CN103930676B - 内齿轮泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于输送流体的内齿轮泵(6)，尤其用于机动车，所述内齿轮泵包括内齿轮(22)、外齿轮(24)、工作区(47)、流入通道(28)和流出通道(29)，其中内齿轮具有内齿环(23)；外齿轮具有外齿环(25)，所述内齿轮和外齿轮(22、24)的齿(21)相互啮合；工作区形成在内齿轮(22)和外齿轮(24)之间，并被分隔成流入工作区(30)和流出工作区(31)；流入通道通到流入工作区(30)中，用于引入流体以输送到流入工作区(30)中；流出通道通到所述流出工作区(31)中，用于从流出工作区(31)导出要输送的流体，其中所述流入工作区(30)和流出工作区(31)在内齿轮和外齿轮(22、24)之间的齿顶位置(48)处和咬合位置(49)处彼此分开，其中所述流入通道(28)还附加地部分地通到所述流出工作区(31)的角区域(50)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种内齿轮泵和高压喷射系统。
背景技术
内齿轮泵或摆线转子泵(Gerotropumpen)具有内齿轮和外齿轮。所述内、外齿轮的齿相互啮合并且在所述内齿轮和外齿轮之间构成工作区。在这里，所述工作区被分隔成流入工作区和流出工作区。于是所述流入工作区构成内齿轮泵的吸入侧，流出工作区构成内齿轮泵的压力侧。流入通道通到流入工作区中，流出通道通到流出工作区中。在这里，所述外齿轮通常被驱动，并且在某一啮合角区域内，转矩被传递到所述内齿轮上以驱动所述内齿轮。在所述啮合角区域内，所述内齿轮的齿位于所述外齿轮的齿的侧面上，因此可传递转矩并因而在啮合角区域内部在工作区上也几乎不发生泄漏。
齿顶位置与咬合位置是相对置的，所述齿顶位置位于所述内齿轮和外齿轮之间。在齿顶位置处，转矩不从外齿轮传递到内齿轮上，但是在这里在流入工作区和流出工作区之间导致发生泄漏损失，受压流体从流出工作区流入到流入工作区中。为了补偿制造的不精确性和热变形，在齿顶位置处存在位于内齿轮和外齿轮之间的游隙并因此发生泄漏。位于流出工作区中的流体已经使用机械能进行压缩，因此摆线转子泵因这个泄漏而产生能量损失。
还已知根据所谓“角度原则”，所述内、外齿轮的齿在齿顶位置区域中承受预压应力。由此虽然能够避免在齿顶位置处发生泄漏损失或者能够使泄漏损失减小，但是这可能导致内、外齿轮的齿的磨损更大，严重地增大了机械摩擦损失，进而又使所述内齿轮泵的工作效率降低或者能量损失增大。
从DE 36 24 532 C2熟知一种叶片式或内轴式齿轮泵，其具有多个封闭的输送室，所述输送室的体积以从最小值变化到最大值然后又变化到最小值的顺序循环变化。所述泵尤其用于输送内燃机的燃料。吸入和压力通道的孔横截面形成为适于不进行内部压缩的输送，然而利用轴向进入所述输送室中的吸入和压力通道，这种通过贴靠所述泵构件的轴向表面构成的止回阀形成固定的起始盘。
从DE 34 06 349 A1熟知一种容积式机器，其具有至少两个齿轮式机器，所述至少两个齿轮式机器被配属一个固有的或共同的液压循环，并且它的共同的输送流可通过控制装置进行调节，其中所述控制装置布置在容积式机器的壳体部分中。
DE 299 13 367 U1指出了一种内齿轮泵，其具有至少一个内部啮合的内齿轮和一个与所述内齿轮咬合的、外部啮合的滚轮，具有或者不具有镰刀形结构；以及具有一个电力驱动器，所述电力驱动器的构成形式是使所述内齿轮布置在无刷电机的转子内侧并且定子布置在转子处，其中包括所述内齿轮的转子在外侧由一个轴承或滑动轴承可转动地保持，其中所述定子相对于所述转子和相对于所述泵的内侧因此被遮蔽和被密封，以使位于定子和转子之间的轴承或滑动轴承在它的两端面分别以液体不可穿透的方式与密封盖密封连接。
发明内容
本发明的内齿轮泵用于输送流体，尤其适用于汽车，所述内齿轮泵包括具有内齿环的内齿轮、具有外齿环的外齿轮、在所述内齿轮和外齿轮之间形成的工作区、通到所述流入工作区中的流入通道、通到所述流出工作区中的流出通道，其中所述内、外齿轮的齿相互啮合，所述工作区被分隔成流入工作区和流出工作区，所述流入通道用于将待输送的流体引入到所述流入工作区中，所述流出通道用于将待输送流体从所述流出工作区导出，其中所述流入工作区和流出工作区在所述内齿轮和外齿轮之间的齿顶位置和咬合位置处彼此分开，其中所述流入通道还部分地通到所述流出工作区的角区域中，其中所述流入通道优选连接到所述齿顶位置处或者优选在所述齿顶位置处开始形成。所述流入通道因此也在所述流出工作区处位于所述齿顶位置区域中，从而在所述齿顶位置处没有或几乎没有压力差产生，因而在所述齿顶位置处没有泄漏损失。所述附加的流入通道通到所述流出工作区中和/或所述流出工作区的角区域优选在齿顶位置处开始。
特别地，在所述流入通道通到其中的流出工作区的角区域中，不形成流出通道和/或所述流入通道形成在所述流入工作区的角区域的一部分中，例如小于30°、20°或10°，所述流入通道连接到所述齿顶位置和/或所述流入通道形成在所述齿顶位置处和/或所述流入通道通到所述啮合角区域外侧的流出工作区中。
在另一技术方案中，所述流出通道只形成在所述流出工作区的啮合角区域中，尤其是在所述内齿轮和外齿轮之间的啮合角区域中。在所述啮合角区域中，所述内齿轮的齿的齿侧面贴靠在所述外齿轮的齿的齿侧面上，并且在所述啮合角区域中，转矩从所述内齿轮传递到所述外齿轮上或者相反。因为所述转矩的传递和所述内、外齿的齿的齿侧面叠置，在所述啮合角区域中，位于所述内、外齿轮的齿之间的输送空间或工作区不发生泄漏损失。所述流出通道优选不形成在所述啮合角区域的外侧，从而没有或几乎没有泄漏发生，这是因为泄漏损失主要发生在所述啮合角区域的外侧，尤其是所述齿顶位置区域中。所述流入通道形成在所述啮合角区域外侧的这些区域中，并且在所述流入和流出工作区之间发生流体短接，从而在这个区域中几乎不存在压力差，并且因而也不发生泄漏损失。
在一个补充实施例中，所述流入通道和流出通道在所述流出工作区处彼此之间形成一个间距。所述流入通道和流出通道彼此相隔一定间距，即具有例如大于1°、2°或5°和/或小于20°、10°、5°、2°或1°的角距范围，并且对这个角距范围的选择方式是，使它在所述流入通道和流出通道之间的这个区域中不使所述齿之间的输送空间完全封闭，所述齿之间的输送空间完全封闭会导致摆线转子泵停止。
优选地，具有各从小于160°、140°、120°或90°和/或大于10°、20°、30°或50°开始的一定角度的啮合角区域形成在咬合位置处。
在一个额外实施例中，所述具有在160°和10°，尤其是在120°和20°之间的角度的啮合角区域分别开始形成在所述咬合位置处。足够大的啮合角区域保证转矩从外齿轮充分传递到内齿轮上和/或在所述啮合角区域处所述内齿轮和外齿轮的齿之间的输送空间之间几乎不发生泄漏或者流动损失。
在一个变型中，所述流入通道在流出工作区处在小于90°、70°、40°或30°和/或大于5°、10°、20°或30°的流入通道角区域中开始形成在所述齿顶位置处。
在另一实施例中，所述流入通道在流出工作区处在100°和5°，尤其是70°和10°之间的流入通道角区域中开始形成在所述齿顶位置处。足够大的流入通道角区域保证在足够大的周边中不发生待输送流体从流出工作区到流入工作区的泄漏。
符合目的的是，具有定子和转子的电动机被整合到所述内齿轮泵中，和/或所述定子围绕转子同中心地形成。
在又一实施例中，所述外齿轮通过所述转子形成。
特别地，所述转子的永磁体安装或整合到所述外齿轮中。
根据本发明的高压喷射系统用于内燃机，尤其适用于汽车，包括高压泵、高压轨、(优选电力)预输送泵，其中所述预输送泵用于将燃料从燃料箱输送到高压泵，并且构造为在这份专利申请中所描述的预输送泵。
在一个变型中，所述内齿轮和外齿轮彼此被偏心地支承。
符合目的的是，所述泵具有(优选被整合的)电动机，包括(优选电子)控制单元以控制电磁铁的通电和/或所述泵的电动机是电子整流式的电动机。
符合目的的是，所述预输送泵的壳体和/或高压泵的壳体和/或所述内和/或外齿轮至少部分地，尤其完全由金属(例如钢或铝)制成。
符合目的的是，所述内齿轮泵是摆线转子泵。
特别地，所述电力预输送泵的输送功率是可控制和/或可调整的。
附图说明
下面将参考附图，详细说明本发明的实施例，其中：
图1高压喷射系统的高度简化的视图；
图2定子和除壳体外的内齿轮泵的立体图；
图3图2的内齿轮泵的分解视图；
图4图2的内齿轮泵的横截面；和
图5汽车的视图。
具体实施方式
图1示出了一种适用于汽车40的高压喷射系统2的泵装置1。电力预输送泵3从燃料箱41通过燃料管35输送燃料。接着燃料由电力预输送泵3输送到高压泵7。高压泵7由内燃机39利用驱动轴44驱动。
电力预输送泵3具有电动机4和泵5(图2和3)。在这里，泵5的电动机4被整合到泵5中，此外电力预输送泵3也直接布置在高压泵7处(未示出)。高压泵7通过高压燃料管36把高压燃料(例如1000、3000或4000巴的压力)输送到高压轨42。高压燃料由喷射器43从高压轨42供给到未示出的内燃机39的燃烧室。燃烧所不需要的多余燃料利用燃料回流管37回流到燃料箱41。电力预输送泵3的流入通道28(图2)通过燃料管35从燃料箱41吸取燃料，并且通过流出通道29流过高压泵7的燃料管35。
在从燃料箱41到电力预输送泵3的燃料管35中安装燃料过滤器38。因为从燃料箱41到电力预输送泵3的燃料管35不需要承受高压，由此燃料管35以有利的方式低成本地制造。电力预输送泵3的电动机4(图3和4)利用三相交流电或交流电驱动，并且它的功率是可控制的和/或可调整的。适用于电动机4的三相交流电或交流电是由来自汽车40车载电网的直流电网的(未示出的)功率电子学器件提供的。电力预输送泵3因此是电子整流的预输送泵3。
电力预输送泵3具有壳体8，壳体8具有壳体罐10和壳体盖9(图3)。在预输送泵3的壳体8内部，泵5设置为内齿轮泵6或者摆线转子泵26和电动机4。壳体罐10设有凹进部56。电动机4具有定子13，定子13具有作为电磁铁15的线圈14和作为软磁铁芯32的软铁芯45，软铁芯45构造为叠片铁芯33。泵5作为内齿轮泵6定位在定子13内部，内齿轮泵6具有内齿轮22和外齿轮24，其中内齿轮22具有内齿环23；外齿轮24具有外齿环25。内齿轮22和外齿轮24因而用齿轮20和滚轮18制成，并且内齿环23和外齿环25具有齿21作为传动元件19。工作区47形成在内齿轮22和外齿轮24之间。永磁铁17安装在外齿轮24中，因而外齿轮24也构成电动机4的转子16。电动机4因而被整合到泵5中或者相反。定子13的电磁铁15交替通电，从而因为在电磁铁15上产生的磁场，转子16或外齿轮24围绕旋转轴27做旋转运动。
壳体盖9作为轴承11或轴向轴承11或滑动轴承11用于内齿轮22或外齿轮24。而且流入通道28和流出通道29被加工到壳体盖9中。待输送的流体(即燃料)通过流入通道28流入到预输送泵3中，并且又从流出通道29流出预输送泵3。此外，壳体罐9和壳体盖10分别具有三个孔46，未示出的螺纹定位在这些孔46中，用于螺纹连接壳体罐9和壳体盖10，其中壳体罐9和壳体盖10利用未示出的密封件相互流体密封。
内齿轮泵6或摆线转子泵26具有工作区47。工作区47在这里被分隔成流入工作区30作为吸取侧和流出工作区31作为压力侧(图4)。流入工作区30在这里具有流入工作区30的角区域34，并且流出工作区31具有流出工作区31的角区域50。工作区47在流入工作区30处扩大，但是在流出工作区31处缩小即内齿轮22的齿21和外齿轮24的齿21之间的输送空间。流入工作区34的角区域和流出工作区31的角区域50在这里各为180°。
外齿轮24同时还构成电动机4的转子16。在内齿轮22和外齿轮24之间的啮合角区域53处，内齿轮22的齿21的齿侧面贴靠在外齿轮24的齿21的齿侧面上，从而转矩从外齿轮24传递到内齿轮22上，并且因此内齿轮22围绕旋转轴做旋转运动。在这里，内齿轮22和外齿轮24彼此被偏心地支承，即内齿轮22的旋转轴和外齿轮24的旋转轴彼此间隔一定距离。由于内齿轮22的齿21和外齿轮24的齿21的齿侧面在啮合角区域53处相互重叠，而且转矩从外齿轮24传递到内齿轮22上，内齿轮22的齿21的齿侧面和外齿轮24的齿21的齿侧面在压力作用下相互贴靠，这使内齿轮22的齿21和外齿轮24的齿21之间的输送空间几乎不产生泄漏或流动损失。流入工作区30的角区域34和流出工作区31的角区域50在这里分别终结于齿顶位置48和咬合位置49。咬合位置49在这里形成在啮合角区域53的中心，并且齿顶位置48与咬合位置相对置地布置。
流入通道28不仅形成在流入工作区30处，还通过齿顶位置48向外部分地形成在流出工作区31中。流入通道28的角区域51在齿顶位置48的区域中还与流出工作区31的角区域50重叠。流出通道29唯一地形成在内齿轮22和外齿轮24之间的啮合区域处，以便传递转矩，即流出通道29的角区域52在流出工作区31处唯一地形成在啮合角区域53中。流入通道28利用齿顶位置48围绕流入角区域54开始被引入到流出工作区31中。
流入通道28在齿顶位置48的两侧不仅被引入到流入工作区30中，而且还围绕流入角区域54被引入到流出工作区31中。流入通道28在流出工作区31处唯一地形成在啮合角区域53的外侧，并且通过流入通道28的布置，流入工作区30与流出工作区31的一部分利用流入通道28短接，此时可能发生泄漏，从而在工作区47与流入通道28处几乎没有压力差，即尤其是在齿顶位置48上不产生压力差。由此导致从流出工作区31经齿顶位置48输送到流入工作区30的待输送流体不发生泄漏。待输送的流体因此唯一地在啮合角区域53处利用流出通道29消耗能量，降低压力。因为齿21在啮合角区域53中叠置，从流出工作区31经流出通道29输送到流出工作区31区域的待输送流体在流入通道28处几乎不发生泄漏。
流入通道28和流出通道29形成彼此相隔一定间距，即具有角距范围55。这个角距范围55在这里这样选择，即工作区47在角距范围55处不形成完全封闭，即齿21之间的输送空间不完全闭合并导致摆线转子泵26停止。
总之，本发明的内齿轮泵6具有一些主要优点。流入通道28围绕流入角区域54在齿顶位置48处延伸到流出工作区31中，从而在流入工作区30和流出工作区31之间在齿顶位置48处不发生泄漏，这是因为在齿顶位置48处几乎不存在压力差。在流出工作区31处在具有流出通道29的流出工作区31区域处压力升高，流出通道29形成在啮合角区域53处。因为只在啮合角区域53处形成了流出通道29并且那儿压力升高了，因此不导致泄漏损失，因为在啮合角区域53处，齿21的齿侧面彼此叠置并因此在输送空间之间不发生泄漏。由此，内齿轮泵6的工作效率和能量效率提升，因为没有或几乎没有能量消耗，压缩流体在齿顶位置48处从流出工作区31在压力作用下流到作为压力侧的流入工作区30。
Claims (25)
1.内齿轮泵(6)，用于输送流体，所述内齿轮泵(6)包括
-内齿轮(22)，其具有内齿环(23)；
-外齿轮(24)，其具有外齿环(25)；
-其中所述内齿轮和外齿轮(22、24)的齿(21)相互啮合；
-工作区(47)，其形成在所述内齿轮(22)和外齿轮(24)之间，且被分隔成流入工作区(30)和流出工作区(31)；
-流入通道(28)，其通到所述流入工作区(30)中，用于将待输送的流体引入到所述流入工作区(30)中；和流出通道(29)，其通到所述流出工作区(31)中，用于将待输送的流体从所述流出工作区(31)中导出，其中所述流入工作区(30)和流出工作区(31)在所述内齿轮和外齿轮(22、24)之间的齿顶位置(48)和咬合位置(49)处彼此分开；
电动机(4)被整合到所述内齿轮泵(6)中，其中所述电动机(4)具有定子(13)和转子(16)，所述外齿轮(24)通过所述转子(16)构成；
其特征在于，所述流入通道(28)附加地部分地通到所述流出工作区(31)的角区域(50)中。
2.根据权利要求1所述的内齿轮泵，其特征在于，
在流出工作区(31)的所述流入通道(28)通到其中的角区域(50)中，不形成流出通道(29)，和/或
所述流入通道(28)形成在所述流入工作区(30)的角区域(34)的一部分中，所述流入通道(28)连接到所述齿顶位置(48)处，和/或
所述流入通道(28)形成在所述齿顶位置(48)处，和/或
所述流入通道(28)通到位于所述啮合角区域(53)外侧的流出工作区(31)中。
3.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流出通道(29)只形成在所述流出工作区(31)处的啮合角区域(53)中。
4.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)和流出通道(29)在所述流出工作区(31)处彼此之间形成一个间距。
5.根据权利要求2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述啮合角区域(53)具有在160°和10°之间的角度，分别在所述咬合位置(49)处开始形成。
6.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)在所述流出工作区(31)处在100°和5°之间的流入通道角区域(54)中在所述齿顶位置(48)处开始形成。
7.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，
所述定子(13)围绕所述转子(16)同中心地构成。
8.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述转子(16)的永磁体(17)被安装或整合到所述外齿轮(24)中。
9.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)和所述流出通道(29)被加工到壳体盖(9)中。
10.根据权利要求9所述的内齿轮泵，其特征在于，该壳体盖(9)作为轴承(11)或轴向轴承(11)或滑动轴承(11)用于内齿轮(22)或外齿轮(24)。
11.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)还部分地通到所述流出工作区(31)的角区域(50)中并且连接到所述齿顶位置(48)处。
12.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)也在所述流出工作区(31)处位于所述齿顶位置(48)区域中，使得在所述齿顶位置(48)处没有或基本上没有压力差产生及由此在所述齿顶位置(48)处没有泄露损失。
13.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述内齿轮泵(6)包括控制单元以控制电磁铁的通电。
14.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述内齿轮泵(6)包括具有壳体盖(9)和壳体罐(10)的壳体(8)并且所述壳体盖(9)和所述壳体罐(10)彼此固定对齐。
15.根据权利要求1所述的内齿轮泵，其特征在于，所述内齿轮泵(6)用于汽车(40)。
16.根据权利要求2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)形成在所述流入工作区(30)的角区域(34)的小于30°的部分中。
17.根据权利要求2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)形成在所述流入工作区(30)的角区域(34)的小于20°的部分中。
18.根据权利要求2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)形成在所述流入工作区(30)的角区域(34)的小于10°的部分中。
19.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流出通道(29)只形成在所述流出工作区(31)处的在所述内齿轮(22)和外齿轮(23)之间的啮合角区域(53)中。
20.根据权利要求5所述的内齿轮泵，其特征在于，所述啮合角区域(53)具有在120°和20°之间的角度。
21.根据权利要求1或2所述的内齿轮泵，其特征在于，所述流入通道(28)在所述流出工作区(31)处在70°和10°之间的流入通道角区域(54)中在所述齿顶位置(48)处开始形成。
22.根据权利要求13所述的内齿轮泵，其特征在于，所述控制单元是电子的控制单元。
23.高压喷射系统(2)，用于内燃机(39)，包括
-高压泵(7)；
-高压轨(42)；
-预输送泵(3)，用于将燃料从燃料箱(41)输送到所述高压泵(7)，
其特征在于，
所述预输送泵(3)是根据任一项前述权利要求形成的。
24.根据权利要求23所述的高压喷射系统(2)，其特征在于，所述内燃机(39)用于汽车(40)。
25.根据权利要求23或24所述的高压喷射系统(2)，其特征在于，所述预输送泵(3)是电力预输送泵。
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