DE1284156B - Gear pump for supplying internal combustion engines with fuel - Google Patents
Gear pump for supplying internal combustion engines with fuelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zur Speisung von Brennkraftmaschinen mit Brennstoff aus einem Vorratsbehälter, mit einer zylindrischen, durch zwei in parallelem Abstand zueinander angeordnete Stirnwände begrenzten Pumpenkammer, in der ein innen verzahntes äußeres Pumpenrad und ein mit demselben im Eingriff stehendes, außen verzahntes, zum äußeren Pumpenrad exzentrisch gelagertes angetriebenes inneres Pumpenrad drehbar gelagert sind, wobei mit der Pumpenkammer ein mit dem Vorratsbehälter verbundener Einlaßkanal und ein mit Abstand dazu angeordneter, mit dem Verbraucher verbundener Auslaßkanal in Verbindung stehen.The invention relates to a gear pump for feeding internal combustion engines with fuel from a storage container, with a cylindrical, through two in parallel spacing from one another arranged end walls limited pump chamber, in which has an internally toothed outer pump wheel and one that meshes with the same, externally toothed, driven inner one eccentrically mounted to the outer impeller Pump impeller are rotatably mounted, with the pump chamber one with the reservoir connected inlet channel and a spaced apart, with the consumer connected outlet channel are in communication.
Eines der wichtigsten Probleme bei Brennstoffanlagen für Brennkraftmaschinen ist die sogenannte Dampfsperre; darunter versteht man die durch Dampfblasenbildung im Brennstoff hervorgerufene Unterbrechung oder Verminderung der Förderleistung der Brennstoffpumpe. Diese Erscheinung tritt besonders häufig dann auf, wenn die betriebswarme Brennkraftmaschine abgestellt und nach kurzer Zeit wieder angelassen werden soll; dabei kann durch die von den heißen Maschinenteilen abgegebene Wärme der infolge des Stillstands der Maschine ruhende Brennstoff leicht stellenweise in Dampf übergeführt werden, wobei natürlich auch die Umgebungsbedingungen, die Art des Brennstoffs, die Konstruktion der Maschine sowie die vorhergegangene Betriebsweise von Bedeutung sind.One of the most important problems with fuel systems for internal combustion engines is the so-called vapor barrier; this is understood to mean that caused by the formation of vapor bubbles interruption or reduction in delivery rate caused in the fuel the fuel pump. This phenomenon occurs particularly often when the The internal combustion engine was switched off at operating temperature and restarted after a short time shall be; this can be caused by the heat given off by the hot machine parts the dormant fuel slightly in places as a result of the machine being at a standstill be converted into steam, with of course the environmental conditions that Type of fuel, the construction of the machine and the previous mode of operation are important.
In zahlreichen Brennstoffanlagen kann beim Auftreten einer Dampfsperre die Maschine nur dadurch wieder in Gang gebracht werden, daß man entweder die Maschine abkühlen läßt öder die Brennstoffleitungen entleert und erneut mit Brennstoff füllt. Vielfach wird auch versucht, durch künstliches Abkühlen der Brennstoffpumpe, beispielsweise mit Hilfe einer Eispackung, den Dampf in der Brennstoffpumpe zu kondensieren und dadurch die Pumpe wieder betriebsbereit zu machen.In many fuel systems, if a vapor barrier occurs the machine can only be started up again by either the machine lets it cool down or empties the fuel lines and refills them with fuel. In many cases, attempts are also made by artificially cooling the fuel pump, for example with the help of an ice pack to condense the vapor in the fuel pump and thereby making the pump ready for operation again.
Es ist schon eine stationäre Brennstoffanlage bekanntgeworden, bei welcher eine zweistufige Brennstoffpumpe benutzt wird, wobei die erste Stufe selbstansaugend als Drehschieberpumpe ausgebildet ist und die zweite Stufe als Zentrifugalpumpe, in welcher Flüssigkeit und Dampf auf Grund ihrer unterschiedlichen Dichte voneinander getrennt werden. Eine solche Konstruktion ist natürlich aufwendig und somit störanfällig und kostspielig; sie kommt insbesondere, für Fahrzeug-Brennkraftmaschinen kaum in Frage.A stationary fuel system has already become known at which uses a two-stage fuel pump, the first stage being self-priming is designed as a rotary vane pump and the second stage as a centrifugal pump, in which liquid and vapor due to their different density from each other be separated. Such a construction is of course complex and therefore prone to failure and expensive; in particular, it is hardly suitable for vehicle internal combustion engines Question.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Brennstoffpumpe zu schaffen, die trotz einfachstem Aufbau die Fähigkeit hat, etwa gebildete Dampfblasen zu entfernen und auch unter extremen Temperaturbedingungen eine zur Versorgung der nachgeschalteten Brennkraftmaschine ausreichende Brennstoffmenge unter einem vorgegebenen Mindestdruck zu liefern; dies ist besonders bei Einspritzmotoren von Bedeutung.The invention is based on the task of creating a fuel pump, which, despite its very simple structure, has the ability to remove any vapor bubbles that may have formed and also under extreme temperature conditions one to supply the downstream Internal combustion engine sufficient amount of fuel under a predetermined minimum pressure to deliver; this is particularly important with injection engines.
Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit einer Zahnradpumpe der eingangs angegebenen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein die eine Stirnwand durchsetzender Entgasungskanal für in die Dampfphase übergegangenen Brennstoff die Pumpenkammer mit der Außenseite der Pumpe verbindet und daß die Mündung des Entgasungskanals in der Pumpenkammer nahe dem Auslaßkanal im wesentlichen auf den Zahnfußkreis des inneren Zahnrades liegt.According to the invention, the task at hand is achieved with a gear pump solved the type specified, which is characterized in that a a degassing channel penetrating an end wall for the transitioned into the vapor phase Fuel connects the pump chamber to the outside of the pump and that the orifice of the degassing channel in the pump chamber near the outlet channel essentially the tooth root circle of the inner gear.
Bei der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe werden somit etwa gebildete Dämpfe aus dem innersten und im Betrieb der Pumpe unter dem höchsten Druck stehenden Bereich der zwischen den beiden Zahnrädern gebildeten Förderzellen nach außen abgeleitet; wenn die Pumpe mit genügend hoher Drehzahl läuft, wird der vorhandene flüssige Brennstoff durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt, so daß sich die Dämpfe in den am weitesten innen liegenden Bereichen zwischen den beiden Zahnrädern ansammeln.In the gear pump according to the invention are thus approximately formed Vapors from inside and under the highest pressure when the pump is operating Area of the delivery cells formed between the two gear wheels diverted to the outside; if the pump runs at a sufficiently high speed, the existing liquid fuel pushed outwards by centrifugal force, so that the vapors in the am accumulate farthest inward areas between the two gears.
Die Tatsache, daß bei einer Pumpe mit Zentrifugalwirkung die flüssigen Anteile des Mediums außen und die gasförmigen Anteile innen angesammelt werden, ist natürlich an sich bekannt und wird beispielsweise auch in der weiter vorn erwähnten bekannten stationären Brennstoffanlage ausgenutzt; bei Zahnradpumpen der beschriebenen Bauart, die eine verhältnismäßig geringe Zentrifugalwirkung und eine exzentrische Bauart haben, war jedoch an die Anwendung dieses Prinzips bisher nicht gedacht worden.The fact that with a centrifugal pump the liquid Parts of the medium outside and the gaseous parts are collected inside, is of course known per se and is also mentioned, for example, in the above known stationary fuel system exploited; for gear pumps the one described Type with a relatively low centrifugal effect and an eccentric However, the application of this principle had not yet been considered.
Es sind weiter Zahnradpumpen bekannt, bei denen Druckentlastungskanäle in Stirn- oder Zwischenwänden der Pumpen münden. Diese Kanäle dienen jedoch nur der axialen Druckentlastung der Pumpenwelle und münden demgemäß auch nicht im Bereich des Zahnflußkreises; das Absaugen von Dampfblasen kann mit solchen Entlastungskanälen nicht bewirkt werden.There are also known gear pumps in which pressure relief channels open into the front or partition walls of the pumps. However, these channels only serve the axial pressure relief of the pump shaft and accordingly do not open into the area the tooth flux circle; the evacuation of vapor bubbles can be done with such relief channels cannot be effected.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Brennstoffpumpe weiter so ausgebildet, daß ein zwischen der vom Antrieb abliegenden Stirnseite der Antriebswelle und der benachbarten Stirnwand der Pumpenkammer gebildeter Raum über eine Öffnung mit dem die Pumpe umgebenden Raum verbunden ist. Diese Maßnahme dient nicht nur in bekannter Weise zur axialen Druckentlastung der Pumpenwelle, sondern wirkt infolge der zum umgebenden Raum führenden Verbindung auch bei der Entgasung der Pumpe mit; dabei ist es natürlich von besonderer Bedeutung, daß auch hier die Entgasung aus einem radial weit innen liegenden Bereich, nämlich dem Axialbereich der Pumpe erfolgt, wo sich der Dampfanteil bevorzugt ansammelt.The fuel pump according to the invention is preferably further designed in such a way that that one between the end face of the drive shaft remote from the drive and the adjacent end wall of the pump chamber formed space via an opening with the the space surrounding the pump is connected. This measure serves not only in well-known Way for axial pressure relief of the pump shaft, but acts as a result of the surrounding space leading connection also with the degassing of the pump with; included It is of course of particular importance that the degassing from one radially far inward area, namely the axial area of the pump, where the steam portion collects preferentially.
Vorzugsweise dient zum Antrieb der Pumpe ein elektrischer Hauptschlußmotor. Dies ist für die gewünschte Entgasung besonders vorteilhaft, da die Drehzahl eines Hauptschlußmotors stark von seiner Belastung abhängig ist; bei Dampfblasenbildung wird also der Motor eine hohe Drehzahl haben und somit durch die dann verstärkte Zentrifugalwirkung der Pumpe eine besonders rasche Entgasung herbeiführen.An electric main circuit motor is preferably used to drive the pump. This is particularly advantageous for the desired degassing, since the speed of a Main circuit motor is strongly dependent on its load; in the case of vapor lock so the engine will have a high speed and thus increased by the then The centrifugal effect of the pump causes particularly rapid degassing.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind.The invention is described below on the basis of exemplary embodiments described in more detail, which are shown in the drawings.
F i g. 1 zeigt einen Teilschnitt nach Schnittlinie 1-1 im F i g. 2 einer an einen Brennstofftank angebauten Brennstoffpumpe; F i g. 2 ist eine von rechts gesehene Stirnansicht der in F i g. 1 dargestellten Brennstoffpumpe; F i g. 3 ist eine nach der Linie 3-3 genommene Ansicht der beiden Zahnräder der Pumpe; F i g. 4 ist eine Ansicht nach der Linie 1-1 der F i g. 5 und zeigt die in der Deckplatte ausgebildete Einlaßöffnung sowie die Entgasungsöffnungen; F i g. 5 ist ein Schnitt durch die Abdeckplatte nach der Linie 5-5 der F i g. 4.F i g. 1 shows a partial section along section line 1-1 in FIG. 2 a fuel pump attached to a fuel tank; F i g. 2 is one of Front view, seen on the right, of the in FIG. 1 shown fuel pump; F i G. 3 is a view of the two gears of the pump taken on line 3-3; F i g. 4 is a view taken on line 1-1 of FIG. 5 and shows the in the cover plate formed inlet opening as well as the degassing openings; F i g. 5 is a section through the cover plate taken along line 5-5 of FIG. 4th
F i g. 1. erläutert einen Teil einer Brennstoffanlage. T ist ein Brennstofftank, S ist die Brennstoffpumpe, und bei M ist ein Teil des Antriebsmotors für die Pumpe angedeutet. Die Pumpe kann beispielsweise als Primärpumpe zu einer nachgeschalteten (nicht dargestellten) Einspritzpumpe einer Brennstoff-Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine dienen. Der Brennstoff wird aus dem Tank T über ein Filter 11 und eine Leitung 10 in die Brennstoffpumpe S eingesaugt. Die Pumpe S ist als Zahnradpumpe mit echter Verdrängung ausgebildet und enthält ein Pumpengehäuse 16 mit Einlaß 18 und Auslaß 20 sowie einen Zahnradsatz 22, dessen Ausbildung aus F i g. 3 zu ersehen ist. Der Brennstoff verläßt die Pumpe über einen Druckregler 24 und ein Rückschlagventil 26. Bei der in F i g. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe in einer Öffnung 28 im Tank T befestigt, beispielsweise mit Schrauben 30.F i g. 1. explains part of a fuel system. T is a fuel tank, S is the fuel pump, and at M part of the drive motor for the pump is indicated. The pump can serve, for example, as a primary pump to a downstream injection pump (not shown) of a fuel injection system of an internal combustion engine. The fuel is sucked into the fuel pump S from the tank T via a filter 11 and a line 10. The pump S is designed as a gear pump with real displacement and contains a pump housing 16 with inlet 18 and outlet 20 and a gear set 22, the design of which is shown in FIG. 3 can be seen. The fuel leaves the pump via a pressure regulator 24 and a check valve 26. In the case of the one shown in FIG. 1, the pump is fastened in an opening 28 in the tank T, for example with screws 30.
Die Zahnradpumpe S enthält eine Antriebswelle 32, die an ihrem einen Ende mit dem inneren Zahnradsatz 22 und an ihrem anderen Ende mit dem Antriebsmotor M gekuppelt ist. Die Antriebswelle 32 ist mittels des Gleitlagers 33 im Pumpengehäuse 16 gelagert. Im Sinne der F i g. 1 ist links von der eigentlichen Pumpe S ein Radialdichtring 34 vorgesehen, dessen Dichtlippe mittels einer Schlauchfeder 35 abdichtend auf der Welle 32 gleitet. Von der Druckseite der Dichtung 34 geht eine Entlastungsbohrung 36 durch das Pumpengehäuse 16. Dadurch wird ein Bereich niedrigeren Druckes geschaffen, so daß ständig Brennstoff als Schmiermittel durch das Lager 33 geht.The gear pump S includes a drive shaft 32, which at its one End with the internal gear set 22 and at its other end with the drive motor M is coupled. The drive shaft 32 is in the pump housing by means of the slide bearing 33 16 stored. In the sense of FIG. 1 is a radial sealing ring to the left of the actual pump S. 34 provided, the sealing lip sealingly by means of a hose spring 35 on the Shaft 32 slides. A relief bore extends from the pressure side of the seal 34 36 through the pump housing 16. This creates an area of lower pressure, so that fuel continuously passes through the bearing 33 as a lubricant.
Das Pumpengehäuse 16 enthält eine Pumpenkammer 37, in der der Zahnradsatz 22 untergebracht ist. Dieser Zahnradsatz 22 besteht aus einem innen verzahnten äußeren Pumpenrad 39 mit den Zähnen 40 und einem damit im Eingriff stehenden außen verzahnten inneren Pumpenrad 38 mit den Zähnen 42. Das innere Pumpenrad hat einen Zahn weniger als das äußere Pumpenrad. Die beiden Pumpenräder liegen exzentrisch zueinander. Das innere Pumpenrad 38 ist mit der Antriebswelle 32 verbunden, beispielsweise verkeilt. Die Stirnflächen beider Pumpenräder gleiten auf den zugeordneten, dazu passenden Oberflächen der Stirnwände der Pumpenkammer; die in F i g. 1 rechte Stirnwand ist als Abdeckplatte 23 ausgebildet. Der äußere Umfang des äußeren Pumpenrades 39 läuft auf einer bearbeiteten Oberfläche 50 der Pumpenkammer 37. The pump housing 16 contains a pump chamber 37 in which the gear set 22 is housed. This gear set 22 consists of an internally toothed outer pump wheel 39 with the teeth 40 and an externally toothed inner pump wheel 38 with the teeth 42 which is in mesh therewith. The inner pump wheel has one tooth less than the outer pump wheel. The two pump wheels are eccentric to one another. The inner impeller 38 is connected to the drive shaft 32, for example keyed. The end faces of both pump wheels slide on the associated, matching surfaces of the end walls of the pump chamber; the in F i g. 1 right end wall is designed as a cover plate 23. The outer periphery of the outer impeller 39 rides on a machined surface 50 of the pump chamber 37.
In der inneren Oberfläche der Stirnwand oder Abdeckplatte 23 ist ein bogenförmiger Ansaug- oder Einlaßkanal 52 ausgebildet, der sich über einen Winkel von mehr als 90°, vorzugsweise etwa 9.45°, erstreckt und über den Einlaß 18 mit der zum Tank T führenden Leitung 10 verbunden ist. In der Abdeckplatte 23 ist ferner eine zur Welle 32 im wesentlichen koaxiale Ausnehmung 54 ausgebildet. Von dieser Ausnehmung aus erstreckt sich eine Ablaßöffnung 56 zur Außenseite der Abdeckplatte. Eine weitere Öffnung 58 erstreckt sich durch die Abdeckplatte und wird von einer in der Abdeckplatte ausgebildeten, im wesentlichen rechteckigen Ausnehmung 60 gespeist. Der Zweck der Öffnungen wird weiter unten noch erläutert werden.In the inner surface of the end wall or cover plate 23, an arcuate suction or inlet channel 52 is formed which extends over an angle of more than 90 °, preferably about 9.45 °, and which is connected to the line 10 leading to the tank T via the inlet 18 is. In the cover plate 23, a recess 54 which is essentially coaxial with the shaft 32 is also formed. A drain opening 56 extends from this recess to the outside of the cover plate. Another opening 58 extends through the cover plate and is fed by a substantially rectangular recess 60 formed in the cover plate. The purpose of the openings will be explained below.
Es ist von Bedeutung, daß der zwischen den Zähnen der Pumpenräder gebildete Förderraum sofort nach dem vollen Eingriff der Zähne mit der Einlaßöffnung in Verbindung tritt, so daß die Füllung der Pumpenkammer beginnen kann, sobald die Zähne auseinanderzulaufen beginnen. Dies ist notwendig, um die Bildung eines die Dampfblasenbildung begünstigenden teilweisen Vakuums zu vermeiden.It is important that the one between the teeth of the pump wheels conveyor space formed immediately after the full engagement of the teeth with the inlet opening enters into connection so that the filling of the pump chamber can begin as soon as the Teeth begin to diverge. This is necessary to the formation of a die Avoid partial vacuum favoring the formation of vapor bubbles.
Vorzugsweise wird die bogenförmige Einlaßöffnung gemäß der Darstellung in F i g. 3 so ausgebildet, daß sich, wie in dem oberen rechten Quadranten der F i g. 3 zu erkennen ist, eine aus zwei Zähnen bestehende Dichtung bildet. Eine auf einen Zahn beschränkte Abdichtung kann zwar bei Flüssigkeiten mit hoher Viskosität ausreichend sein, doch wurde festgestellt, daß beim Pumpen von Flüssigkeiten mit relativ geringer Viskosität, beispielsweise Benzin, eine aus zwei Zähnen bestehende Abdichtung den durch Rückströmung über die Zahnspitzen hervorgerufenen Wirkungsgradverlust entscheidend herabsetzt.Preferably, the arcuate inlet port is as shown in Fig. 3 designed so that, as in the upper right quadrant of the F i g. 3 can be seen, forms a seal consisting of two teeth. One on Sealing limited to a tooth can occur with high viscosity fluids be sufficient, but it has been found that when pumping liquids with relatively low viscosity, such as gasoline, one consisting of two teeth Sealing the loss of efficiency caused by backflow over the tooth tips decisively lowers.
An einer etwa um 180° gegen den Einlaßkanal 52 versetzten Stelle des Pumpengehäuses ist ein Druck- oder Auslaßkanal 62 ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform liegen Einlaßkanal 52 und Auslaßkanal 62 auf entgegengesetzten Seiten des Zahnradsatzes 22. Der Auslaßkanal 62 erstreckt sich vorzugsweise über einen Winkel von etwa 135° und liegt an einer Stelle kurz vor dem vollen Eingriff der Zahnräder. Natürlich kann die Pumpe auch mit einem Paar von Einlaßkanälen 52 und einem Paar von Auslaßkanälen 62 versehen sein. In einem solchen Fall wäre der eine der beiden Einlaßkanäle in der dargestellten Weise in der Stirnwand oder Abdeckplatte 23 ausgebildet, und der andere wäre in einem gleichen Axialbereich der anderen Stirnwand ausgebildet. Von den Auslaßkanälen wäre der eine in der dargestellten Weise ausgebildet, und der andere würde sich in axialer Ausrichtung dazu in der Abdeckplatte befinden.A pressure or outlet channel 62 is formed at a point of the pump housing which is offset by approximately 180 ° with respect to the inlet channel 52. In the illustrated embodiment, the inlet channel 52 and outlet channel 62 are on opposite sides of the gear set 22. The outlet channel 62 preferably extends over an angle of approximately 135 ° and is located at a point shortly before the gears are fully engaged. Of course, the pump can also be provided with a pair of inlet channels 52 and a pair of outlet channels 62. In such a case, one of the two inlet channels would be formed in the manner shown in the end wall or cover plate 23, and the other would be formed in the same axial region of the other end wall. One of the outlet channels would be formed as shown and the other would be in the cover plate in axial alignment therewith.
Es hat sich gezeigt, daß die angegebenen Bogenlängen von etwa 145° für den Einlaßkanal bzw. etwa 135° für den Auslaßkanal besonders vorteilhaft bei Pumpenradsätzen sind, bei denen das innere Pumpenrad sechs Zähne und das äußere Pumpenrad sieben Zähne aufweist. Bei Zahnradsätzen mit anderen Zähnezahlen würde man wahrscheinlich andere optimale Bogenlängen verwenden.It has been shown that the specified arc lengths of about 145 ° for the inlet channel or about 135 ° for the outlet channel is particularly advantageous Pump gear sets are in which the inner pump wheel has six teeth and the outer one Pump wheel has seven teeth. For gear sets with other numbers of teeth one likely to use other optimal arc lengths.
Die Strömungsverbindung zwischen dem Auslaßkanal 62 und dem Eingang zum Druckregler 24 wird durch einen im Pumpengehäuse ausgebildeten Durchgang 64 gebildet. Aus dem hier nicht weiter beschriebenen Druckregler 24 tritt der Brennstoff über das Rückschlagventil26 in eine (nicht dargestellte) Auslaßleitung aus, die beispielsweise (im Fall eines Einspritzmotors) zu einer Brennstoff-Einspritzpumpe führt.The flow connection between the outlet channel 62 and the inlet to the pressure regulator 24 is through a passage 64 formed in the pump housing educated. The fuel emerges from the pressure regulator 24, which is not further described here via the check valve 26 into an outlet line (not shown) which for example (in the case of an injection engine) to a fuel injection pump leads.
Der in F i g. 1 nur angedeutete Antriebsmotor M ist ein Hauptschlußmotor. Die Motorwelle 108 ist mit der Pumpenwelle 32 mittels einer flexiblen Kupplung 110 verbunden. Der Motor M ist in einer Ausnehmung 114 eines Stufenflansches 112 zentriert und mit dessen Hilfe am Motorgehäuse 16 befestigt. In einer Öffnung 116 des Stufenflansches 112 ist ein Lager 118 für die Motorwelle 108 angeordnet.The in F i g. 1 only indicated drive motor M is a main circuit motor. The motor shaft 108 is connected to the pump shaft 32 by means of a flexible coupling 110. The motor M is centered in a recess 114 of a step flange 112 and is fastened to the motor housing 16 with the aid of the latter. A bearing 118 for the motor shaft 108 is arranged in an opening 116 of the step flange 112.
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