EP2734733A2 - Zahnradpumpe und verfahren zum betreiben einer zahnradpumpe - Google Patents

Zahnradpumpe und verfahren zum betreiben einer zahnradpumpe

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EP2734733A2
EP2734733A2 EP12726631.0A EP12726631A EP2734733A2 EP 2734733 A2 EP2734733 A2 EP 2734733A2 EP 12726631 A EP12726631 A EP 12726631A EP 2734733 A2 EP2734733 A2 EP 2734733A2
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EP
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gear pump
pressure
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fluid
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M37/06—Feeding by means of driven pumps mechanically driven
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    • F02M59/447—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston means specially adapted to limit fuel delivery or to supply excess of fuel temporarily, e.g. for starting of the engine
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    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/20—Fluid liquid, i.e. incompressible
    • F04C2210/203—Fuel

Definitions

  • the present invention relates to a gear pump according to the preamble of claim 1 and a method for operating a gear pump according to the preamble of claim 10.
  • gerotor pumps Internal gear pumps, so-called gerotor pumps, are used to deliver
  • Used fluids for example, to promote fuel in a fuel injection system of an internal combustion engine.
  • the internally toothed ring and the externally toothed gear are mounted eccentrically to one another.
  • the inflow and outflow of the fluid to be delivered takes place via flow channels or via so-called inlet and outlet kidneys, which are arranged in the prior art basically symmetrical to the eccentricity of the bearings.
  • An internal gear pump for conveying fuel in an internal combustion engine is described, for example, in DE 100 35 900 A1.
  • the local internal gear pump has an internally toothed ring gear and an externally toothed pinion or gear, which interacts with the internally toothed ring gear for generating a pumping action.
  • the feed pump comprises a first gear and a second gear. Between the two gears, a delivery chamber is formed.
  • the second gear is mounted in its center on a mandrel.
  • the first gear is an external gear and forms the rotor, the second gear is a Internal gear, which is entrained in the off-center center of the first gear.
  • a fuel supply system of an internal combustion engine and a method for starting an internal combustion engine are described, by means of which a minimum pressure, i. H. a pressure required for the first injection operation at engine startup is determined according to a minimum time for the period between the start of the engine cranking and the release of the first injection event.
  • a gear pump for conveying a fluid which has a rotatably mounted externally toothed gear and an internally toothed ring, which are mounted eccentrically to each other, together form a toothing and are in meshing engagement to produce a conveying action, wherein the toothing a plurality is formed by delivery chambers, and wherein a suction-side inlet channel is arranged in a first angular range in which the delivery chambers increase in a rotation of the gear and the toothed ring, and a pressure-side discharge Channel is arranged in a second angular range in which the delivery chambers decrease in the rotation of the gear and the toothed ring, wherein between the inlet channel and the drainage channel, a sealing region is formed, wherein in the sealing region on the side on which the delivery chambers in the Reduce rotation of the gear and the ring gear, an opening is formed.
  • a high pressure of approximately 120 bar can be provided for a short time by means of the cost-effective electric gear pump, which has the preprocessing of the fuel as the main function.
  • the opening is located in the second angular range, in which there are also the smaller during operation of the gear pump delivery chambers, in which a very high squeezing pressure in the fluid to be delivered, such as diesel fuel, is constructed upon rotation of the ring gear and the gear.
  • This high squish pressure is exploited by the configuration according to the invention by the fluid to be delivered is not supplied from the drain passage to the high-pressure pump at start, but is briefly output when starting the engine from the additional opening in the second angular range of the gear pump.
  • the opening acts as a squeeze pressure relief opening. It is particularly preferred if in this case the opening is made only very small. As a result, the provision of the short-term high pressure can be advantageously supported.
  • the respective arc length of the inlet channel and the outlet channel is shorter than 180 °.
  • the sealing region has a first partial region, which is arranged on the side on which the delivery chambers increase as the gear and the toothed ring rotate.
  • the sealing region has a second partial region, which is arranged on the side which reduce the delivery chambers during rotation of the gear and the ring gear.
  • the opening is arranged substantially in the middle of the second subregion of the sealing region.
  • the delivery chambers are sealed in the second angular range radially by the toothing between the gear and the toothed ring via a line contact.
  • the gear pump is an internal gear pump in which the internally toothed ring acts as a rotor.
  • the gear pump is attachable to a high-pressure pump.
  • a method of operating a gear pump for delivering a fluid in a high pressure injection system particularly in a common rail system, wherein a first hydraulic path leading from a pressure side drain passage of the gear pump via a high pressure pump to a high pressure accumulator and a second hydraulic path, which leads from a pressure-side Quetschdruckentlas- opening of the gear pump via a suction valve and a pump cylinder of the high-pressure pump to the high-pressure accumulator are provided, wherein in a standard operating mode in which the gear pump, the function of advancing the fluid to the High-pressure pump, the fluid is supplied to the high-pressure accumulator via the first hydraulic path and the second hydraulic path, and wherein in a start mode for short-term construction of a high pressure in the high-pressure accumulator, the fluid only via the second hydraulisc hen path is supplied to the high-pressure accumulator, wherein at the same time the exiting via the first hydraulic path from the gear pump fluid quantity is supplied via
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the arrangement of the inlet channel and the outlet channel of the electrical gear pump according to the prior art illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the arrangement of the inlet channel and the outlet channel according to an embodiment
  • FIG. 4 is a hydraulic schematic for a high pressure injection system according to one embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electric gear pump 1 according to the prior art.
  • the gear pump 1 comprises a pair of gears, which consists of an internally toothed ring gear 2, which acts as a rotor, and an externally toothed gear 3 or pinion.
  • the externally toothed gear 3 is arranged eccentrically to the internal toothed ring 2 rotatably mounted on a bearing pin 4. If the externally toothed gear 3 is set in a rotational movement, then the external toothing of the externally toothed gear 3 meshes in the internal toothing of the toothed ring 2 and generates a delivery volume flow of the fluid in which the toothing is running.
  • the direction of rotation of the internal toothed ring 2, which acts as a rotor, is indicated by the arrow marked with the reference numeral 5, here in the counterclockwise direction.
  • the internally toothed ring gear 2 and the externally toothed gear 3 are slidably mounted and have a respective bearing clearance.
  • a plurality of delivery chambers 10 are formed between the toothed ring 2 and the gear 3.
  • the electric gear pump 1 also has a suction-side inlet channel 7 for introducing the fluid into the interior of the gear pump 1 and a pressure-side outlet channel 8 for discharging the fluid to be delivered from the gear pump 1 out, as indicated by the dashed lines.
  • the inlet channel 7 and the outlet channel 8 are here arranged offset by 180 ° to one another and are designed as inlet kidneys or drainage kidneys (see FIG. 2).
  • the inlet channel 7 and the outlet channel 8 are formed in the housing or the cover of the gear pump 1, not shown here, whose length extends due to an internal seal between the suction and sealing side respectively over an angle of slightly below 180 °.
  • the inlet channel 7 is located in a first angle range 9, in which the delivery chambers 10 at
  • the outlet channel 8 is, however, in a second angular range 1 1, in which the delivery chambers 10 shrink in rotation of the toothed ring 2 and the gear 3 in the direction of rotation.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the arrangement of the inlet channel 7 and the outlet channel 8 of the illustrated in Fig. 1 electric gear pump 1 according to the prior art.
  • the inlet channel 7 and the outlet channel 8 are each formed as a drainage kidney and each have a length over an angular range of less than 180 °, so that a sealing region 12 between the suction side and the pressure side of the electric gear pump 1 and between the inlet channel 7 and the Drain channel 8 is created.
  • the sealing region 12 comprises a first portion 19, which corresponds to the first angle ⁇ , which is arranged on the side on which the delivery chambers 10 increase in the rotation of the gear 3 and the ring gear 2, and a second portion 20, which the second angle a 2 corresponds, which on the side is arranged, on which the delivery chambers 10 shrink during the rotation of the gear 3 and the ring gear 2.
  • FIG. 3 is a schematic representation of the arrangement of the inlet channel 7 and the outlet channel 8 according to one embodiment. As can be seen here, is in
  • an additional opening 13 is provided approximately in the middle of the partial region 20.
  • a moving over delivery chamber 10 (see Fig. 1) is completely enclosed over a certain angle of rotation. Since a delivery chamber 10 (see FIG.
  • a hydraulic schematic for a high pressure injection system 14 is shown.
  • fuel 16 such as diesel
  • fuel tank 15 promoted by an electric gear pump 1 and fed via a high-pressure pump 17 to a high-pressure accumulator 18, as will be explained later.
  • the fuel 16 conveyed by the gear pump 1 is supplied to the high-pressure accumulator 18 both via the first path Qi and via the second path Q 2 .
  • the delivery amount supplied to the high-pressure accumulator 18 via the second path Q 2 is small in comparison with the delivery amount supplied via the first path Qi and does not decrease even at higher rotational speeds more clearly, as can be seen from the graphic on the lower left side of the figure.
  • the high-pressure pump 17 pressurizes the conveyed fuel 16 with high pressure and then leads it to the high-pressure accumulator 18, from where it is injected into the combustion chamber of an internal combustion engine via injection valves not shown here.
  • ISS operating case
  • a cost-effective electric gear pump 1 can be used for the short-term generation of a high pressure when starting an internal combustion engine, in particular for a common rail system.

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Abstract

Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids, welche ein drehbar gelagertes außenverzahntes Zahnrad und einen innenverzahnten Zahnring aufweist, wobei durch Verzahnung eine Vielzahl von Förderräumen gebildet wird, und mit einem saugseitigen Zulaufkanal und einem druckseitigen Ablaufkanal, wobei zwischen dem Zulaufkanal und dem Ablaufkanal ein Dichtbereich ausgebildet ist, wobei in dem Dichtbereich auf der Seite, auf welcher sich die Förderräume bei der Drehung des Zahnrads und des Zahnrings verkleinern, eine Öffnung ausgebildet ist. Verfahren zum Fördern eines Fluids in einem Hochdruckeinspritzsystem, wobei ein erster hydraulischer Pfad, welcher von einem druckseitigen Ablaufkanal der Zahnradpumpe über eine Hochdruckpumpe zu einem Hochdruckspeicher führt, und ein zweiter hydraulischer Pfad, welcher von einer druckseitigen Öffnung der Zahnradpumpe über ein Saugventil und einen Pumpenzylinder der Hochdruckpumpe zu dem Hochdruckspeicher führt, vorgesehen sind, wobei in einem Standardbetriebsmodus, in welchem die Zahnradpumpe die Funktion der Vorförderung des Fluids zu der Hochdruckpumpe ausführt, das Fluid dem Hochdruckspeicher über den ersten hydraulischen Pfad und den zweiten hydraulischen Pfad zugeführt wird, und wobei in einem Startmodus zum kurzzeitigen Aufbau eines Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher das Fluid nur über den zweiten hydraulischen Pfad zu dem Hochdruckspeicher zugeführt wird, wobei gleichzeitig die über den ersten hydraulischen Pfad aus der Zahnradpumpe austretende Fluidmenge über einen Bypasspfad dem Zulaufkanal der Zahnradpumpe wieder zugeführt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Zahnradpumpe und Verfahren zum Betreiben einer Zahnradpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Stand der Technik Innenzahnradpumpen, sogenannte Gerotorpumpen, werden zur Förderung von
Fluiden eingesetzt, beispielsweise zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine.
Bei Gerotorpumpen sind der innenverzahnte Zahnring und das außenverzahnte Zahnrad exzentrisch zueinander gelagert. Die Zu- und Abströmung des zu fördernden Fluids erfolgt dabei über Strömungskanäle bzw. über sogenannte Zu- und Ablaufnieren, die im Stand der Technik grundsätzlich symmetrisch zu der Exzentrizität der Lagerstellen angeordnet sind. Eine Innenzahnradpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschi- ne ist beispielsweise in DE 100 35 900 A1 beschrieben. Die dortige Innenzahnradpumpe weist einen innenverzahnten Zahnring und ein außenverzahntes Ritzel bzw. Zahnrad auf, das zum Erzeugen einer Pumpenwirkung mit dem innenverzahnten Zahnring zusammenwirkt.
In DE 10 2006 007 554 A1 ist eine Förderpumpe beschrieben, welche in einen Elektromotor integriert ist. Die Förderpumpe umfasst ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Zwischen den beiden Zahnrädern bildet sich ein Förderraum aus. Das zweite Zahnrad ist in seiner Mitte auf einem Dorn gelagert. Das erste Zahnrad ist ein Außenzahnrad und bildet den Rotor, das zweite Zahnrad ist ein Innenzahnrad, welches im außermittigen Zentrum des ersten Zahnrads mitgeschleppt wird.
Beim Starten der Brennkraftmaschine ist ein kurzzeitiger Hochdruckaufbau notwendig, insbesondere wenn ein schnelles Starten erwünscht ist.
In DE 10 2007 058 231 A1 sind ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine beschrieben, mittels welcher ein Mindestdruck, d. h. ein Druck, der für den ersten Einspritzvorgang beim Starten des Motors erforderlich ist, entsprechend einer Mindestzeit für die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Anschleppens der Brennkraftmaschine und der Freigabe des ersten Einspritzvorgangs bestimmt wird.
Nachteilig ist bei den bekannten Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Common-Rail-Systems jedoch, dass ein schnelleres Starten nur mit sehr aufwändigen Konfigurationen und/oder Steuerungen erreicht werden kann. Ein schnelleres Starten ist vor allem bei Dieselmotoren mit Abstellautomatiken (Idle Start Stop„ISS") wichtig.
Daher ist es wünschenswert, einen kurzzeitigen Hochdruckaufbau beim Starten auf einfache und kostengünstige Weise zu realisieren.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids bereitge- stellt, welche ein drehbar gelagertes außenverzahntes Zahnrad und einen innenverzahnten Zahnring aufweist, welche exzentrisch zueinander gelagert sind, zusammen eine Verzahnung bilden und zur Erzeugung einer Förderwirkung in kämmendem Eingriff stehen, wobei durch die Verzahnung eine Vielzahl von Förderräumen gebildet wird, und wobei ein saugseitiger Zulaufkanal in einem ersten Winkelbereich angeordnet ist, in welchem sich die Förderräume bei einer Drehung des Zahnrads und des Zahnrings vergrößern, und ein druckseitiger Ablauf- kanal in einem zweiten Winkelbereich angeordnet ist, in welchem sich die Förderräume bei der Drehung des Zahnrads und des Zahnrings verkleinern, wobei zwischen dem Zulaufkanal und dem Ablaufkanal ein Dichtbereich ausgebildet ist, wobei in dem Dichtbereich auf der Seite, auf welcher sich die Förderräume bei der Drehung des Zahnrads und des Zahnrings verkleinern, eine Öffnung ausgebildet ist.
Durch die erfindungsgemäße Konfiguration kann kurzzeitig ein Hochdruck von ungefähr 120 bar mittels der kostengünstigen elektrischen Zahnradpumpe, welche als Hauptfunktion die Vorförderung des Kraftstoffs aufweist, bereitgestellt werden. Die Öffnung befindet sich in dem zweiten Winkelbereich, in welchem sich auch die sich beim Betrieb der Zahnradpumpe verkleinernden Förderräume befinden, in welchen ein sehr hoher Quetschdruck in dem zu fördernden Fluid, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, bei Drehung des Zahnrings und des Zahnrads aufgebaut wird. Dieser hohe Quetschdruck wird durch die erfindungsgemäße Konfiguration ausgenutzt, indem das zu fördernde Fluid beim Starten nicht aus dem Ablaufkanal zu der Hochdruckpumpe zugeführt wird, sondern beim Starten der Brennkraftmaschine kurzzeitig aus der zusätzlichen Öffnung in dem zweiten Winkelbereich der Zahnradpumpe ausgegeben wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wirkt die Öffnung als Quetschdruck- entlastungsöffnung. Besonders bevorzugt ist es, wenn dabei die Öffnung nur sehr klein ausgeführt ist. Hierdurch kann die Bereitstellung des kurzzeitigen Hochdrucks vorteilhaft unterstützt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die jeweilige Bogenlänge des Zulaufkanals und des Ablaufkanals kürzer als 180°.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Dichtbe- reich einen ersten Teilbereich auf, welcher auf der Seite angeordnet ist, auf welcher sich die Förderräume bei der Drehung des Zahnrads und des Zahnrings vergrößern.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Dichtbe- reich einen zweiten Teilbereich auf, welcher auf der Seite angeordnet ist, auf welcher sich die Förderräume bei der Drehung des Zahnrads und des Zahnrings verkleinern.
Vorzugsweise ist die Öffnung im Wesentlichen in der Mitte des zweiten Teilbe- reichs des Dichtbereichs angeordnet.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die Förderräume in dem zweiten Winkelbereich radial durch die Verzahnung zwischen dem Zahnrad und dem Zahnring über eine Linienberührung abgedichtet sind.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zahnradpumpe eine Innenzahnradpumpe ist, bei welcher der innenverzahnte Zahnring als Rotor wirkt. Vorzugsweise ist die Zahnradpumpe an eine Hochdruckpumpe anbaubar.
Gemäß der Erfindung wird darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids in einem Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-System, bereitgestellt, wobei ein erster hydraulischer Pfad, welcher von einem druckseitigen Ablaufkanal der Zahnradpumpe über eine Hochdruckpumpe zu einem Hochdruckspeicher führt, und ein zweiter hydraulischer Pfad, welcher von einer druckseitigen Quetschdruckentlas- tungsöffnung der Zahnradpumpe über ein Saugventil und einen Pumpenzylinder der Hochdruckpumpe zu dem Hochdruckspeicher führt, vorgesehen sind, wobei in einem Standardbetriebsmodus, in welchem die Zahnradpumpe die Funktion der Vorförderung des Fluids zu der Hochdruckpumpe aufweist, das Fluid dem Hochdruckspeicher über den ersten hydraulischen Pfad und den zweiten hydraulischen Pfad zugeführt wird, und wobei in einem Startmodus zum kurzzeitigen Aufbau eines Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher das Fluid nur über den zweiten hydraulischen Pfad zu dem Hochdruckspeicher zugeführt wird, wobei gleichzeitig die über den ersten hydraulischen Pfad aus der Zahnradpumpe austretende Fluidmenge über einen Bypasspfad dem Zulaufkanal der Zahnradpumpe wieder zugeführt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels der kostengünstigen elektrischen Zahnradpumpe kurzzeitig auf einfache Art und Weise zum Starten bereits mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff der Hochdruckpumpe zugeführt werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine elektrische Zahnradpumpe gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals und des Ablaufkanals der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Zahnradpumpe gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals und des Ablaufkanals gemäß einer Ausführungsform; und
Fig. 4 ein Hydraulikschema für ein .Hochdruckeinspritzsystem gemäß einer Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Zahnradpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Zahnradpumpe 1 umfasst ein Zahnradpaar, welches aus einem innenverzahnten Zahnring 2, der als Rotor wirkt, und einem außenverzahnten Zahnrad 3 bzw. Ritzel besteht. Das außenverzahnte Zahnrad 3 ist exzentrisch zum innenverzahnten Zahnring 2 drehbar auf einem Lagerzapfen 4 angeordnet. Wird das außenverzahnte Zahnrad 3 in eine Drehbewegung versetzt, so kämmt die Außenverzahnung des außenverzahnten Zahnrads 3 in der Innenverzahnung des Zahnrings 2 und erzeugt einen Fördervolumenstrom des Fluids, in welchem die Verzahnung läuft. Die Drehrichtung des als Rotor wirkenden innenverzahnten Zahnrings 2 ist durch den mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichneten Pfeil angedeutet, hier also entgegen dem Uhrzeigersinn. Der innenverzahnte Zahnring 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3 sind gleitgelagert und weisen ein jeweiliges Lagerspiel auf. Darüber hinaus sind zwischen dem Zahnring 2 und dem Zahnrad 3 eine Vielzahl von Förderräumen 10 ausgebildet.
Weiterhin ist das Zahnradpaar aus dem innenverzahnten Zahnring 2 und dem außenverzahnten Zahnrad 3 in einem Gehäuse (hier nicht dargestellt) angeordnet. Außerdem sind der innenverzahnte Zahnring 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3, wie oben bereits erwähnt, exzentrisch zueinander gelagert, wobei die Exzentrizität durch das Bezugszeichen 6 gekennzeichnet ist. Die elektrische Zahnradpumpe 1 weist darüber hinaus einen saugseitigen Zulaufkanal 7 zum Einleiten des Fluids in das Innere der Zahnradpumpe 1 und einen druckseitigen Ablaufkanal 8 zum Ableiten des zu fördernden Fluids aus der Zahnradpumpe 1 heraus, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Der Zulaufkanal 7 und der Ablaufkanal 8 sind hier um 180° zueinander versetzt an- geordnet und sind als Zulaufniere bzw. Ablaufniere ausgebildet (siehe Fig. 2).
Der Zulaufkanal 7 und der Ablaufkanal 8 sind in dem hier nicht dargestellten Gehäuse oder dem Deckel der Zahnradpumpe 1 ausgebildet, deren Länge sich aufgrund einer internen Abdichtung zwischen Saug- und Dichtseite jeweilig über einen Winkel von etwas unterhalb 180° erstreckt. Der Zulaufkanal 7 befindet sich dabei in einem ersten Winkelbereich 9, in welchem sich die Förderräume 10 bei
Drehung des Zahnrings 2 und des Zahnrads 3 in der Drehrichtung 5 entgegen dem Uhrzeigersinn vergrößern. Der Ablaufkanal 8 befindet sich dagegen in einem zweiten Winkelbereich 1 1 , in welchem sich die Förderräume 10 bei Drehung des Zahnrings 2 und des Zahnrads 3 in der Drehrichtung 5 verkleinern.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals 7 und des Ablaufkanals 8 der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Zahnradpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Der Zulaufkanal 7 und der Ablaufkanal 8 sind jeweils als Ablaufniere ausgebildet und weisen jeweilig eine Länge über einen Winkelbereich von weniger als 180° auf, so dass ein Dichtbereich 12 zwischen der Saugseite und der Druckseite der elektrischen Zahnradpumpe 1 bzw. zwischen dem Zulaufkanal 7 und dem Ablaufkanal 8 entsteht. Der Dichtbereich 12 umfasst dabei einen ersten Teilbereich 19, welcher dem ersten Winkel αι entspricht, welcher auf der Seite angeordnet ist, auf welcher sich die Förderräume 10 bei der Drehung des Zahnrads 3 und des Zahnrings 2 vergrößern, und einen zweiten Teilbereich 20, welcher dem zweiten Winkel a2 entspricht, welcher auf der Seite angeordnet ist, auf welcher sich die Förderräume 10 bei der Drehung des Zahnrads 3 und des Zahnrings 2 verkleinern.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals 7 und des Ablaufkanals 8 gemäß einer Ausführungsform. Wie hier erkennbar ist, ist im
Gegensatz zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform in dem zweiten Teilbereich 20 des Dichtbereichs 12, was dem zweiten Winkel a2 entspricht, eine zusätzliche Öffnung 13 etwa in der Mitte des Teilbereichs 20 vorgesehen. In dem Bereich des Dichtbereichs 12 zwischen dem Zulaufkanal 7 und dem Ablaufkanal 8, welcher sich über den zweiten Winkel a2 erstreckt und welcher sich demzufolge auf der Seite der Förderräume 10 befindet, welche sich bei Drehung des Zahnrings 2 und des Zahnrads 3 in der durch 5 gekennzeichneten Richtung verkleinern, wird ein sich darüber bewegender Förderraum 10 (siehe Fig. 1 ) über einen bestimmten Drehwinkel komplett eingeschlossen. Da sich ein Förderraum 10 (siehe Fig. 1 ) in diesem Bereich bei Drehung verkleinert und die Förderräume 10 in dem zweiten Teilbereich 20 des Dichtbereichs 12 (a2) radial durch den Zahnreingriff zwischen dem Zahnring 2 und dem Zahnrad 3 über eine Linienberührung abgedichtet sind, wobei das axiale Lagerspiel (Gerotor zu Gehäuse und Deckel) sehr klein gewählt werden kann, entstehen bei Drehung vor allem bei hohen Drehzahlen hier sehr hohe „Quetschdrücke". Durch die etwa in der Mitte des zweiten Teilbereichs 20 (a2) vorgesehene zusätzliche Öffnung 13, welche möglichst klein ist und welche als sogenannte Quetschentlastungsöffnung wirkt, kann das verquetschte Medium entweichen, um einem Hochdruckspeicher 18 (siehe Fig. 4) kurzzeitig beispielsweise beim Starten zugeführt zu werden.
In Fig. 4 ist ein Hydraulikschema für ein .Hochdruckeinspritzsystem 14 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Wie hier dargestellt ist, wird Kraftstoff 16, wie beispielsweise Diesel, welcher sich in einem Kraftstofftank 15 befindet, durch eine elektrische Zahnradpumpe 1 gefördert und über eine Hochdruckdruckpumpe 17 einem Hochdruckspeicher 18 zugeführt, wie später noch näher erläutert wird.
In einem Standardbetriebsmodus, d. h. nach dem Starten der Brennkraftmaschine, wird der durch die Zahnradpumpe 1 geförderte Kraftstoff 16 dem Hochdruckspeicher 18 dabei sowohl über den ersten Pfad Qi als auch über den zweiten Pfad Q2 zugeführt. Dabei ist die dem Hochdruckspeicher 18 über den zweiten Pfad Q2 zugeführte Fördermenge im Vergleich zu der über den ersten Pfad Qi zugeführte Fördermenge gering und nimmt auch bei höheren Drehzahlen nicht mehr deutlich zu, wie auch aus der Grafik auf der unteren linken Seite der Figur erkennbar ist.
Im Standardbetriebsmodus beaufschlagt die Hochdruckpumpe 17 den geförderten Kraftstoff 16 mit Hochdruck und führt ihn dann dem Hochdruckspeicher 18, von wo er über hier nicht näher dargestellte Einspritzventile in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt wird.
Die elektrische Zahnradpumpe 1 , welche an die Hochdruckpumpe 17 angebaut ist, kann in der hier dargestellten hydraulischen Verschaltung jedoch kurzzeitig eine bestimmte Kraftstoffmenge mit Hochdruck (~ 120 bar) beim Starten der Brennkraftmaschine zur Verfügung stellen. Dabei wird in einem Betriebsfall„ISS" (Idle Start Stop), in welchem ein Startdruck von ungefähr 120 bar von der elektrischen Zahnradpumpe 1 aufgebaut werden soll, lediglich der zweite Kraftstoffpfad Q2 über ein Saugventil 19 und den Hochdruckpumpenzylinder 20 der Hochdruckpumpe 17 an den Hochdruckspeicher 18 angebunden, um dort den gewünschten Druck kurzzeitig beim Starten der Brennkraftmaschine aufzubauen. Um den gewünschten Startdruck zu erzielen, wird dabei die in Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene Konfiguration genutzt, wobei der unter hohem Druck stehende Kraftstoff, welcher in den Förderräumen 10 in dem zweiten Winkelbereich 1 1 auf die oben bereits beschriebene Art und Weise entsteht, über die zusätzliche Öffnung 13, welche sich in dem zweiten Teilbereich 20 des Dichtbereichs 12 (a2) befindet, entweicht und dem Hochdruckspeicher 18 über den zweiten Pfad Q2 zugeführt wird. Um den gesamten Drehmomentbedarf der elektrischen Zahnradpumpe 1 gering zu halten, ist es erforderlich, in diesem Betriebsmodus„ISS" die Standardfördermenge, welche der Hochdruckpumpe 17 im Standardbetriebsmodus über den durch Q-ι gekennzeichneten Pfad zugeführt wird, zur Saugseite der elektrischen Zahnradpumpe 1 über den Bypasspfad 21 zurückzuführen.
Mittels der erfindungsgemäßen Konfiguration kann eine kostengünstige elektrische Zahnradpumpe 1 zur kurzzeitigen Erzeugung eines Hochdrucks beim Starten einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden, insbesondere für ein Common- Rail-System.

Claims

Ansprüche
Zahnradpumpe (1 ) zum Fördern eines Fluids, welche ein drehbar gelagertes außenverzahntes Zahnrad (3) und einen innenverzahnten Zahnring (2) aufweist, welche exzentrisch zueinander gelagert sind, zusammen eine Verzahnung bilden und zur Erzeugung einer Förderwirkung in kämmendem Eingriff stehen, wobei durch die Verzahnung eine Vielzahl von Förderräumen (10) gebildet wird, und wobei ein saugseitiger Zulaufkanal (7) in einem ersten Winkelbereich (9) angeordnet ist, in welchem sich die Förderräume (10) bei einer Drehung des Zahnrads (3) und des Zahnrings (2) vergrößern, und ein druckseitiger Ablaufkanal (8) in einem zweiten Winkelbereich (1 1 ) angeordnet ist, in welchem sich die Förderräume (10) bei der Drehung des Zahnrads (3) und des Zahnrings (2) verkleinern, wobei zwischen dem Zulaufkanal (7) und dem Ablaufkanal (8) ein Dichtbereich (12) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Dichtbereich (12) auf der Seite, auf welcher sich die Förderräume (10) bei der Drehung des Zahnrads (3) und des Zahnrings (2) verkleinern, eine Öffnung (13) ausgebildet ist.
Zahnradpumpe (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Öffnung als Quetschdruckentlastungsöffnung wirkt.
Zahnradpumpe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine jeweilige Bogenlänge des Zulaufkanals (7) und des Ablaufkanals (8) sich über einen Winkelbereich erstreckt, welcher kürzer als 180° ist.
Zahnradpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtbereich (12) einen ersten Teilbereich (19) aufweist, welcher sich über einen ersten Winkel (α-ι) erstreckt, welcher auf der Seite angeordnet ist, auf welcher sich die Förderräume (10) bei der Drehung des Zahnrads (3) und des Zahnrings (2) vergrößern.
5. Zahnradpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtbereich (12) einen zweiten Teilbereich (20) aufweist, welcher sich über einen zweiten Winkel (a2) erstreckt, welcher auf der Seite angeordnet ist, auf welcher sich die Förderräume (10) bei der Drehung des Zahnrads (3) und des Zahnrings (2) verkleinern.
6. Zahnradpumpe (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Öffnung (13) im Wesentlichen in der Mitte des zweiten Teilbereichs (20) des Dichtbereichs (12) angeordnet ist.
7. Zahnradpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Förderräume (10) in dem zweiten Winkelbereich (1 1 ) radial durch die Verzahnung zwischen dem Zahnrad (3) und dem Zahnring (2) über eine Linienberührung abgedichtet sind.
8. Zahnradpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zahnradpumpe (1 ) eine Innenzahnradpumpe ist, bei welcher der Zahnring (2) als Rotor wirkt.
9. Zahnradpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zahnradpumpe (1 ) an eine Hochdruckpumpe anbaubar ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Zahnradpumpe (1 ) insbesondere nach Anspruch 1 zum Fördern eines Fluids in einem Hochdruckeinspritzsystem (14), insbesondere in einem Common-Rail-System,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster hydraulischer Pfad (Qi), welcher von einem druckseitigen Ablaufkanal (8) der Zahnradpumpe (1 ) über eine Hochdruckpumpe (17) zu einem Hochdruckspeicher (18) führt, und ein zweiter hydraulischer Pfad (Q2), welcher von einer druckseitigen Öffnung (13) der Zahnradpumpe (1 ) über ein Saugventil (19) und einen Pumpenzylinder (20) der Hochdruckpumpe zu dem Hochdruckspeicher (18) führt, vorgesehen sind, wobei in einem Standardbetriebsmodus, in welchem die Zahnradpumpe (1 ) die Funktion der Vorförderung des Fluids zu der Hochdruckpumpe (14) ausführt, das Fluid dem Hochdruckspeicher (18) über den ersten hydraulischen Pfad (Qi ) und den zweiten hydraulischen Pfad (Q2) zugeführt wird, und wobei in einem Startmodus (ISS) zum kurzzeitigen Aufbau eines Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher (18) das Fluid nur über den zweiten hydraulischen Pfad (Q2) zu dem Hochdruckspeicher (18) zugeführt wird, wobei gleichzeitig die über den ersten hydraulischen Pfad (Qi ) aus der Zahnradpumpe (1 ) austretende Fluidmenge über einen Bypasspfad (21 ) dem Zulaufkanal (7) der Zahnradpumpe (1 ) wieder zugeführt wird.
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