is configured to open against the urging force of the discharge valve spring 53. ing.
- the discharge valve mechanism 500 having the above configuration functions as a check valve that limits the flow direction of fuel. Details of the structure of the discharge valve mechanism 500 will be described later.
- a third mounting hole portion 1h is provided on the opposite side of the first mounting hole portion 1f with the pressurizing chamber 3 in the pump body 1a interposed therebetween.
- a discharge joint 19 forming a fuel discharge port 2h is fixed to the opening of the third mounting hole portion 1h, and the accommodation formed by the third mounting hole portion 1h of the pump body 1a and the internal space of the discharge joint 19 is formed.
- a relief valve mechanism 600 is arranged in the space.
- the relief valve mechanism 600 attaches, for example, a relief valve seat 61, a relief valve 62 that comes into contact with and detaches from the relief valve seat 61, a relief valve holder 63 that holds the relief valve 62, and a relief valve 62 to the relief valve seat 61 side. It is composed of a reliever spring 64 that is urged and a relief valve housing 65 that includes these members 61, 62, 63, 64. The relief valve housing 65 also functions as a relief body that forms a relief valve chamber. After the relief spring 64, the relief valve holder 63, and the relief valve 62 are inserted in this order into the relief valve housing 65, the relief valve seat 61 is press-fitted and fixed.
- the relief valve mechanism 600 in the present embodiment communicates with the pressurizing chamber 3 via the relief passage 2i formed in the pump body 1a.
- the relief valve mechanism 600 can also be configured to communicate with the low-pressure fuel chamber 2c and the suction passage 2b.
- the relief valve mechanism 600 is a valve mechanism configured to operate when the common rail 105 (see FIG. 1) or a member beyond it has some problem and the common rail 105 becomes abnormally high pressure. That is, the relief valve mechanism 600 is configured so that the relief valve 62 opens against the urging force of the relief spring 64 when the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the relief valve 62 exceeds the set pressure. Has been done.
- the relief valve mechanism 600 has a function of opening the valve when the pressure in the common rail 105 becomes high and returning the fuel to the pressurizing chamber 11 or the low pressure fuel chamber 2c or the like.
- the relief valve mechanism 600 in the present embodiment returns the fuel to the pressurizing chamber 3 when the valve is opened, it is necessary to maintain the valve closed state below a predetermined pressure, and the pressure in the pressurizing chamber 3 is high. Has a strong relief spring 64 to counteract.
- Plunger 4 turns to the ascending movement after the descent movement is completed.
- the electromagnetic coil 41 is still maintained in a non-energized state, and no magnetic urging force is generated.
- the suction valve 30 is maintained in the open state by the urging force of the rod urging spring 48.
- the volume of the pressurizing chamber 3 decreases with the ascending movement of the plunger 4, but when the suction valve 30 is opened, the fuel once sucked into the pressurizing chamber 3 passes through the opening of the suction valve 30 again and the suction passage 2d. Since it is returned to, the pressure in the pressurizing chamber 3 does not rise. This state is called a return process.
- the suction valve 30 is closed by the urging force of the suction valve urging spring 33 and the fluid force due to the flow of fuel into the suction passage 2d.
- the fuel pressure in the pressurizing chamber 3 rises in response to the ascending motion of the plunger 4, and when the pressure exceeds the pressure of the fuel discharge port 2h, the discharge valve 52 of the discharge valve mechanism 500 shown in FIG. Opens the valve.
- the high-pressure fuel in the pressurizing chamber 3 is discharged from the fuel discharge port 2h via the discharge passage 2f, the discharge valve mechanism 500, and the discharge passage 2g, and is supplied to the common rail 105 (see FIG. 1). This state is called a discharge stroke.
- the ascending motion from the lower start point to the upper start point of the plunger 4 shown in FIG. 2 consists of a return stroke and a discharge stroke.
- the flow rate of the discharged high-pressure fuel can be controlled. If the timing of energizing the electromagnetic coil 41 is advanced, the ratio of the return stroke during the ascending movement of the plunger 4 becomes small, and the ratio of the discharge stroke becomes large. That is, the amount of fuel returned to the suction passage 2d decreases, while the amount of fuel discharged at high pressure increases.
- the energization timing of the electromagnetic coil 41 is controlled by a command from the ECU 107.
- the relief valve 62 When the pressure of the fuel discharge port 2h becomes higher than the set pressure of the relief valve mechanism 600 due to some failure or the like, the relief valve 62 is opened and abnormally high pressure fuel is applied through the relief passage 2i. It is relieved to the pressure chamber 3.
- the amount of fuel discharged at high pressure can be controlled to the amount required by the engine by controlling the energization timing of the electromagnetic coil 41.
- the discharge valve mechanism 500 shown in FIG. 3 moves by the internal space of the discharge valve seat 51 on the primary side located in front of and behind the moving direction of the valve body 52 and the fuel differential pressure in the discharge valve holder 54 on the secondary side. This is what opens the valve. If the fuel differential pressure between the primary side and the secondary side of the valve body 52 is insufficient when the discharge valve mechanism 500 is opened, the required lift amount of the valve body 52 cannot be secured or the valve opening operation is slow. There is concern that it will become.
- the discharge valve mechanism 500 is provided with a structure capable of sufficiently securing the fuel differential pressure between the primary side and the secondary side of the valve body 52, so that the valve body 52 can be opened. It improves responsiveness.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing an enlarged state of the discharge valve mechanism according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
- FIG. 5 is a perspective view showing a disassembled state of the discharge valve mechanism according to the first embodiment of the present invention.
- the discharge valve mechanism 500 includes a discharge valve seat 51, a valve body 52, a discharge valve spring 53, and a discharge valve holder 54.
- the discharge valve seat 51 is integrally provided on one side (left side in FIG. 4) in the axial direction of the tubular seat main body portion 511 whose internal space forms the primary side flow path 511a of the fuel and the diameter. It is composed of an annular flange portion 512 that protrudes outward in the direction.
- the discharge valve seat 51 has a seat surface 511b at the opening edge of the primary side flow path 511a on the other side (right side in FIG. 4) in the axial direction of the seat body 511.
- the seat surface 511b is configured so that the primary side flow path 511a is closed when the valve body 52 is seated.
- the seat surface 511b is a tapered surface that gradually expands in diameter toward the outer side in the axial direction of the primary side flow path 511a. Is formed in.
- the discharge valve sheet 51 is arranged so that the flange portion 512 side faces the pressurizing chamber 3 (discharge flow path 2f) side, and the outer peripheral surface of the flange portion 512 is press-fitted into the inner peripheral surface of the second mounting hole portion 1g. By doing so, it is fixed to the pump body 1a.
- the valve body 52 is arranged on the downstream side of the primary side flow path 511a of the discharge valve seat 51 while being held inside the discharge valve holder 54.
- the valve body 52 is composed of, for example, a ball valve capable of linear contact with the tapered seat surface 511b of the discharge valve seat 51.
- the discharge valve spring 53 is composed of, for example, a coil spring.
- the discharge valve spring 53 is housed inside the discharge valve holder 54 together with the valve body 52, and one end side (left end side in FIG. 4) abuts on the valve body 52 and the other end side (right end side in FIG. 4). ) Is in contact with the bottom portion 543b of the discharge valve holder 54, which will be described later.
- the natural length of the discharge valve spring 53 is set so that the entire valve body 52 and the discharge valve spring 53 can be accommodated in the discharge valve holder 54. As a result, the discharge valve spring 53 and the valve body 52 can be inserted into the discharge valve holder 54 in this order and then assembled, which improves the assemblability of the discharge valve mechanism 500.
- the discharge valve holder 54 is, for example, a bottomed tubular member that opens on one side, and is arranged so that the opening side faces the discharge valve seat 51 side and the bottom side faces the opening side of the second mounting hole portion 1g.
- the discharge valve holder 54 holds a first tubular portion 541 including a portion of the discharge valve seat 51 on the seat surface 511b side of the seat body portion 511 and a valve body 52 inside in this order from the opening side to the bottom side.
- the second tubular portion 542 and the third tubular portion 543 having an internal space forming a spring chamber 543a for accommodating the discharge valve spring 53 and having a bottom portion 543b are integrally formed.
- the end surface of the tip of the first tubular portion 541 is in contact with the end surface of the flange portion 512 of the discharge valve seat 51 on the seat surface 511b side, and the outer peripheral surface of the tip portion is the second mounting hole portion 1g. It is formed so as to be press-fitted into the inner peripheral surface.
- the internal space 541a of the first tubular portion 541 forms a flow path through which the fuel that has passed through the primary side flow path 511a of the discharge valve seat 51 flows in.
- the second tubular portion 542 is formed with a guide portion 542a that guides the movement of the valve body 52 in the direction of contact and separation with respect to the discharge valve seat 51.
- the guide portion 542a is formed of an inner peripheral surface having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the valve body 52, and is continuous with the inner peripheral surface of the first tubular portion 541. That is, the guide portion 542a is formed so as to be slidable with the outer surface of the valve body 52.
- the gap between the guide portion 542a and the outer surface of the valve body 52 is set to a size that functions as a flow throttle that causes a pressure drop of a predetermined value or more when the fluid passes through the gap.
- the guide portion 542a is formed so that the gap between the valve body 52 and the outer surface is equal to or less than a predetermined value obtained by analysis such as simulation or experiment.
- the gap between the guide portion 542a and the valve body 52 (the internal space formed at the position of the guide portion 542a of the second tubular portion 542) is on the downstream side of the internal space 541a (flow path) of the first tubular portion 541. It forms a located flow path.
- a specific example of a settable numerical range in which the gap between the guide portion 542a and the valve body 52 functions as a diaphragm is shown below.
- the following is a case where a ball valve is used as the valve body 52, and the gap is obtained by subtracting the diameter of the valve body 52 from the inner diameter of the guide portion 542a.
- the gap ⁇ 1 assumes a case where the moving speed of the valve body 52 is 1 [m / s].
- the gap ⁇ 1 for obtaining a desired pressure drop is, for example, when the diameter d of the valve body 52 is 4.76 [mm], the gap ⁇ 1 is 1.24 [. mm].
- the tolerance is ⁇ 0.05 [mm]
- the lower limit of the gap ⁇ 1 is 1.19 [mm]
- the upper limit is 1.29 [mm].
- the diameter d is set to 4.76 because it is a standard for the ball diameter that is well distributed in the market, but it is not necessary to limit it to this value.
- the mass of the valve body 52 is proportional to the cube of the diameter d.
- the differential pressure (driving force) acting on the valve body 52 is proportional to the square of the valve body diameter d and inversely proportional to the square of the gap ⁇ 1. Since physical acceleration is a driving force / mass, acceleration of the valve element 52 is proportional to the square root of the diameter d ( ⁇ d), it is inversely proportional to the square of the gap ⁇ 1 ( ⁇ 1 2).
- the diameter d and the gap ⁇ 1 may be selected so that the accelerations are the same. That is, the gap ⁇ 1 is proportional to the square root ( ⁇ d) of the diameter d.
- the range of the gap ⁇ 1 is as follows.
- the larger diameter d of the valve body 52 is assumed to be about 6 [mm].
- the moving speed of the valve body 52 has been described as a specific example of 1 m / s, but it may be slightly larger or smaller depending on the performance and specifications of the pump. Therefore, as a realistic example, the numerical values of the gap ⁇ 2 when the moving speeds are 0.5 m / s and 2 m / s will be described below.
- the acceleration is expected to be quadrupled.
- the gap ⁇ 2 may be halved.
- the gap ⁇ 2 may be doubled.
- the upper and lower limits of the gap ⁇ 2 when the diameter d of the valve body 52 is 3 mm are the following calculated values.
- the upper and lower limits of the gap ⁇ 2 when the diameter d of the valve body 52 is 6 mm are the following calculated values.
- the second tubular portion 542 is also formed with a stopper portion 542b that regulates the movement of the valve body 52 in the lift direction (valve opening direction).
- the stopper portion 542b is formed by an inner peripheral surface located closer to the third tubular portion 543 than the guide portion 542a, and is continuous with the guide portion 542a.
- the inner diameter of the inner peripheral surface of the second tubular portion 542 constituting the stopper portion 542b is smaller than the inner diameter of the guide portion 542a, and the diameter gradually decreases from the guide portion 542a side toward the third tubular portion 543 side. It is composed of tapered surfaces. That is, the stopper portion 542b is formed so as to be in contact with the outer surface of the valve body 52.
- the internal space formed at the position of the stopper portion 542b of the second tubular portion 542 is on the downstream side of the internal space (flow path) formed at the position of the guide portion 542a, and is on the downstream side of the third tubular portion 543.
- a flow path on the upstream side of the spring chamber 543a is formed. That is, the stopper portion 542b is formed at a position between the guide portion 542a and the spring chamber 543a.
- the first tubular portion 541 located closer to the discharge valve seat 51 than the guide portion 542a of the second tubular portion 542 has a plurality of first through holes 545 penetrating in the radial direction (for example, four in FIG. 5). ) Is formed. As shown in FIG. 5, the plurality of first through holes 545 are arranged at intervals in the circumferential direction of the discharge valve holder 54. The first through holes 545 are formed so as to have the same hole diameter, for example.
- the first through hole 545 constitutes a first secondary side flow path that communicates the internal space 541a of the first tubular portion 541 located upstream of the guide portion 542a with the discharge flow path 2g, which is an external flow path. This is to allow fuel to flow out to the side of the valve body 52 in the moving direction (contact / detachment direction) (outward in the radial direction of the discharge valve holder 54).
- a plurality of second through holes 546 penetrating in the radial direction are provided in the third tubular portion 543 located at a position farther from the discharge valve seat 51 than the guide portion 542a and the stopper portion 542b of the second tubular portion 542 (for example,). In FIG. 5, four) are formed. As shown in FIG. 5, for example, the plurality of second through holes 546 are arranged at intervals in the circumferential direction of the discharge valve holder 54, and are arranged in the axial direction with respect to the plurality of first through holes 545. Have been placed. The second through holes 546 are formed so as to have the same hole diameter, for example.
- the second through hole 546 constitutes a second secondary side flow path that allows the spring chamber 543a of the third tubular portion 543 located downstream of the guide portion 542a to communicate with the discharge flow path 2g, which is an external flow path. This is to allow fuel to flow out to the side of the valve body 52 in the moving direction (contact / detachment direction) (outward in the radial direction of the discharge valve holder 54).
- the first through hole 545 and the second through hole 546 can be formed so that, for example, both have the same hole diameter. In this case, it is not necessary to replace the drill for drilling the holes when processing the first through hole 545 and the second through hole 546. It is also possible to set the hole diameter of the first through hole 545 to be equal to or larger than the hole diameter of the second through hole 546. This reflects that the flow rate of the fluid that passes through the guide portion 542a that functions as a diaphragm and flows through the second through hole 546 is relatively smaller than that of the first through hole 545 due to the resistance of the diaphragm. Is.
- the inner surface of the bottom portion 543b of the third tubular portion 543 functions as a receiving seat for the discharge valve spring 53.
- a third through hole 547 that penetrates in the axial direction is formed in the bottom portion 543b of the third tubular portion 543.
- An annular flow path 57 is formed on the radial outer side of the discharge valve holder 54.
- the annular flow path 57 is formed as an outer peripheral surface of the discharge valve holder 54 and an inner peripheral surface of the second mounting hole portion 1g, and is connected to the discharge passage 2g.
- the first through hole 545 and the second through hole 546 of the discharge valve holder 54 are opened in the annular flow path 57.
- the plug 55 is inserted into the second mounting hole portion 1g separately from the discharge valve mechanism 500, and is arranged so as to come into contact with the bottom portion 543b of the discharge valve holder 54. As a result, the plug 55 has a function of preventing the discharge valve holder 54 from coming off.
- thick arrows L1, L2, L3, and L4 indicate fuel flows, respectively.
- the valve body 52 is crimped to the seat surface 511b of the discharge valve seat 51 by the urging force of the discharge valve spring 53, and the valve is closed.
- the fuel pressurized in the compression step of the high-pressure fuel supply pump 1 is introduced into the discharge valve mechanism 500 from the pressurizing chamber 3 (see FIG. 3) through the discharge flow path 2f.
- the gap When fuel passes through the gap between the guide portion 542a of the discharge valve holder 54 and the outer surface of the valve body 52 at the start of valve opening of the valve body 52, the gap functions as a flow throttle and thus flows into the spring chamber 543a.
- the fuel is in a state where the pressure is lower than that of the fuel in the internal space 541a of the first tubular portion 541.
- a further pressure difference is generated before and after the movement direction of the valve body 52, so that the force acting on the valve body 52 in the lift direction increases.
- the valve opening speed (lift speed) of the valve body 52 increases, so that the valve body 52 can reach a large lift amount in a shorter time. That is, the responsiveness of the valve body 52 when the valve is opened is improved.
- the fuel in the pressurizing chamber 3 smoothly flows out to the discharge valve mechanism side without being hindered, so that it is possible to prevent an excessive pressure rise in the pressurizing chamber 3. it can. Therefore, it is possible to improve the pump efficiency and reduce the load on the member strength.
- the fuel that has flowed into and merged with the annular flow path 57 through the first through hole 545 and the second through hole 546 forms a swirling flow in the annular flow path 57 and then flows out to the discharge flow path 2f.
- the swirling flow in the annular flow path 57 becomes faster than the fuel flowing through the internal space 541a and the spring chamber 543a of the first tubular portion 541, and the pressure drops by that amount.
- the influence of the pressure drop of the annular flow path 57 extends to the spring chamber 543a via the second through hole 546, and the pressure of the spring chamber 543a is further reduced.
- a further pressure difference is generated before and after the movement direction of the valve body 52, so that the responsiveness of the valve body 52 at the time of opening the valve is improved.
- the pressure distribution of the discharge valve mechanism 500 when the valve body 52 is opened is roughly as follows.
- the region where the fuel pressure is the highest is the primary side flow path 511a of the discharge valve seat 51, and the region where the fuel pressure is the highest is the internal space 541a (first tubular portion 541 and the discharge valve) of the first tubular portion 541 of the discharge valve holder 54. It is a space sandwiched between the seat body 511 of the seat 51 and the valve body 52). This is the effect of the pressure loss that occurs when the fuel passes through the gap between the valve body 52 that has been opened and the seat surface 511b of the discharge valve seat 51.
- the region where the fuel pressure is lower than the internal space 541a of the first tubular portion 541 is the spring chamber 543a of the discharge valve holder 54. This is the effect of the pressure drop that occurs when the fuel passes through the gap of the guide portion 542a of the discharge valve holder 54 that functions as a throttle located on the upstream side of the spring chamber 543a.
- the region where the fuel pressure is lower than the spring chamber 543a is the annular flow path 57 located on the downstream side of the first through hole 545 and the second through hole 546 of the discharge valve holder 54. This is because the swirling flow formed in the annular flow path 57 is faster than the flow in the internal space 541a and the spring chamber 543a of the first tubular portion 541, so that the pressure drops.
- the pressure distribution of the discharge valve mechanism 500 when the valve body 52 is opened is as follows: the primary side flow path 511a of the discharge valve seat 51, the internal space 541a of the first tubular portion 541 of the discharge valve holder 54, and the spring chamber 543a. , The annular flow path 57 decreases in this order.
- the discharge valve mechanism 500 has a discharge valve seat (valve seat portion) 51 having a primary side flow path 511a and a discharge valve seat (valve seat portion) 51.
- a valve body 52 that can be seated and released and a guide that is formed so as to be slidable on the outer surface of the valve body 52 and guides the movement of the valve body 52 in the contact / separation direction with respect to the discharge valve seat (valve seat portion) 51. It includes a portion 542a.
- the guide portion 542a includes a portion set so that the gap between the valve body 52 and the outer surface thereof is equal to or less than a predetermined value.
- the first through hole 545 as the first secondary side flow path for communicating the internal space 541a on the upstream side of the guide portion 542a with the discharge flow path (external flow path) 2g is lateral to the moving direction of the valve body 52. It is formed so as to allow the fluid to flow out, and also serves as a second secondary side flow path for communicating the spring chamber (internal space) 543a on the downstream side of the guide portion 542a with the discharge flow path (external flow path) 2g.
- the second through hole 546 is formed so as to allow the fluid to flow out to the side of the valve body 52 in the moving direction.
- the guide portion 542a functions as a flow throttle to cause a pressure drop of the fluid. Therefore, the internal space before and after the valve body 52 in the moving direction (internal space 541a on the upstream side of the guide portion 542a) is correspondingly large. And the fluid differential pressure in the internal space 543a) on the downstream side further increases. Therefore, since the valve opening operation of the valve body 52 becomes faster due to the increased fluid differential pressure, the responsiveness of the discharge valve mechanism 500 at the time of valve opening can be improved.
- the discharge valve mechanism 500 is further provided with a stopper portion 542b which is formed so as to come into contact with the outer surface of the valve body 52 and regulates the movement of the valve body 52 in the lift direction.
- a stopper portion 542b which is formed so as to come into contact with the outer surface of the valve body 52 and regulates the movement of the valve body 52 in the lift direction.
- the stopper portion 542b is formed at a position between the guide portion 542a and the second through hole (second secondary side flow path) 546. According to this configuration, by avoiding the stopper portion 542b as the forming position of the second through hole 546, it is possible to reduce the labor of manufacturing the second through hole 546. For example, when the stopper portion 542b is formed in a tapered shape, if the second through hole 546 is formed at the position of the stopper portion 542b, burrs are likely to occur when the second through hole 546 is manufactured. In this case, the deburring process is troublesome.
- the discharge valve mechanism 500 includes a tubular discharge valve holder (valve holder) 54 in which the valve body 52 is held inside and the guide portion 542a is formed. According to this configuration, since the discharge valve holder 54 also serves as a guide for the valve body 52, the discharge valve mechanism 500 can be simply configured.
- the discharge valve holder (valve holder) 54 is located at a position where the first secondary side flow path is closer to the discharge valve seat (valve seat portion) 51 than the guide portion 542a.
- the discharge valve holder (valve holder) is configured by a first through hole 545 that penetrates in the radial direction, and the second secondary side flow path is located farther from the discharge valve seat (valve seat portion) 51 than the guide portion 542a. It is composed of a second through hole 546 that penetrates 54 in the radial direction. According to this configuration, since the first through hole 545 and the second through hole 546 are formed in one discharge valve holder 54, the discharge valve mechanism 500 can be simply configured.
- annular flow path 57 is formed on the radial outer side of the discharge valve holder (valve holder) 54, and the first through hole 545 and the second through hole 546 are annular, respectively. It is open to the flow path 57.
- the fuel flowing into the annular flow path 57 through the first through hole 545 and the second through hole 546 forms a swirling flow, which is faster than the internal flow of the discharge valve holder (valve holder) 54. Therefore, a pressure drop occurs in the annular flow path 57 by that amount.
- a plurality of first through holes 545 are formed in the circumferential direction of the discharge valve holder (valve holder) 54, and the hole diameters of the first through holes 545 are all the same. According to this configuration, it is not necessary to replace the drill when machining the first through hole 545, and the first through hole 545 can be easily manufactured.
- a plurality of second through holes 546 are formed in the circumferential direction of the discharge valve holder (valve holder) 54, and the hole diameters of the second through holes 546 are all the same. According to this configuration, it is not necessary to replace the drill when machining the second through hole 546, and the second through hole 546 can be easily manufactured.
- the first through hole 545 and the second through hole 546 are formed so that the hole diameters of both are the same. According to this configuration, it is not necessary to replace the drill when machining the first through hole 545 and the second through hole 546, and it is possible to suppress an increase in man-hours in both steps of the first through hole 545 and the second through hole 546. it can.
- the discharge valve mechanism 500 it is possible to set the hole diameter of the first through hole 545 to be equal to or larger than the hole diameter of the second through hole 546. According to this configuration, by setting the hole diameter according to the flow rate ratio flowing through the first through hole 545 and the second through hole 546, excessive pressure is applied to the fuel passing through the first through hole 545 and the second through hole 546. It is possible to avoid the loss and to discharge the fuel in the high pressure state.
- the high-pressure fuel supply pump 1 includes the discharge valve mechanism 500 described above, it is possible to obtain the discharge valve mechanism 500 having improved responsiveness at the time of valve opening.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of the discharge valve mechanism according to the second embodiment of the present invention cut in a plane including the first through hole.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of the discharge valve mechanism according to the second embodiment of the present invention cut in a plane including a second through hole different from the cut surface shown in FIG.
- FIG. 8 is a perspective view showing a discharge valve holder constituting a part of the discharge valve mechanism according to the second embodiment of the present invention.
- those having the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 5 have the same parts, and thus detailed description thereof will be omitted.
- the discharge valve mechanism 500A according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 6 and 7 is different from the discharge valve mechanism 500 (see FIGS. 4 and 5) according to the first embodiment.
- the structures of the discharge valve seat 51A and the discharge valve holder 54A are different.
- the positions and relative arrangements of the first through hole 545A (shown only in FIG. 6) and the second through hole (shown only in FIG. 7) provided in the discharge valve holder 54A are different.
- the discharge valve seat 51A has a tubular seat body 511 whose internal space forms a primary side flow path 511a for fuel and one side in the axial direction of the seat body 511 (in FIGS. 6 and 7). It is composed of an annular flange portion 512A that is integrally provided on the right side) and projects outward in the radial direction.
- the discharge valve seat 51A has a seat surface 511b at the opening edge of the primary side flow path 511a on the flange portion 512A side of the seat body portion 511.
- the discharge valve seat 51A is arranged so that the flange portion 512A side faces the valve body 52 side, and the outer peripheral surface of the seat body portion 511 on the tip end side is on the inner peripheral surface of the discharge flow path 2f on the pressurizing chamber 3 side. It is fixed to the pump body 1a by being press-fitted.
- the discharge valve holder 54A has a valve body in which a first tubular portion 541A, a guide portion 542a, and a stopper portion 542b are formed in order from the opening side to the bottom side in contact with the end surface of the flange portion 512A of the discharge valve sheet 51A.
- a bottomed first embodiment having a second tubular portion 542 having a structure similar to that of the first embodiment, which holds the 52 inside, and a spring chamber 543a and a ridge portion 543c having a structure similar to that of the first embodiment.
- the three tubular portions 543 are integrally formed and configured.
- the inner diameter of the first tubular portion 541A (the portion of the second tubular portion 542 facing the discharge valve seat 51A side from the guide portion 542a side) is from the guide portion 542a side toward the discharge valve seat 51A side (to the tip side). It has an inner diameter expanding portion (inner peripheral surface) 541b formed so as to gradually expand the diameter (toward).
- the inner diameter expanding portion 541b forms an internal space 541a and is continuous with the guide portion 542a.
- the first through hole 545A is formed at a position from a portion of the first tubular portion 541A near the second tubular portion 542 to a part of the guide portion 542a of the second tubular portion 542. ing. That is, the first through hole 545A is opened in a part of the inner diameter expanding portion 541b of the first tubular portion 541A and a part of the guide portion 542a of the second tubular portion 542.
- the first through hole 545A is a first through hole 545A that allows the internal space 541a of the first tubular portion 541 located upstream of the guide portion 542a and the internal space formed at the position of the guide portion 542a to communicate with the discharge flow path 2g. It constitutes a secondary side flow path, and allows fuel to flow out to the side of the valve body 52 in the moving direction (outward in the radial direction of the discharge valve holder 54A).
- the second through hole 546A is formed at the position of the stopper portion 542b in the second tubular portion 542. That is, the second through hole 546A penetrates the discharge valve holder 54A in the radial direction at a position farther from the discharge valve seat 51A than the first through hole 545A, and opens in the stopper portion 542b of the second tubular portion 542. ..
- the second through hole 546A constitutes a second secondary side flow path for communicating the internal space formed at the position of the stopper portion 542b on the downstream side of the guide portion 542a with the discharge flow path 2g, and is a valve.
- the fuel flows out to the side of the body 52 in the moving direction (outward in the radial direction of the discharge valve holder 54A).
- a plurality of first through holes 545A are formed (four in FIG. 8) at intervals in the circumferential direction of the discharge valve holder 54A.
- the first through holes 545A are formed so as to have the same hole diameter, for example.
- a plurality of second through holes 546A (four in FIG. 8) are formed at intervals in the circumferential direction of the discharge valve holder 54A.
- the second through holes 546A are formed so as to have the same hole diameter, for example.
- the plurality of first through holes 545A and second through holes 546A are arranged so that their positions in the circumferential direction are staggered (in FIG. 8, they are displaced by 45 ° from each other), and the positions in the axial direction are first. It is arranged at a closer position than in the case of the embodiment of.
- the length of the discharge valve holder 54A having such a configuration can be made shorter than that of the discharge valve holder 54 of the first embodiment.
- FIGS. 6 and 7 thick arrows L1, L2, L3, and L4 indicate fuel flow, respectively.
- valve opening speed (lift speed) of the valve body 52 increases, so that the responsiveness of the valve body 52 at the time of valve opening is improved.
- the effect of narrowing the flow due to the gap between the guide portion 542a and the outer surface of the valve body 52 is the first effect. It is smaller than the case of the embodiment. That is, the pressure drop of the fuel that has passed through the gap becomes smaller, and the fuel differential pressure becomes smaller before and after the movement direction of the valve body 52.
- the plurality of first through holes 545A and the second through holes 546A are arranged so as to be staggered in the circumferential direction. Therefore, as shown in FIG. 7, the first through hole 545A is not arranged in the middle of the flow (see L3) from the gap between the guide portion 542a and the outer surface of the valve body 52 toward the second through hole 546A at the shortest distance. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the effect of narrowing the flow due to the gap.
- the diameter of the first tubular portion 541A of the discharge valve holder 54A is gradually increased from the guide portion 542a side toward the discharge valve seat 51A side.
- the inner diameter enlarged portion 541b is formed.
- the pressure in the internal space 541a of the first tubular portion 541 increases. Therefore, since a further pressure difference is generated before and after the movement direction of the valve body 52, the force acting on the valve body 52 in the lift direction increases. As a result, the valve opening speed (lift speed) of the valve body 52 increases, so that the responsiveness of the valve body 52 at the time of valve opening is improved.
- the fuel that has flowed into and merged with the annular flow path 57 through the first through hole 545A and the second through hole 546A forms a high-speed swirling flow in the annular flow path 57 as in the first embodiment. Since it is formed, a pressure drop occurs accordingly. At this time, since the influence of the pressure drop of the annular flow path 57 extends to the spring chamber 543a via the second through hole 546A, the pressure of the spring chamber 543a is also further reduced. As a result, a further pressure difference is generated before and after the movement direction of the valve body 52, so that the force acting on the valve body 52 in the lift direction increases. As a result, the valve opening speed (lift speed) of the valve body 52 increases, so that the responsiveness of the valve body 52 at the time of valve opening is improved.
- the discharge valve mechanism 500A includes a discharge valve seat (valve seat portion) 51A having a primary side flow path 511a and a discharge valve seat (valve seat portion) 51A.
- a valve body 52 that can be seated and released and a guide that is formed so as to be slidable on the outer surface of the valve body 52 and guides the movement of the valve body 52 in the contact / separation direction with respect to the discharge valve seat (valve seat portion) 51A. It includes a portion 542a.
- the guide portion 542a includes a portion set so that the gap between the valve body 52 and the outer surface thereof is equal to or less than a predetermined value.
- the second through hole 546A as the secondary side flow path is formed so as to allow the fluid to flow out to the side in the moving direction of the valve body 52.
- the guide portion 542a functions as a flow throttle to cause a pressure drop of the fluid. Therefore, the internal space before and after the valve body 52 in the moving direction (internal space 541a on the upstream side of the guide portion 542a) is correspondingly large. And the fluid differential pressure in the internal space 543a) on the downstream side further increases. Therefore, since the valve opening operation of the valve body 52 becomes faster due to the increased fluid differential pressure, the responsiveness of the discharge valve mechanism 500A at the time of valve opening can be improved.
- the discharge valve mechanism 500A further includes a stopper portion 542b formed so as to be in contact with the outer surface of the valve body 52 and restricting the movement of the valve body 52 in the lift direction, and the stopper portion 542b is a guide.
- the internal space formed on the downstream side of the portion 542b and formed at the position of the stopper portion 542b by the second through hole 546A (second secondary side flow path) is communicated with the discharge flow path (external flow path) 2g. Is formed in.
- the axial positions of the first through hole 545A and the second through hole 546A are closer than those in the first embodiment, so that the axial length of the discharge valve holder 54A can be shortened. It is possible.
- a tubular discharge valve holder (valve holder) 54A for holding the valve body 52 inside is provided, and the first secondary side flow path is the discharge valve holder (valve holder).
- Valve holder) 54A is composed of a first through hole 545A penetrating in the radial direction, and the second secondary flow path is discharged at a position farther from the discharge valve seat (valve seat portion) 51A side than the first through hole 545A.
- first through hole 545A and the second through hole 546A are spaced apart from each other in the circumferential direction of the discharge valve holder (valve holder) 54A.
- the first through hole 545A and the second through hole 546A are arranged so that their positions in the circumferential direction do not overlap with each other. According to this configuration, since the first through hole 545A is not arranged in the middle of the flow (see L3) from the gap between the guide portion 542a and the outer surface of the valve body 52 toward the second through hole 546A, the flow due to the gap. It is possible to suppress a decrease in the effect of squeezing.
- the discharge valve mechanism 500A includes a cylindrical discharge valve holder (valve holder) 54A in which the valve body 52 is held inside and the guide portion 542a is formed, and the discharge valve holder (valve) is provided.
- the inner diameter of the portion (first tubular portion 541) of the holder) 54A from the guide portion 542a side toward the discharge valve seat (valve seat portion) 51A side gradually increases toward the discharge valve seat (valve seat portion) 51A side.
- a part of the first through hole (first secondary side flow path) 545A is provided on the inner peripheral surface of the inner diameter expanding portion 541b of the discharge valve holder (valve holder) 54A. It is open.
- the fuel flowing into the internal space 541a formed by the inner diameter expanding portion 541b on the upstream side of the guide portion 542a is caused by the shape of the inner diameter expanding portion 541b whose diameter is reduced with respect to the direction of the fuel flow. Since a part of the fuel stagnates in the internal space 541a, the flow velocity is greatly reduced, and the pressure is increased by that amount. Therefore, since a further pressure difference is generated before and after the movement direction of the valve body 52, the responsiveness at the time of opening the valve body 52 can be improved.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
- the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. It is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
- the discharge valve mechanism 500 includes the discharge valve spring 53
- the discharge valve mechanism may be configured by omitting the discharge valve spring 53.
- the discharge valve mechanism 500 having a configuration including the discharge valve spring 53 can obtain more stable valve body operation.
- the hole diameters of the first through hole 545 and the second through hole 546 are configured to be the same, but the hole diameters of the first through hole 545 and the second through hole 546 are the same. , It can be changed as appropriate according to the pump flow rate. Further, the number of the first through hole 545 and the second through hole 546 provided in the discharge valve holder 54 and the positions in the circumferential direction can be appropriately changed according to the pump flow rate.
- the solenoid suction valve mechanism 300 is composed of a normally open type solenoid valve.
- the suction valve mechanism is a solenoid valve that can be opened and closed electromagnetically, the effect on the low pressure portion of the high pressure fuel supply pump is substantially the same, and there is no effect on the application of the discharge valve structure of the present application.
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Abstract
吐出弁の開弁時の応答性を向上させることができる吐出弁機構及びそれを備えた高圧燃料供給ポンプを提供する。 吐出弁機構500は、一次側流路を有する弁シート部51と、弁シート部51に対して着座及び離座が可能な弁体52と、弁体52の外面に摺接可能に形成され、弁体52の移動を弁シート部51に対する接離方向にガイドするガイド部542aとを備える。ガイド部542aは、弁体52の外面との間隙が所定値以下となるように設定された部分を含む。ガイド部542aよりも上流側の内部空間541aを外部流路2gに連通させる第1の二次側流路545が弁体52の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されていると共に、ガイド部542aよりも下流側の内部空間543aを外部流路2gに連通させる第2の二次側流路546が弁体52の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されている。
Description
本発明は、吐出弁機構及びそれを備えた高圧燃料供給ポンプに関する。
自動車等の内燃機関のうち、燃料を直接的に燃焼室内部へ噴射する直接噴射タイプにおいては、燃料を高圧化するための高圧燃料供給ポンプが広く用いられている。高圧燃料供給ポンプでは、製品のグローバル展開が進められている現在、簡易な構成で低コストに製造することが重要な課題である。例えば、高圧燃料供給ポンプの一部を構成する吐出弁ユニットでは、シート面を有するシート部材と、シート面に対して接離する吐出弁部材と、吐出弁部材をシート面側へ付勢する吐出弁ばねと、これら3つの部材を収容するバルブハウジングとからなる簡素な構成のものが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
特許文献1に記載の高圧燃料供給ポンプでは、バルブ開閉時にストローク軸線の交差方向への弁の激しい変位を抑制するために、吐出弁ユニットのバルブハウジングが、吐出弁部材の最大直径位置を摺動可能に保持する規制部を有すると共に、シート部材のシート面の中心軸が吐出弁部材のストローク軸線と重なるようにシート部材を内径側に保持しており、さらに、吐出弁ユニットが、吐出弁部材とシート部材とを保持してユニット化された状態で、ポンプハウジングに形成された吐出弁ユニットに繋がる開口の内周面に圧入固定されている。
特許文献1に記載の高圧燃料供給ポンプの吐出弁ユニットにおいては、バルブハウジングにおけるストローク軸線の延在方向の吐出口側の部分(吐出側先端部)にバルブハウジング吐出孔(通路)が設けられており、吐出弁部材のストローク軸線上の前後(高圧燃料供給ポンプの加圧室側の空間と吐出口側の空間)の燃料差圧によって吐出弁部材が規制部に沿って移動することで開弁する。吐出弁部材が開弁すると、加圧室の燃料は、バルブハウジングの側面部における規制部よりも上流側の部分又は規制部の中途部分に設けたバルブハウジング吐出孔(通路)を通過して吐出口へ圧送される。
このような構造の吐出弁ユニットにおいては、吐出弁部材の開弁時にストローク軸線上の前後の燃料差圧が十分でない場合、吐出弁部材の必要なリフト量を確保することができないことや開弁動作が緩慢になることが懸念される。高圧燃料供給ポンプが大流量や高速の運転のときに、吐出弁部材の開弁時のリフト量が少なく開弁動作が遅いと、加圧室内の圧力が必要以上に上昇する。この場合、高圧燃料供給ポンプを構成する各種部品に必要以上の高圧な負荷を与えたり、高圧燃料供給ポンプの効率低下を招いたりする虞がある。
特許文献1に記載の高圧燃料供給ポンプにおいては、当該ポンプの吐出口が吐出弁ユニットのストローク軸線の延在方向に位置している。しかし、高圧燃料供給ポンプの中には、その吐出口が、吐出弁ユニットのストローク軸線の延在方向には無く、吐出弁ユニットからずれた位置に設けられている構造のものがある。このような構造では、特許文献1に記載の吐出弁ユニットのようにバルブハウジングにおけるストローク軸線の延在方向にバルブハウジング吐出孔を設けていても吐出口側の圧力を導くことができないので、通常、当該バルブハウジング吐出孔を介した燃料の流れを阻止する構造を設けている。このような構造の吐出弁ユニットでは、開弁時の吐出弁部材のストローク軸線上の移動に伴って、バルブハウジング内の吐出弁部材の2次側の燃料圧力が上昇してしまう。したがって、吐出弁部材のストローク軸線上の前後の燃料差圧を十分に確保することが特に難しくなる。
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、吐出弁の開弁時の応答性を向上させることができる吐出弁機構及びそれを備えた高圧燃料供給ポンプを提供することである。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、一次側流路を有する弁シート部と、前記弁シート部に対して着座及び離座が可能な弁体と、前記弁体の外面に摺接可能に形成され、前記弁体の移動を前記弁シート部に対する接離方向にガイドするガイド部とを備え、前記ガイド部は、前記弁体の外面と間隙が所定値以下となるように設定された部分を含み、前記ガイド部よりも上流側の内部空間を外部流路に連通させる第1の二次側流路が前記弁体の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されていると共に、前記ガイド部よりも下流側の内部空間を前記外部流路に連通させる第2の二次側流路が前記弁体の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、ガイド部が流れの絞りとして機能して流体の圧力降下が生じるので、その分、弁体の移動方向の前後の内部空間(ガイド部の上流側の内部空間と下流側の内部空間)の流体差圧がさらに増加する。したがって、増加した流体差圧によって弁体の開弁動作がより高速になるので、吐出弁機構の開弁時の応答性を向上させることができる。
上記以外の課題、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。
上記以外の課題、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。
以下、本発明の吐出弁機構及びそれを備えた高圧供給燃料ポンプの実施の形態について図面を用いて説明する。
[第1の実施の形態] まず、本発明の第1の実施の形態に係る高圧燃料供給ポンプを含む内燃機関の燃料供給システムの構成について図1を用いて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る高圧燃料供給ポンプを含む内燃機関の燃料供給システムを示す構成図である。
[第1の実施の形態] まず、本発明の第1の実施の形態に係る高圧燃料供給ポンプを含む内燃機関の燃料供給システムの構成について図1を用いて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る高圧燃料供給ポンプを含む内燃機関の燃料供給システムを示す構成図である。
図1中、破線で囲まれた部分は、高圧燃料供給ポンプの本体であるポンプボディを示している。この破線の中に示されている機構及び部品は、ポンプボディに組み込まれたものであることを示している。なお、図1は燃料供給システムの構成を模式的に示した図であり、図1に示された高圧燃料供給ポンプの構成が後述の図2以降に示される構成と異なるところがある。
図1において、内燃機関の燃料供給システムは、例えば、燃料を貯留する燃料タンク101と、燃料タンク101内の燃料を汲み上げて送出するフィードポンプ102と、フィードポンプ102から送出された燃料を加圧して吐出する高圧燃料供給ポンプ1と、高圧燃料供給ポンプ1から圧送された高圧の燃料を噴射する複数のインジェクタ103とを備えている。高圧燃料供給ポンプ1は、吸入配管104を介してフィードポンプ102に接続されていると共に、コモンレール105を介してインジェクタ103に接続されている。インジェクタ103は、エンジンの気筒数に応じてコモンレール105に装着されている。コモンレール105には、高圧燃料供給ポンプ1から吐出された燃料の圧力を検出する圧力センサ106が装着されている。本システムは、エンジンのシリンダ筒内に直接燃料を噴射するシステム、いわゆる、直噴エンジンシステムである。
高圧燃料供給ポンプ1は、燃料を加圧するための加圧室3を内部に有するポンプボディ1aと、ポンプボディ1aに組み付けられたプランジャ4、電磁吸入弁機構300、吐出弁機構500とを備えている。プランジャ4は、往復運動により加圧室3内の燃料を加圧するものである。電磁弁機構300は、加圧室3に吸入する燃料流量を調節する容量可変機構として機能するものである。吐出弁機構500は、プランジャ4により加圧された燃料をコモンレール105側へ吐出するものである。電磁弁機構300の上流側には、高圧燃料供給ポンプ1内で発生した圧力脈動が吸入配管104へ波及することを低減させる圧力脈動低減機構としてのダンパ12が設けられている。
フィードポンプ102、高圧燃料供給ポンプ1の電磁弁機構300、インジェクタ103は、エンジンコントロールユニット(以下、ECUという)107に電気的に接続されており、ECU107の出力する制御信号により制御される。ECU107には、圧力センサ106からの検出信号が入力される。
燃料供給システムでは、ECU107の制御信号に基づき駆動されたフィードポンプ102によって燃料タンク101内の燃料が汲み上げられる。この燃料は、フィードポンプ102によって適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管104を通して高圧燃料供給ポンプ1の低圧燃料吸入口2aに送られる。低圧燃料吸入口2aを通過した燃料は、ダンパ12及び吸入通路2dを介して電磁弁機構300の吸入ポート31cに至る。電磁弁機構300に流入した燃料は、吸入弁30により開閉される開口部を通過する。この燃料は、往復運動するプランジャ4の下降行程で加圧室3へ吸入され、プランジャ4の上昇行程で加圧室3内において加圧される。加圧された燃料は、吐出弁機構500を介してコモンレール105へ圧送される。コモンレール105内の高圧の燃料は、ECU107の制御信号に基づき駆動する各インジェクタ103によってエンジンの各シリンダ筒内へ噴射される。高圧燃料供給ポンプ1は、ECU107から電磁弁機構300への制御信号に応じて所望の燃料流量を吐出する。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る高圧燃料供給ポンプの各部の構成を図2及び図3を用いて説明する。図2は本発明の第1の実施の形態に係る高圧燃料供給ポンプを示す縦断面図である。図3は図2に示す本発明の第1の実施の形態に係る高圧燃料供給ポンプをIII-III矢視から見た横断面図である。
図2及び図3において、高圧燃料供給ポンプ1は、燃料を加圧する加圧室3を内部に有するポンプボディ1a、ポンプボディ1aに組み付けられたプランジャ4、電磁弁機構300、吐出弁機構500(図3のみに図示)、リリーフ弁機構600、及び、圧力脈動低減機構としてのダンパ12(図2のみに図示)を備えている。この高圧燃料供給ポンプ1は、ポンプボディ1aに設けた取付フランジ1b(図3のみに図示)を用いてエンジンのポンプ取付部111(図2のみに図示)に密着し、図示しない複数のボルトにより固定される。ポンプボディ1aにおけるポンプ取付部111と嵌合する外周面には、Oリング15(図2に図示)が嵌め込まれている。Oリング15は、ポンプ取付部111とポンプボディ1aとの間をシールし、エンジンオイル等がエンジンの外部に漏れることを防止する。
ポンプボディ1aの中央部には、長手方向(図2中、上下方向)に延在する挿入穴部1dが形成されており、挿入穴部1dにシリンダ5が圧入されて取り付けられている。シリンダ5は、プランジャ4の往復運動をガイドするものであり、ポンプボディ1aと共に加圧室3の一部を形成している。シリンダ5は、外周部に段差状の固定部5aを有している。ポンプボディ1の挿入穴部1dの開口縁部を内周側に変形させてシリンダ5の固定部5aを加圧室3側へ押圧させている。これにより、シリンダ5の加圧室3側の端面がポンプボディ1aの挿入穴部1dの底面に圧着し、加圧室3内で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。
プランジャ4の先端側(図2中、下端側)には、タペット6が設けられている。タペット6は、エンジンのカムシャフト(図示せず)に取り付けられたカム112の回転運動を直線的な往復運動に変換してプランジャ4に伝達するものである。プランジャ4は、リテーナ7を介したばね8の付勢力によりタペット6に圧着されている。これにより、カム112の回転運動に伴いプランジャ4がシリンダ5内を往復運動し、加圧室3の容積が増減する。
ポンプボディ1aには、有底の筒状部を有するシールホルダ9が固定されており、シールホルダ9の底部をプランジャ4が貫通している。シールホルダ9の内部には、プランジャ4とシリンダ5の摺動部を介して加圧室3から漏れ出る燃料を貯めておく副室9aが形成されている。
シールホルダ9の内部の底部側(図2中、下端部側)にはプランジャシール10が保持されている。プランジャシール10は、プランジャ4の外周面が摺動可能に接触するように設置されている。プランジャシール10は、プランジャ4の往復運動時に、副室9a内の燃料がエンジン側へ流出するのを防止する。同時に、エンジン内の潤滑油(エンジンオイルを含む)がエンジン側からポンプボディ1aの内部へ流入することを防止する。
ポンプボディ1aの側壁には、図3に示すように、吸入ジョイント17が取り付けられている。吸入ジョイント17には吸入配管104(図1参照)が接続され、燃料タンク101(図1参照)からの燃料が吸入ジョイント17の低圧燃料吸入口2aを介して高圧燃料供給ポンプ1の内部へ供給される。ポンプボディ1aに設けられた低圧燃料吸入口2aの直下流側の吸入通路2bには、吸入フィルタ18が配置されている。吸入フィルタ18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の流れによって高圧燃料供給ポンプ1内に吸収されることを防ぐ役目がある。
また、図2に示すように、ポンプボディ1aの先端部(図2中、上端部)には、カップ状のダンパカバー13が取り付けられている。ポンプボディ1aの先端部とダンパカバー13により低圧燃料室2cが形成されている。低圧燃料室2c内には、圧力脈動低減機構としてのダンパ12が配置されている。
図2及び図3に示すように、ポンプボディ1aの側壁には、ポンプボディ1aに形成された吸入通路2eを介して加圧室3に連通する第1取付穴部1fが設けられている。第1取付穴部1fには、電磁吸入弁機構300が取り付けられている。電磁吸入弁機構300は、吸入弁30を含む弁機構部と、電磁コイル41やアンカー45、ロッド46を含むソレノイド機構部とに大別される。
弁機構部は、例えば、吸入弁30、吸入弁ハウジング31、吸入弁ストッパ32、吸入弁付勢ばね33とからなる。吸入弁ハウジング31は、吸入弁30が着座または離座する弁シート部31aとロッド46を摺動自在に支持するロッドガイド部31bとが一体に形成されている。吸入弁ハウジング31には、低圧燃料室2cの下流側のポンプボディ1aに形成された吸入通路2dに連通する吸入ポート31cが複数設けられている。吸入弁ストッパ32は、吸入弁ハウジング31に固定されており、吸入弁30のリフト量を規制する。、吸入弁30と吸入弁ストッパ32との間には吸入弁付勢ばね33が配置され、吸入弁付勢ばね33は吸入弁30を弁シート部31a側(閉弁方向)へ付勢している。
ソレノイド機構部は、例えば、電磁コイル41及びコネクタの接続端子42を備えている。コネクタの接続端子42は、一端部側が電磁コイル41に電気的に接続され、他端部側がECU107(図1参照)側の制御ラインと接続可能となるように構成されている。
また、ソレノイド機構部は、固定部の磁気コア44と、可動部のアンカー45及びロッド46とを備えている。固定部の磁気コア44と可動部のアンカー45は、電磁コイル41の周りで磁気回路を形成する。磁気コア44とアンカー45は対向するように配置され、磁気コア44とアンカー45の対向する端面はそれぞれ相互間に磁気吸引力が作用する磁気吸引面を構成する。ロッド46は、一方側(図2及び図3中、右側)の先端部が吸入弁30に接離可能で、他方側(図2及び図3中、左側)の端部にロッド鍔部46aを有している。ロッド46は、ロッドガイド部31bの内周側及びアンカー45の内周側で摺動自在に保持されており、ロッド46の往復動作はロッドガイド部31bによってガイドされる。
磁気コア44とロッド鍔部46aの間には、ロッド付勢ばね48が配置されている。ロッド付勢ばね48は、吸入弁30の開弁方向に付勢力を与えるものである。吸入弁ハウジング31のロッドガイド部31bとアンカー45の間には、アンカー付勢ばね49が配置されている。アンカー付勢ばね49は、アンカー45を磁気コア44側へ付勢するものである。ロッド付勢ばね48は、アンカー付勢ばね49に対して、コイル34が無通電状態において吸入弁30の開弁を維持するのに必要十分な付勢力となるように設定されている。
また、図3に示すように、ポンプボディ1aの側壁には、第2取付穴部1gが設けられている。第2取付穴部1gには、吐出弁機構500が取り付けられている。吐出弁機構500は、例えば、吐出弁シート51、吐出弁シート51に対して着座及び離座が可能な弁体52と、弁体52を吐出弁シート51側に付勢する吐出弁ばね53と、弁体52及び吐出弁ばね53を収容する吐出弁ホルダ54とを備えている。第2取付穴部1gの開口部には、当該開口部を閉塞するプラグ55が配置されている。プラグ55は、溶接等によりポンプボディ1aに接合されており、燃料が外部へ漏洩するのを防ぐ機能を有している。吐出弁機構500が配置された第2取付穴部1gは、ポンプボディ1aに形成された吐出通路2fを介して加圧室3に連通していると共に、ポンプボディ1aに形成された吐出通路2gを介して後述の燃料吐出口2hに連通している。
吐出弁機構500は、加圧室3(吐出通路2f)と弁体52の二次側の内部空間(吐出通路2gに連通する内部空間)との間に燃料差圧が無い状態では、吐出弁ばね53の付勢力によって弁体52が吐出弁シート51に圧着されて閉弁状態となるように構成されている。加圧室3の燃料圧力が弁体52の二次側の内部空間の燃料圧力よりも大きくなった時に初めて、弁体52が吐出弁ばね53の付勢力に逆らって開弁するように構成されている。以上の構成の吐出弁機構500は、燃料の流通方向を制限する逆止弁として機能する。
吐出弁機構500の構造の詳細は後述する。
吐出弁機構500の構造の詳細は後述する。
また、図2及び図3に示すように、ポンプボディ1aにおける加圧室3を挟んで第1取付穴部1fの反対側には、第3取付穴部1hが設けられている。第3取付穴部1hの開口部には燃料吐出口2hを形成する吐出ジョイント19が固定されており、ポンプボディ1aの第3取付穴部1hと吐出ジョイント19の内部空間とにより形成された収容空間にリリーフ弁機構600が配置されている。
リリーフ弁機構600は、例えば、リリーフ弁シート61と、リリーフ弁シート61に接離するリリーフ弁62と、リリーフ弁62を保持するリリーフ弁ホルダ63と、リリーフ弁62をリリーフ弁シート61側へ付勢するリリーフばね64と、これらの部材61、62、63、64を内包するリリーフ弁ハウジング65とからなる。リリーフ弁ハウジング65は、リリーフ弁室を形成するリリーフボディとしても機能する。リリーフ弁ハウジング65内には、リリーフばね64、リリーフ弁ホルダ63、リリーフ弁62がこの順に挿入された後、リリーフ弁シート61が圧入固定されている。リリーフばね64は、一端側がリリーフ弁ハウジング65に当接し他端側がリリーフ弁ホルダ63に当接している。
リリーフ弁62は、リリーフばね64の付勢力がリリーフ弁ホルダ63を介して作用してリリーフ弁シート61に押圧されることで、燃料の流れを遮断する。リリーフ弁62の開弁圧力は、リリーフばね64の付勢力によって決定される。本実施の形態におけるリリーフ弁機構600は、ポンプボディ1aに形成されたリリーフ通路2iを介して加圧室3に連通している。なお、リリーフ弁機構600は、低圧燃料室2cや吸入通路2bに連通するように構成することも可能である。
リリーフ弁62は、リリーフばね64の付勢力がリリーフ弁ホルダ63を介して作用してリリーフ弁シート61に押圧されることで、燃料の流れを遮断する。リリーフ弁62の開弁圧力は、リリーフばね64の付勢力によって決定される。本実施の形態におけるリリーフ弁機構600は、ポンプボディ1aに形成されたリリーフ通路2iを介して加圧室3に連通している。なお、リリーフ弁機構600は、低圧燃料室2cや吸入通路2bに連通するように構成することも可能である。
リリーフ弁機構600は、コモンレール105(図1参照)やその先の部材に何らかの問題が生じてコモンレール105が異常に高圧になった場合に作動するよう構成された弁機構である。すなわち、リリーフ弁機構600は、リリーフ弁62の上流側と下流側との差圧が設定圧力を超えた場合に、リリーフばね64の付勢力に抗してリリーフ弁62が開弁するように構成されている。リリーフ弁機構600は、コモンレール105内の圧力が高くなった場合に開弁して燃料を加圧室11または低圧燃料室2c等に戻す機能を有している。なお、本実施の形態におけるリリーフ弁機構600は、開弁した場合に燃料を加圧室3に戻すものなので、所定の圧力以下では閉弁状態を維持する必要があり、加圧室3の高圧に対抗するための強力なリリーフばね64を有している。
次に、高圧燃料供給ポンプの動作を図2~図3を用いて説明する。
図3に示す高圧燃料供給ポンプ1では、燃料が吸入ジョイント17の低圧燃料吸入口2aから流入し、燃料中の異物が吸入フィルタ18によって除去される。その後、図2に示す低圧燃料室2cに流入した燃料は、低圧燃料室2c内のダンパ12によって圧力脈動が低減され、吸入通路2dを介して電磁吸入弁機構300に至る。
図2に示すプランジャ4がカム112の回転によってカム112側に移動する下降運動をする場合、加圧室3の容積が増加し、加圧室3内の燃料圧力が低下する。このとき、加圧室3内の燃料圧力が電磁吸入弁機構300の吸入ポート31cの圧力よりも低くなると、電磁吸入弁機構300の吸入弁30が開口状態になる。このため、燃料は、吸入弁30の開口部を通り加圧室3に流入する。この状態を吸入工程と称する。
プランジャ4は、下降運動の終了後に上昇運動に転じる。ここでは、電磁コイル41は無通電状態が維持されたままであり、磁気付勢力は生じていない。この場合、ロッド付勢ばね48の付勢力によって、吸入弁30が開弁状態で維持されている。加圧室3の容積はプランジャ4の上昇運動に伴い減少するが、吸入弁30が開弁した状態では、加圧室3に一度吸入された燃料が再び吸入弁30の開口部を通して吸入通路2dへと戻されるので、加圧室3の圧力が上昇することは無い。この状態を戻し行程と称する。
この状態で、ECU107(図1参照)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41には端子42を介して電流が流れる。すると、磁気コア44とアンカー45との間に磁気吸引力が作用し、磁気コア44とアンカー45が対向する磁気吸引面で衝突する。磁気吸引力がロッド付勢ばね48の付勢力に打ち勝ってアンカー45を付勢し、アンカー45がロッド鍔部46aと係合してロッド46を吸入弁30から離れる方向に移動させる。
このとき、吸入弁付勢ばね33の付勢力及び燃料の吸入通路2dへの流れ込みによる流体力によって吸入弁30が閉弁する。吸入弁30の閉弁により、加圧室3の燃料圧力は、プランジャ4の上昇運動に応じて上昇し、燃料吐出口2hの圧力以上になると、図3に示す吐出弁機構500の吐出弁52が開弁する。これにより、加圧室3の高圧の燃料は、吐出通路2f、吐出弁機構500、吐出通路2gを介して燃料吐出口2hから吐出され、コモンレール105(図1参照)へ供給される。この状態を吐出行程と称する。
すなわち、図2に示すプランジャ4の下始点から上始点までの間の上昇運動は、戻し行程と吐出行程とからなる。また、電磁吸入弁機構300の電磁コイル41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流量を制御することができる。電磁コイル41へ通電するタイミングを早くすれば、プランジャ4の上昇運動中の、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。すなわち、吸入通路2dに戻される燃料が少なくなる一方、高圧吐出される燃料は多くなる。それに対して、通電するタイミングを遅くすれば、上昇運動中の、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。すなわち、吸入通路2dに戻される燃料が多くなる一方、高圧吐出される燃料は少なくなる。電磁コイル41への通電タイミングは、ECU107からの指令によって制御される。
なお、何等かの故障等により、燃料吐出口2hの圧力がリリーフ弁機構600のセット圧力より大きくなった場合、リリーフ弁62が開弁状態となり、異常高圧の燃料がリリーフ通路2iを介して加圧室3にリリーフされる。
以上のように、高圧燃料供給ポンプ1では、電磁コイル41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が必要とする量に制御することができる。
ところで、図3に示す吐出弁機構500は、弁体52の移動方向の前後に位置する一次側の吐出弁シート51の内部空間と二次側の吐出弁ホルダ54内の燃料差圧によって移動することで開弁するものである。吐出弁機構500の開弁時に、弁体52の一次側と二次側の燃料差圧が不十分な場合、弁体52の必要なリフト量を確保することができないことや開弁動作が緩慢になることが懸念される。高圧燃料供給ポンプ1が大流量や高速の運転のときに、弁体52の開弁時のリフト量が少なく開弁動作が遅いと、高圧燃料供給ポンプ1の加圧室3内の圧力が必要以上に上昇する。開弁時に弁体52のリフト量が少なく動作が遅いと、高圧燃料供給ポンプ1の加圧室3内の圧力が必要以上に上昇する。この場合、高圧燃料供給ポンプ1を構成するポンプボディ1aやタペット6に対して必要以上の高圧な負荷を与えたり、高圧燃料供給ポンプ1の効率低下を招いたりする虞がある。そこで、本実施の形態に係る吐出弁機構500は、弁体52の一次側と二次側の燃料差圧を十分に確保することができる構造を備えることで、弁体52の開弁時の応答性を向上させるものである。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る吐出弁機構の詳細な構造を図4及び図5を用いて説明する。図4は図3に示す本発明の第1の実施の形態に係る吐出弁機構を拡大した状態で示す断面図である。図5は本発明の第1の実施の形態に係る吐出弁機構を分解した状態で示す斜視図である。
図4及び図5において、吐出弁機構500は、上述したように、吐出弁シート51、弁体52、吐出弁ばね53、吐出弁ホルダ54を備えている。
吐出弁シート51は、内部空間が燃料の一次側流路511aを形成する筒状のシート本体部511と、シート本体部511の軸方向一方側(図4中、左側)に一体に設けられ径方向外側へ突出する環状のフランジ部512とで構成されている。吐出弁シート51は、シート本体部511の軸方向他方側(図4中、右側)の一次側流路511aの開口縁部にシート面511bを有している。シート面511bは、弁体52が着座することで一次側流路511aが閉塞されるように構成されており、例えば、一次側流路511aの軸方向外側に向かって徐々に拡径するテーパ面に形成されている。吐出弁シート51は、フランジ部512側が加圧室3(吐出流路2f)側を向くように配置されており、フランジ部512の外周面が第2取付穴部1gの内周面に圧入されることでポンプボディ1aに固定されている。
弁体52は、吐出弁ホルダ54の内部に保持された状態で、吐出弁シート51の一次側流路511aの下流側に配置されている。弁体52は、例えば、吐出弁シート51のテーパ状のシート面511bに対して線接触が可能なボール弁で構成されている。
吐出弁ばね53は、例えば、コイルばねで構成されている。吐出弁ばね53は、弁体52と共に吐出弁ホルダ54の内部に収容されており、一端側(図4中、左端側)が弁体52に当接すると共に他端側(図4中、右端側)が吐出弁ホルダ54の後述の底部543bに当接している。吐出弁ばね53は、その自然長が弁体52及び吐出弁ばね53の全体を吐出弁ホルダ54内に収容可能となる長さに設定されている。これにより、吐出弁ばね53及び弁体52をこの順で吐出弁ホルダ54内に挿入してから組み立てることが可能となり、吐出弁機構500の組立性が向上する。
吐出弁ホルダ54は、例えば、一方側が開口する有底の筒状部材であり、開口側が吐出弁シート51側を向き底部側が第2取付穴部1gの開口側を向くように配置されている。
吐出弁ホルダ54は、開口側から底部側に向かって順に、吐出弁シート51のシート本体部511のシート面511b側の部分を内包する第1筒状部541と、内部に弁体52を保持する第2筒状部542と、内部空間が吐出弁ばね53を収容するばね室543aを形成し底部543bを有する第3筒状部543とが一体に形成されて構成されている。
吐出弁ホルダ54は、開口側から底部側に向かって順に、吐出弁シート51のシート本体部511のシート面511b側の部分を内包する第1筒状部541と、内部に弁体52を保持する第2筒状部542と、内部空間が吐出弁ばね53を収容するばね室543aを形成し底部543bを有する第3筒状部543とが一体に形成されて構成されている。
第1筒状部541は、例えば、その先端部の端面が吐出弁シート51のフランジ部512のシート面511b側の端面に当接すると共に、その先端部の外周面が第2取付穴部1gの内周面に圧入されるように形成されている。第1筒状部541の内部空間541aは、吐出弁シート51の一次側流路511aを通過した燃料が流入する流路を形成している。
第2筒状部542には、弁体52の移動を吐出弁シート51に対する接離方向にガイドするガイド部542aが形成されている。ガイド部542aは、弁体52の外径よりも僅かに大きな内径を有する内周面によって構成されたものであり、第1筒状部541の内周面に連続している。すなわち、ガイド部542aは、弁体52の外面に摺接可能に形成されている。ガイド部542aと弁体52の外面との間の間隙は、当該間隙を流体が通過したときに所定以上の圧力降下が生じる流れの絞りとして機能する大きさに設定されている。すなわち、ガイド部542aは、弁体52の外面との間隙がシミュレーションや実験等の解析によって得られた所定値以下となるように形成されている。ガイド部542aと弁体52の間隙(第2筒状部542のガイド部542aの位置に形成された内部空間)は、第1筒状部541の内部空間541a(流路)よりも下流側に位置する流路を形成している。
ここで、ガイド部542aと弁体52の間隙が絞りとして機能する設定可能な数値範囲の具体例を以下に示す。以下は、弁体52としてボール弁を用いた場合であり、当該間隙はガイド部542aの内径から弁体52の直径を差し引いたものである。
第1に、絞りとして機能する間隙うち、実用上最適な間隙δ1の数値範囲を示す。この間隙δ1は、弁体52の移動速度が1[m/s]の場合を想定している。
一般的な市販乗用車のエンジン排気量は2~3リッター以下が大半であり、それらエンジンで消費される燃料(=燃料ポンプの吐出流量)にはおおよその相場がある。一般的なガソリンエンジン用ポンプの流量を鑑みて、所望の圧力降下を得るための隙間δ1は、例えば弁体52の直径dが4.76[mm]の場合、間隙δ1は、1.24[mm]となる。公差を±0.05[mm]とした場合、間隙δ1の下限は1.19[mm]であり、上限は1.29[mm]である。ここで、直径dを4.76としたのは、市場でよく流通しているボール径の規格であるためだが、この値に限定する必要はない。
原理的には弁体52の質量は直径dの3乗に比例する。また、弁体52に作用する差圧力(駆動力)は、弁体直径dの4乗に比例し、隙間δ1の2乗に反比例する。物理的に加速度は駆動力/質量であるので、弁体52の加速度は直径dの平方根(√d)に比例し、隙間δ1の2乗(δ12)に反比例する。弁体52の挙動が同等となる設計としては、加速度が同等となるような直径dと隙間δ1の選択をすればよい。すなわち、隙間δ1は直径dの平方根(√d)に比例する。
この考えに基づくと、例えば直径dがガソリンポンプとしては小さめの3mmの場合、間隙δ1の範囲は以下となる。間隙δ1の下限は、前述の弁体52の直径の2乗根(√)に比例して小さくなり、0.94(=1.19×√(3/4.76))[mm]となる。
また、間隙δ1の上限は、1.02(=1.29×√(3/4.76))[mm]となる。
また、間隙δ1の上限は、1.02(=1.29×√(3/4.76))[mm]となる。
弁体52の直径dは大きい方で6[mm]程度が想定される。この場合、間隙δ1の下限は、前述の弁体52の直径の2乗根(√)に比例して小さくなり、1.34(=1.19×√(6/4.76))[mm]となる。一方、間隙δ1の上限は、1.45(=1.29×√(6/4.76))[mm]となる。
前述では、弁体52の移動速度が1m/sの具体例として説明したが、ポンプの性能や仕様によってはこれよりも多少大きい、または小さくてもよい。そこで、現実的な例として、移動速度が0.5m/sおよび2m/sの場合の間隙δ2の数値を以下説明する。
一般的な等価速度運動では、平均速度を2倍とする場合は、加速度は4倍を見込む。先述では弁体52の加速度は直径dの平方根(√d)に比例するため、隙間δ2は1/2倍とすればよい。同様に、加速度を1/4倍とするためには、隙間δ2は2倍とすればよい。
例えば、弁体52の直径dが4.7mmで、移動速度が2m/sのとき、隙間δ2は1m/sの場合の1/2倍となる。したがって、弁体直径dが4.76mmの場合、隙間δ2の下限は1.24/2=0.62となる。同様に、弁体52の移動速度が0.5m/sのとき、隙間δ2は移動速度が1m/sの場合の2倍となる。したがって、弁体直径dが4.76mmの場合、隙間δ2の上限は1.24×2=2.48mmとなる。このようなレベルの数値であれば、弁体を素早く動かす絞り効果として機能できる。
弁体52の直径dが3mmの場合の隙間δ2の上限及び下限は以下の計算値となる。δ2の上限は、1.97(=2.48×√(3/4.76))となる。また、δ2の下限は、0.49(=0.62×√(3/4.76))となる。
同じく、弁体52の直径dが6mmの場合の隙間δ2の上限及び下限は以下の計算値となる。δ2の上限は、2.78(=2.48×√(6/4.76))となる。また、δ2の下限は、0.70(=0.62×√(6/4.76))となる。
上述した弁体52の直径dと絞りとして機能する間隙δ1、δ2との関係を特性図として以下に示す。
第2筒状部542には、また、弁体52のリフト方向(開弁方向)の移動を規制するストッパ部542bが形成されている。ストッパ部542bは、ガイド部542aよりも第3筒状部543側に位置する内周面によって構成されたものであり、ガイド部542aに連続している。ストッパ部542bを構成する第2筒状部542の内周面は、その内径がガイド部542aの内径よりも小さく、ガイド部542a側から第3筒状部543側に向かって徐々に縮径するテーパ面で構成されている。すなわち、ストッパ部542bは、弁体52の外面に当接可能に形成されている。第2筒状部542のストッパ部542bの位置に形成された内部空間は、ガイド部542aの位置に形成された内部空間(流路)よりも下流側で、且つ、第3筒状部543のばね室543aよりも上流側の流路を形成している。すなわち、ストッパ部542bは、ガイド部542aとばね室543aの間の位置に形成されている。
第3筒状部543は、ばね室543aを形成する内周面が第2筒状部542のストッパ部542bに連続している。ばね室543aは、第2筒状部542のストッパ部542bの位置に形成された内部空間(流路)よりも下流側に位置する流路を形成している。第3筒状部543は、外周面から径方向外側に突出して周方向に延在する環状の突条部543cを有している。突条部543cは、その外周面が第2取付穴部1gの内周面に圧入されている。
第2筒状部542のガイド部542aよりも吐出弁シート51に近い位置にある第1筒状部541には、径方向に貫通する第1貫通孔545が複数(例えば、図5では4つ)形成されている。複数の第1貫通孔545は、図5に示すように吐出弁ホルダ54の周方向に間隔をあけて配列されている。第1貫通孔545は、例えば、すべて同一の孔径となるように形成されている。第1貫通孔545は、ガイド部542aよりも上流側に位置する第1筒状部541の内部空間541aを外部流路である吐出流路2gに連通させる第1の二次側流路を構成するものであり、弁体52の移動方向(接離方向)の側方(吐出弁ホルダ54の径方向外側)に燃料を流出させるものである。
第2筒状部542のガイド部542a及びストッパ部542bよりも吐出弁シート51から離れた位置にある第3筒状部543には、径方向に貫通する第2貫通孔546が複数(例えば、図5では4つ)形成されている。複数の第2貫通孔546は、例えば図5に示すように、吐出弁ホルダ54の周方向に間隔をあけて配列されると共に、複数の第1貫通孔545に対して軸方向に並ぶように配置されている。第2貫通孔546は、例えば、すべて同一の孔径となるように形成されている。第2貫通孔546は、ガイド部542aよりも下流側に位置する第3筒状部543のばね室543aを外部流路である吐出流路2gに連通させる第2の二次側流路を構成するものであり、弁体52の移動方向(接離方向)の側方(吐出弁ホルダ54の径方向外側)に燃料を流出させるものである。
第1貫通孔545と第2貫通孔546は、例えば、両者の孔径が同一となるように形成することが可能である。この場合、第1貫通孔545と第2貫通孔546の加工時に、孔を穿つドリルを交換する必要がない。また、第1貫通孔545の孔径を第2貫通孔546の孔径以上となるように設定することも可能である。これは、絞りとして機能するガイド部542aを通過して第2貫通孔546を流れる流体の流量が、絞りの抵抗の分、第1貫通孔545よりも相対的に少なくなることを反映させたものである。
第3筒状部543の底部543bの内面は、吐出弁ばね53の受け座として機能している。第3筒状部543の底部543bには、軸方向に貫通する第3貫通孔547が形成されている。
吐出弁ホルダ54の径方向外側には、環状流路57が形成されている。環状流路57は、吐出弁ホルダ54の外周面と第2取付穴部1gの内周面と形成されており、吐出通路2gに接続されている。環状流路57には、吐出弁ホルダ54の第1貫通孔545及び第2貫通孔546が開口している。
プラグ55は、吐出弁機構500と別に第2取付穴部1gへ挿入され、吐出弁ホルダ54の底部543bに接触させるように配置されている。これにより、プラグ55は、吐出弁ホルダ54の抜けを防止する機能を有している。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る吐出弁機構の動作及び作用について図4を用いて説明する。図4中、太い矢印L1、L2、L3、L4はそれぞれ燃料の流れを示している。
吐出弁機構500は、弁体52が吐出弁ばね53の付勢力によって吐出弁シート51のシート面511bに圧着されて閉弁状態となる。この状態において、高圧燃料供給ポンプ1の圧縮工程で加圧された燃料が加圧室3(図3参照)から吐出流路2fを通って吐出弁機構500に導入される。
弁体52の1次側である吐出弁シート51の1次側流路511a内の燃料と弁体52の2次側である吐出弁ホルダ54のばね室543a等の内部空間の燃料との間に圧力差が発生する。当該燃料圧力差によって生じる力が吐出弁ばね53の付勢力よりも大きな力になると、弁体52のリフトが開始される。弁体52は、吐出弁ホルダ54のガイド部542aにガイドされて軸線に沿ってストッパ部542b側へ移動する。
弁体52が開弁すると、燃料は弁体52と吐出弁シート51の開口部との隙間を通過して吐出弁ホルダ54の第1筒状部541の内部空間541a内に流入する(流れL1を参照)。吐出弁シート51の開口部を通過した燃料の一部は、吐出弁ホルダ54の第1貫通孔545を通過して環状流路57に流入する(流れL2を参照)。一方、当該燃料の残りは、吐出弁ホルダ54のガイド部542aと弁体52の外面との間隙を通過して吐出弁ホルダ54のばね室543aに流入した後、第2貫通孔546を通過して環状流路57に流入する(流れL3を参照)。第1貫通孔545及び第2貫通孔54を介して環状流路57に流入した燃料は合流して吐出流路2gを通過し燃料吐出口2h(図3参照)に向かう(L4を参照)。
弁体52の開弁の開始時に燃料が吐出弁ホルダ54のガイド部542aと弁体52の外面との間隙を通過する際、当該間隙が流れの絞りとして機能するので、ばね室543aに流入した燃料は、第1筒状部541の内部空間541aの燃料よりも圧力が降下した状態となる。これにより、弁体52の移動方向の前後に更なる圧力差が生じるので、弁体52に作用するリフト方向の力が増大する。その結果、弁体52の開弁速度(リフト速度)が上昇するので、弁体52がより短時間で大きなリフト量に達することができる。すなわち、弁体52の開弁時の応答性が向上する。弁体52の高速な開弁動作によって、加圧室3内の燃料が吐出弁機構側へ阻害されることなくスムーズに流出するので、加圧室3内の過度な圧力上昇を防止することができる。したがって、ポンプ効率の向上や部材強度上の負荷の低減を図ることができる。
また、第1貫通孔545及び第2貫通孔546を介して環状流路57に流入して合流した燃料は、環状流路57内で旋回流を形成してから吐出流路2fへ流出する。環状流路57内の旋回流は、第1筒状部541の内部空間541aやばね室543aを流れる燃料よりも高速になり、その分、圧力降下が生じる。このとき、環状流路57の圧力降下の影響が第2貫通孔546を介してばね室543aに及び、ばね室543aの圧力もさらに低下した状態となる。これにより、弁体52の移動方向の前後に更なる圧力差が生じるので、弁体52の開弁時の応答性が向上する。
なお、弁体52の開弁時の吐出弁機構500の圧力分布は、概略以下のようである。燃料圧力が最も高い領域は吐出弁シート51の一次側流路511aであり、次に高い領域は吐出弁ホルダ54の第1筒状部541の内部空間541a(第1筒状部541と吐出弁シート51のシート本体部511と弁体52とで挟まれる空間)である。これは、開弁した弁体52と吐出弁シート51のシート面511bの隙間を燃料が通過する際に生じる圧力損失の影響である。第1筒状部541の内部空間541aよりも燃料圧力が低い領域は、吐出弁ホルダ54のばね室543aである。これは、ばね室543aの上流側に位置する絞りとして機能する吐出弁ホルダ54のガイド部542aの間隙を燃料が通過する際に生じる圧力降下の影響である。ばね室543aよりも燃料圧力が低い領域は、吐出弁ホルダ54の第1貫通孔545及び第2貫通孔546の下流側に位置する環状流路57である。
これは、環状流路57内に形成された旋回流が第1筒状部541の内部空間541aやばね室543a内の流れよりも高速である分、圧力降下が生じるからである。以上から、弁体52の開弁時の吐出弁機構500の圧力分布は、吐出弁シート51の一次側流路511a、吐出弁ホルダ54の第1筒状部541の内部空間541a、ばね室543a、環状流路57の順に低下していく。
これは、環状流路57内に形成された旋回流が第1筒状部541の内部空間541aやばね室543a内の流れよりも高速である分、圧力降下が生じるからである。以上から、弁体52の開弁時の吐出弁機構500の圧力分布は、吐出弁シート51の一次側流路511a、吐出弁ホルダ54の第1筒状部541の内部空間541a、ばね室543a、環状流路57の順に低下していく。
上述したように、本発明の第1の実施の形態に係る吐出弁機構500は、一次側流路511aを有する吐出弁シート(弁シート部)51と、吐出弁シート(弁シート部)51に対して着座及び離座が可能な弁体52と、弁体52の外面に摺接可能に形成され、弁体52の移動を吐出弁シート(弁シート部)51に対する接離方向にガイドするガイド部542aとを備えている。ガイド部542aは、弁体52の外面との間隙が所定値以下となるように設定された部分を含んでいる。ガイド部542aよりも上流側の内部空間541aを吐出流路(外部流路)2gに連通させる第1の二次側流路としての第1貫通孔545が弁体52の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されていると共に、ガイド部542aよりも下流側のばね室(内部空間)543aを吐出流路(外部流路)2gに連通させる第2の二次側流路としての第2貫通孔546が弁体52の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されている。
この構成によれば、ガイド部542aが流れの絞りとして機能して流体の圧力降下が生じるので、その分、弁体52の移動方向の前後の内部空間(ガイド部542aの上流側の内部空間541aと下流側の内部空間543a)の流体差圧がさらに増加する。したがって、増加した流体差圧によって弁体52の開弁動作がより高速になるので、吐出弁機構500の開弁時の応答性を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500は、弁体52の外面に当接可能に形成され、弁体52のリフト方向の移動を規制するストッパ部542bを更に備えている。この構成によれば、弁体52の移動方向の前後の内部空間(ガイド部542aの上流側の内部空間541aと下流側の内部空間543a)の流体差圧が増加しても、弁体52が必要以上にリフトされることを防止することができる。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500においては、ストッパ部542bがガイド部542aと第2貫通孔(第2の二次側流路)546の間の位置に形成されている。この構成によれば、第2貫通孔546の形成位置としてストッパ部542bを回避することで、第2貫通孔546の製作の手間を少なくすることが可能となる。例えば、ストッパ部542bをテーパ状に形成した場合、第2貫通孔546をストッパ部542bの位置に形成すると、第2貫通孔546の製作時にバリが生じやすくなる。この場合、バリ取りの工程に手間が生じる。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500は、弁体52を内部に保持すると共に、ガイド部542aが形成された筒状の吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54を備えている。この構成によれば、吐出弁ホルダ54が弁体52のガイドも兼ねるので、吐出弁機構500を簡素に構成することができる。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500においては、第1の二次側流路がガイド部542aよりも吐出弁シート(弁シート部)51に近い位置で吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54を径方向に貫通する第1貫通孔545によって構成され、第2の二次側流路がガイド部542aよりも吐出弁シート(弁シート部)51から離れた位置で吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54を径方向に貫通する第2貫通孔546によって構成されている。この構成によれば、第1貫通孔545及び第2貫通孔546が1つの吐出弁ホルダ54に形成されるので、吐出弁機構500を簡素に構成することができる。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500においては、吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54の径方向外側に環状流路57が形成され、第1貫通孔545及び第2貫通孔546がそれぞれ環状流路57に開口している。この構成によれば、第1貫通孔545及び第2貫通孔546を介して環状流路57に流入した燃料が旋回流を形成して吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54の内部の流れよりも高速になるので、その分、環状流路57に圧力降下が生じる。環状流路57の圧力降下が第2貫通孔546を介してガイド部542aの下流側の内部空間543aに伝播して内部空間543aの圧力が低下するので、弁体52の移動方向の前後に更なる圧力差が生じ、弁体52の開弁時の応答性が向上する。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500においては、第1貫通孔545が吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54の周方向に複数形成され、第1貫通孔545の孔径はすべて同一である。この構成によれば、第1貫通孔545の加工時にドリルを交換する必要がなく、第1貫通孔545の製作が容易である。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500においては、第2貫通孔546が吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54の周方向に複数形成され、第2貫通孔546の孔径はすべて同一である。この構成によれば、第2貫通孔546の加工時にドリルを交換する必要がなく、第2貫通孔546の製作が容易である。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500においては、第1貫通孔545及び第2貫通孔546は、両者の孔径が同一となるように形成されている。この構成によれば、第1貫通孔545と第2貫通孔546の加工時にドリルを交換する必要がなく、第1貫通孔545と第2貫通孔546の両工程の工数増加を抑制することができる。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500においては、第1貫通孔545の孔径が第2貫通孔546の孔径以上となるように設定する構成も可能である。この構成によれば、第1貫通孔545と第2貫通孔546を流れる流量比に応じて孔径を設定することで、第1貫通孔545及び第2貫通孔546を通過する燃料に過度な圧力損失が生じることを回避することができ、高圧状態のまま燃料を吐出することが可能となる。
また、本実施の形態に係る高圧燃料供給ポンプ1は、上記した吐出弁機構500を備えているので、開弁時の応答性が向上した吐出弁機構500を得ることができる。
[第2の実施の形態] 次に、本発明の第2の実施の形態に係る吐出弁機構およびそれを備えた高圧燃料供給ポンプの構成を図6~図8を用いて説明する。図6は本発明の第2の実施の形態に係る吐出弁機構を第1貫通孔を含む平面で切断した断面図である。図7は本発明の第2の実施の形態に係る吐出弁機構を図6に示す切断面とは異なる第2貫通孔を含む平面で切断した断面図である。図8は本発明の第2の実施の形態に係る吐出弁機構の一部を構成する吐出弁ホルダを示す斜視図である。なお、図6~8において、図1~図5に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図6及び図7に示す本発明の第2の実施の形態に係る吐出弁機構500Aが第1の実施の形態に係る吐出弁機構500(図4及び図5参照)と相違する点は、吐出弁機構500Aを構成する各部材のうち、吐出弁シート51A及び吐出弁ホルダ54Aの構造が異なることである。特に、吐出弁ホルダ54Aに設けた第1貫通孔545A(図6のみ図示)及び第2貫通孔(図7のみ図示)の位置や相対的な配置が異なっていることである。
具体的には、吐出弁シート51Aは、内部空間が燃料の一次側流路511aを形成する筒状のシート本体部511と、シート本体部511の軸方向一方側(図6及び図7中、右側)に一体に設けられ径方向外側へ突出する環状のフランジ部512Aとで構成されている。吐出弁シート51Aは、シート本体部511のフランジ部512A側の一次側流路511aの開口縁部にシート面511bを有している。吐出弁シート51Aは、フランジ部512A側が弁体52側に向くように配置されており、シート本体部511の先端部側の外周面が加圧室3側の吐出流路2fの内周面に圧入されることでポンプボディ1aに固定されている。
吐出弁ホルダ54Aは、開口側から底部側に向かって順に、吐出弁シート51Aのフランジ部512Aの端面に当接する第1筒状部541Aと、ガイド部542a及びストッパ部542bが形成されて弁体52を内部に保持する第1の実施の形態と同様な構造の第2筒状部542と、ばね室543a及び突条部543cを有する第1の実施の形態と同様な構造の有底の第3筒状部543とが一体に形成されて構成されている。第1筒状部541A(第2筒状部542のガイド部542a側から吐出弁シート51A側に向かう部分)は、内径がガイド部542a側から吐出弁シート51A側に向かて(先端側に向かって)徐々に拡径するように形成された内径拡大部(内周面)541bを有している。内径拡大部541bは、内部空間541aを形成するものであり、ガイド部542aに連続している。
第1貫通孔545Aは、図6に示すように、第1筒状部541Aにおける第2筒状部542寄りの部分から第2筒状部542のうちガイド部542aの一部分までの位置に形成されている。すなわち、第1貫通孔545Aは、第1筒状部541Aの内径拡大部541bの一部分及び第2筒状部542のガイド部542aの一部分に開口している。第1貫通孔545Aは、ガイド部542aよりも上流側に位置する第1筒状部541の内部空間541a及びガイド部542aの位置に形成された内部空間を吐出流路2gに連通させる第1の二次側流路を構成するものであり、弁体52の移動方向の側方(吐出弁ホルダ54Aの径方向外側)に燃料を流出させるものである。
第2貫通孔546Aは、図7に示すように、第2筒状部542のうちストッパ部542bの位置に形成されている。すなわち、第2貫通孔546Aは、第1貫通孔545Aよりも吐出弁シート51Aから離れる位置で吐出弁ホルダ54Aを径方向に貫通し、第2筒状部542のストッパ部542bに開口している。第2貫通孔546Aは、ガイド部542aよりも下流側のストッパ部542bの位置に形成された内部空間を吐出流路2gに連通させる第2の二次側流路を構成するものであり、弁体52の移動方向の側方(吐出弁ホルダ54Aの径方向外側)に燃料を流出させるものである。
第1貫通孔545Aは、図8に示すように、吐出弁ホルダ54Aの周方向に間隔をあけて複数(図8では4つ)形成されている。第1貫通孔545Aは、例えば、すべて同一の孔径となるように形成されている。第2貫通孔546Aは、吐出弁ホルダ54Aの周方向に間隔をあけて複数(図8では4つ)形成されている。第2貫通孔546Aは、例えば、すべて同一の孔径となるように形成されている。複数の第1貫通孔545Aと第2貫通孔546Aは、周方向の位置が互い違いになるように配置される(図8では、互いが45°ずれている)と共に、軸方向の位置が第1の実施の形態の場合よりも接近した位置に配置されている。このような構成の吐出弁ホルダ54Aは、その長さを第1の実施の形態の吐出弁ホルダ54よりも短くすることが可能である。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る吐出弁機構の動作及び作用について図6及び図7を用いて説明する。図6及び図7中、太い矢印L1、L2、L3、L4は、それぞれ燃料の流れを示している。
図6及び図7に示す吐出弁機構500Aでは、弁体52が開弁すると、燃料が弁体52と吐出弁シート51Aの開口部との隙間を通過して吐出弁ホルダ54Aの第1筒状部541の内部空間541a内に流入する(流れL1を参照)。第1筒状部541の内部空間541a内に流入した燃料の一部は、図6に示すように、吐出弁ホルダ54Aの第1貫通孔545Aを通過して環状流路57に流入する(流れL2を参照)。一方、当該燃料の残りは、図7に示すように、吐出弁ホルダ54Aのガイド部542aと弁体52の外面との間隙を通過してから第2貫通孔546Aを介して環状流路57に流入する(流れL3を参照)。図6及び図7に示すように、第1貫通孔545A及び第2貫通孔546Aを介して環状流路57に流入した燃料は、合流して吐出流路2gを通過し燃料吐出口2h(図3参照)に向かう(L4を参照)。
第1の実施の形態と同様に、図7に示すように、弁体52の開弁の開始時に燃料が吐出弁ホルダ54Aのガイド部542aと弁体52の外面との間隙を通過する際、当該間隙が流れの絞りとして機能する。したがって、第2貫通孔546Aに流入する燃料は、第1筒状部541Aの内部空間541aの燃料よりも圧力が降下した状態となる。したがって、第2貫通孔546Aが開口しているストッパ部542bの位置に形成されている内部空間に繋がっているばね室543a内の圧力は、第1筒状部541Aの内部空間541aよりも圧力が降下した状態となる。したがって、弁体52の移動方向の前後に更なる圧力差が生じるので、弁体52に作用するリフト方向の力が増大する。その結果、弁体52の開弁速度(リフト速度)が上昇するので、弁体52の開弁時の応答性が向上する。
ただし、図6に示すように、ガイド部542aの一部分に第1貫通孔545Aが開口しているので、ガイド部542aと弁体52の外面との間隙による流れの絞りの効果は、第1の実施の形態の場合よりも小さくなる。すなわち、当該間隙を通過した燃料の圧力降下が小さくなり、その分、弁体52の移動方向の前後に燃料差圧が小さくなる。
これに関して、本実施の形態においては、図8に示すように、複数の第1貫通孔545Aと第2貫通孔546Aの周方向の位置が互い違いになるように配置している。したがって、図7に示すように、ガイド部542aと弁体52の外面との間隙から第2貫通孔546Aに最短距離で向かう流れ(L3参照)の途中に第1貫通孔545Aが配置されていないので、当該間隙による流れの絞りの効果の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態においては、図6及び図7に示すように、吐出弁ホルダ54Aの第1筒状部541Aに、ガイド部542a側から吐出弁シート51A側に向かって徐々に拡径する内径拡大部541bを形成している。この構成では、内径拡大部541bにより形成された第1筒状部541の内部空間541a内に燃料が流入すると(流れL1を参照)、第1貫通孔545A又はガイド部542aに向かう燃料の流れの他に、燃料の流れの一部が内径拡大部541bの形状によって第1筒状部541の内部空間541a内で淀む。
第1筒状部541の内部空間541a内で淀んだ燃料は、流速が大きく低下するので、その分、圧力が上昇した状態となる。すなわち、第1筒状部541の内部空間541aの圧力が上昇する。したがって、弁体52の移動方向の前後に更なる圧力差が生じるので、弁体52に作用するリフト方向の力が増大する。その結果、弁体52の開弁速度(リフト速度)が上昇するので、弁体52の開弁時の応答性が向上する。
第1筒状部541の内部空間541a内で淀んだ燃料は、流速が大きく低下するので、その分、圧力が上昇した状態となる。すなわち、第1筒状部541の内部空間541aの圧力が上昇する。したがって、弁体52の移動方向の前後に更なる圧力差が生じるので、弁体52に作用するリフト方向の力が増大する。その結果、弁体52の開弁速度(リフト速度)が上昇するので、弁体52の開弁時の応答性が向上する。
また、第1貫通孔545A及び第2貫通孔546Aを介して環状流路57に流入して合流した燃料は、第1の実施の形態と同様に、環状流路57内で高速な旋回流を形成するので、その分、圧力降下が生じる。このとき、環状流路57の圧力降下の影響が第2貫通孔546Aを介してばね室543aに及ぶので、ばね室543aの圧力もさらに低下した状態となる。これにより、弁体52の移動方向の前後に更なる圧力差が生じるので、弁体52に作用するリフト方向の力が増大する。その結果、弁体52の開弁速度(リフト速度)が上昇するので、弁体52の開弁時の応答性が向上する。
上述したように、本発明の第2の実施の形態に係る吐出弁機構500Aは、一次側流路511aを有する吐出弁シート(弁シート部)51Aと、吐出弁シート(弁シート部)51Aに対して着座及び離座が可能な弁体52と、弁体52の外面に摺接可能に形成され、弁体52の移動を吐出弁シート(弁シート部)51Aに対する接離方向にガイドするガイド部542aとを備えている。ガイド部542aは、弁体52の外面との間隙が所定値以下となるように設定された部分を含んでいる。ガイド部542aよりも上流側の内部空間541a及びガイド部542aの位置に形成された内部空間を吐出流路(外部流路)2gに連通させる第1の二次側流路としての第1貫通孔545Aが弁体52の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されていると共に、ガイド部542aよりも下流側の内部空間を吐出流路(外部流路)2gに連通させる第2の二次側流路としての第2貫通孔546Aが弁体52の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されている。
この構成によれば、ガイド部542aが流れの絞りとして機能して流体の圧力降下が生じるので、その分、弁体52の移動方向の前後の内部空間(ガイド部542aの上流側の内部空間541aと下流側の内部空間543a)の流体差圧がさらに増加する。したがって、増加した流体差圧によって弁体52の開弁動作がより高速になるので、吐出弁機構500Aの開弁時の応答性を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500Aにおいては、弁体52の外面に当接可能に形成され弁体52のリフト方向の移動を規制するストッパ部542bを更に備え、ストッパ部542bはガイド部542bの下流側に形成され、第2貫通孔546A(第2の二次側流路)がストッパ部542bの位置に形成された内部空間を吐出流路(外部流路)2gに連通させるように形成されている。この構成によれば、第1貫通孔545Aと第2貫通孔546Aの軸方向の位置が第1の実施の形態よりも接近するので、吐出弁ホルダ54Aの軸方向の長さを短くすることが可能である。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500Aにおいては、弁体52を内部に保持する筒状の吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54Aを備え、第1の二次側流路が吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54Aを径方向に貫通する第1貫通孔545Aによって構成され、第2の二次側流路が第1貫通孔545Aよりも吐出弁シート(弁シート部)51A側から離れる位置で吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54Aを径方向に貫通する第2貫通孔546Aによって構成され、第1貫通孔545A及び第2貫通孔546Aはそれぞれ吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54Aの周方向に間隔をあけて複数形成され、第1貫通孔545Aと第2貫通孔546Aは互いの周方向の位置が重ならないように配置されている。この構成によれば、ガイド部542aと弁体52の外面との間隙から第2貫通孔546Aに向かう流れ(L3参照)の途中に第1貫通孔545Aが配置されていないので、当該間隙による流れの絞りの効果の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態に係る吐出弁機構500Aにおいては、弁体52を内部に保持すると共にガイド部542aが形成された筒状の吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54Aを備え、吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54Aはガイド部542a側から吐出弁シート(弁シート部)51A側に向かう部分(第1筒状部541)の内径が吐出弁シート(弁シート部)51A側に向かって徐々に拡径するように形成された内径拡大部541bを有し、第1貫通孔(第1の二次側流路)545Aの一部分が吐出弁ホルダ(弁ホルダ)54Aの内径拡大部541bの内周面に開口している。この構成によれば、ガイド部542aよりも上流側の内径拡大部541bにより形成された内部空間541aに流入した燃料は、燃料の流れの方向に対して縮径する内径拡大部541bの形状によってその一部が内部空間541a内で淀むので、流速が大きく低下し、その分、圧力が上昇した状態となる。したがって、弁体52の移動方向の前後に更なる圧力差が生じるので、弁体52の開弁時の応答性を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易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。ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
例えば、上述した第1及び第2の実施の形態においては、吐出弁機構500が吐出弁ばね53を備えた構成の例を示したが、吐出弁機構は吐出弁ばね53を省略した構成も可能である。ただし、吐出弁ばね53を備えた構成の吐出弁機構500の方が安定した弁体動作を得ることができる。
また、上述した第1の実施の形態においては、吐出弁ホルダ54の先端部(第1筒状部)の外周面を第2取付穴部1gの内周面に嵌合させる構成の例を示した。しかし、吐出弁ホルダ54の先端部(第1筒状部541)の内周面に吐出弁シート51のシート本体部511の外周面を圧入する構造とすることも可能である。この場合、吐出弁機構500を構成する部材51、52、53、54をサブアセンブリ化することが可能となる。これにより、吐出弁機構500の組立性が更に向上する。
また、上述した第1及び第2の実施の形態においては、プラグ55と吐出弁機構500を別々に第2取付穴部へ挿入するように構成した例を示した。しかし、プラグ55を吐出弁ホルダ54に圧入してサブアセンブリ化する構成も可能である。この場合、吐出弁機構500の組立性が更に向上する。
また、上述した第1及び第2の実施の形態においては、第1貫通孔545と第2貫通孔546の孔径を同じに構成したが、第1貫通孔545と第2貫通孔546の孔径は、ポンプ流量に応じて適宜変更することが可能である。また、吐出弁ホルダ54に設けた第1貫通孔545と第2貫通孔546の数や周方向の位置もポンプ流量に応じて適宜変更することが可能である。
また、上述した本実施の形態においては、電磁吸入弁機構300がノーマルオープン式のソレノイド弁で構成された例を示した。しかし、吸入弁機構が電磁式に開閉可能なソレノイド弁であれば、高圧燃料供給ポンプの低圧部への影響は略同じであり、本願の吐出弁構造の適用に影響は無い。
1…高圧燃料供給ポンプ、 51、51A…吐出弁シート(弁シート部)、 52…弁体、 54…吐出弁ホルダ(弁ホルダ)、 57…環状流路、 500、500A…吐出弁機構、 541a…内部空間、 541b…内径拡大部、 542a…ガイド部、 542b…ストッパ部、 545、545A…第1貫通孔(第1の二次側流路)、 546、546A…第2貫通孔(第2の二次側流路)
Claims (15)
- 一次側流路を有する弁シート部と、
前記弁シート部に対して着座及び離座が可能な弁体と、
前記弁体の外面に摺接可能に形成され、前記弁体の移動を前記弁シート部に対する接離方向にガイドするガイド部とを備え、
前記ガイド部は、前記弁体の外面と間隙が所定値以下となるように設定された部分を含み、
前記ガイド部よりも上流側の内部空間を外部流路に連通させる第1の二次側流路が前記弁体の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されていると共に、
前記ガイド部よりも下流側の内部空間を前記外部流路に連通させる第2の二次側流路が前記弁体の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されている
吐出弁機構。 - 請求項1に記載の吐出弁機構において、
前記弁体の外面に当接可能に形成され、前記弁体のリフト方向の移動を規制するストッパ部を更に備えている
吐出弁機構。 - 請求項2に記載の吐出弁機構において、
前記ストッパ部は、前記ガイド部と前記第2の二次側流路の間の位置に形成されている
吐出弁機構。 - 請求項1に記載の吐出弁機構において、
前記弁体を内部に保持すると共に、前記ガイド部が形成された筒状の弁ホルダを備えている
吐出弁機構。 - 請求項4に記載の吐出弁機構において、
前記第1の二次側流路は、前記ガイド部よりも前記弁シート部に近い位置で前記弁ホルダを径方向に貫通する第1貫通孔によって構成され、
前記第2の二次側流路は、前記ガイド部よりも前記弁シート部から離れた位置で前記弁ホルダを径方向に貫通する第2貫通孔によって構成されている
吐出弁機構。 - 請求項5に記載の吐出弁機構において、
前記弁ホルダの径方向外側に環状流路が形成され、
前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔がそれぞれ前記環状流路に開口している
吐出弁機構。 - 請求項5に記載の吐出弁機構において、
前記第1貫通孔は、前記弁ホルダの周方向に複数形成され、
前記第1貫通孔の孔径はすべて同一である
吐出弁機構。 - 請求項5に記載の吐出弁機構において、
前記第2貫通孔は、前記弁ホルダの周方向に複数形成され、
前記第2貫通孔の孔径はすべて同一である
吐出弁機構。 - 請求項5に記載の吐出弁機構において、
前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔は、両者の孔径が同一となるように形成されている
吐出弁機構。 - 請求項5に記載の吐出弁機構において、
前記第1貫通孔の孔径は、前記第2貫通孔の孔径以上となるように設定されている
吐出弁機構。 - 一次側流路を有する弁シート部と、
前記弁シート部に対して着座及び離座が可能な弁体と、
前記弁体の外面に摺接可能に形成され、前記弁体の移動を前記弁シート部に対する接離方向にガイドするガイド部とを備え、
前記ガイド部は、前記弁体の外面との間隙が所定値以下となるように設定された部分を含み、
前記ガイド部よりも上流側の空間及び前記ガイド部の位置に形成された内部空間を外部流路に連通させる第1の二次側流路が前記弁体の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されていると共に、
前記ガイド部よりも下流側の内部空間を前記外部流路に連通させる第2の二次側流路が前記弁体の移動方向の側方に流体を流出させるように形成されている
吐出弁機構。 - 請求項11に記載の吐出弁機構において、
前記弁体の外面に当接可能に形成され、前記弁体のリフト方向の移動を規制するストッパ部を更に備え、
前記ストッパ部は、前記ガイド部の下流側に形成され、
前記第2の二次側流路は、前記ストッパ部の位置に形成された内部空間を前記外部流路に連通させるように形成されている
吐出弁機構。 - 請求項11に記載の吐出弁機構において、
前記弁体を内部に保持する筒状の弁ホルダを備え、
前記第1の二次側流路は、前記弁ホルダを径方向に貫通する第1貫通孔によって構成され、
前記第2の二次側流路は、前記第1貫通孔よりも前記弁シート部側から離れる位置で前記弁ホルダを径方向に貫通する第2貫通孔によって構成され、
前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔はそれぞれ前記弁ホルダの周方向に間隔をあけて複数形成され、
前記第1貫通孔と前記第2貫通孔は、互いの周方向の位置が重ならないように配置されている
吐出弁機構。 - 請求項11に記載の吐出弁機構において、
前記弁体を内部に保持すると共に前記ガイド部が形成された筒状の弁ホルダを備え、
前記弁ホルダは、前記ガイド部側から前記弁シート部側に向かう部分の内径が前記弁シート部側に向かって徐々に拡径するように形成された内径拡大部を有し、
前記第1の二次側流路の一部分が前記弁ホルダの前記内径拡大部の内周面に開口している
吐出弁機構。 - 請求項1又は10に記載の吐出弁機構を備える高圧燃料供給ポンプ。
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