JP2003531339A - 特に高圧燃料ポンプのための歯車ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 歯車ポンプであって、ケーシング（１８）と、該ケーシング（１８）に配置されていて互いに噛み合う２つの歯車（１４，１６）と、歯車ポンプの吐出側でケーシングに形成されている少なくとも１つの溝（２２）とを有した形式のものでは、回転数が高い場合に生じるキャビテーションによる損傷が防止されるべきである。この目的で、溝（２２）が、第１の区分（２４）と第２の区分（２６）とを有しており、前記第１の区分（２４）は吐出側を起点として延びており、この第１の区分（２４）では溝（２２）の底面が、歯車の歯列（２２）の先端に対して僅かな間隔を有しており、前記第２の区分（２６）は、第１の区分（２４）に続いていて、この第２の区分（２６）では溝（２２）の底面が、歯の先端に対して最大の間隔を有しており、この間隔は、第１の区分における間隔よりも大きいものであって、第１の区分は第２の区分よりも小さな角度範囲（α）にわたって延びており、溝は全体で、２つの歯（２０）の間の角度間隔よりも大きな角度範囲（α、β）にわたって延びている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、歯車ポンプであって、ケーシングと、該ケーシングに配置されてい
て互いに噛み合う２つの歯車と、歯車ポンプの吐出側でケーシングに形成されて
いる少なくとも１つの溝とを有した形式のものに関する。

【０００２】 このような歯車ポンプは特に、高圧燃料ポンプのための前フィードポンプとし
て使用される。この場合、高圧燃料ポンプには、前フィードポンプによって約６
ｂａｒの圧力の燃料が準備される。高圧燃料ポンプは次いで、いわゆるコモンレ
ール噴射システムで使用されるような１８００ｂａｒのオーダまでの圧力を生ぜ
しめる。

【０００３】 歯車ポンプは、高圧燃料ポンプと同じ回転数で駆動され、エンジン始動回転数
で既に、十分な燃料量を圧送しなければならない。このような理由から、歯車は
ケーシングに対してできるだけ小さな遊びで回転する必要があり、さらに、両歯
車の取り囲み長さ（Umschlingungslaenge）、即ち、圧送したい燃料によって充
填される、歯車ポンプの吸込側と吐出側との間の中間室がケーシングによって密
閉されている角度範囲はできるだけ大きい必要がある。しかしながら回転数が最
大である場合には、歯車ポンプは多量過ぎるの燃料量を圧送してはならない。量
調節のための手間のかかる弁制御装置の代わりに、吸込側では通常、圧送量を制
限する絞りが使用されている。これにより、所定の圧送量に達すると歯列中間室
はもはや完全に燃料によって充填されないことになる。

【０００４】 燃料が完全に充填されていないような中間室が、ポンプの吐出側で、ケーシン
グから圧力室へと出ると、歯車歯列の歯列側面またはケーシングにおいてキャビ
テーションによる損傷が生じる恐れがある。このために、燃料が完全に充填され
ない中間室でできるだけ連続的に圧力上昇を可能にするような溝が設けられてい
る。この溝は、この場合、絞りのような作用をし、ポンプの吐出側から、溝の領
域に存在する中間室への燃料の連続的な戻し流が得られるようにする。

【０００５】 このような公知の燃料ポンプの欠点は、回転数が高い場合でもキャビテーショ
ンによる損傷を回避するためには、比較的大きな角度範囲にわたって延びる溝が
必要であることにある。しかし溝の延在角度範囲が大きいと、ケーシングと歯車
との間の取り囲み円周角（Umschlingungswinkel）が減じられ、これにより回転
数が低い場合には圧送量が小さくなってしまう。

【０００６】 本発明の課題は、冒頭で述べた形式の歯車ポンプを改善して、回転数が低い場
合でも大きな圧送量が得られると同時に、回転数が高い場合にキャビテーション
による損傷を回避できるようにすることである。

【０００７】 発明の効果 請求項１の特徴を有する本発明による歯車ポンプでは、溝が、第１の区分にお
いて、溝の底部と歯車歯列の先端との間に形成される比較的狭いギャップにより
吐出側と接続されている一種の前室を形成する。回転数が高い場合には、この狭
いギャップが、溝の第２の区分の領域に形成されている溢流横断面と接続されて
、その都度、溝に対してまっすぐに開かれている中間室において連続的に圧力が
上昇する。この溝は、全体で、比較的小さな角度範囲にわたって延びているので
、歯車とケーシングとの間の比較的大きな取り囲み円周角が得られ、このことは
回転数が低い場合の圧送量のために有利である。

【０００８】 実施例の説明 図１には、高圧燃料ポンプ５が示されている。この高圧燃料ポンプ５はポンプ
エレメント７によって１８００ｂａｒまでのオーダの高圧に圧縮することができ
る。ポンプエレメントには燃料が歯車ポンプ１０を介して供給される。この歯車
ポンプ１０はポンプエレメント７のための駆動軸に接続されている。

【０００９】 歯車ポンプ１０は、２つの歯車１４，１６を有している（図２参照）。これら
の歯車は互いに噛み合っていて、１つのケーシング１８内に配置されている。矢
印方向で回転することにより、歯車１４，１６は、吸込側Ｓに供給された燃料を
、互いに隣接する歯車の２つの歯列２０の間の中間室によって吐出側Ｄに圧送す
る。

【００１０】 図２には溝２２が示されている。この溝２２は吐出側を起点としてケーシング
に設けられている。溝２２は、ケーシング１８からの流出および吐出側への溢流
の際に歯列中間室において、吐出側よりも低い圧力が存在しており、歯列中間室
に燃料が完全には充填されていない場合に、互いに隣接する２つの歯車歯列の間
の中間室においてできるだけ均一な制御された圧力上昇が行われるように働く。
このような状態では急な圧力上昇が起こり、燃料中の蒸気気泡が中間室で崩壊（
内破 implodieren）し、ケーシングおよび歯車歯列２０の側面にキャビテーシ
ョンによる損傷が生じる恐れがある。このことは特にキャビテーションによる損
傷に敏感な材料の場合に言えることである。図２に示した従来の溝２２の構成で
は、回転数が高い場合、中間室において圧力の補償が極めて迅速に行われるので
、圧力波が生じる。この圧力波により一方では強い圧力振動が生ぜしめられ、他
方では中間室においてキャビテーション気泡が高速で破壊される。

【００１１】 図３には本発明による溝２２の構成が示されている。この溝２２は、角度範囲
αにわたって延びている第１の区分２４と、角度範囲βにわたって延びている第
２の区分２６とから成っている。角度範囲αは角度範囲βよりも著しく小さい。
角度範囲αでは、歯車歯列の先端と溝２２の底面との間の間隔ｓは比較的小さく
、例えば０．２ｍｍのオーダであるが、第２の区分における歯列先端と溝２２の
底面との間の最大の間隔ｔは極めて大きく、例えば０．７ｍｍのオーダである。
第１の区分では、溝２２の底面は、歯車１４の回転軸線にほぼ同心的に延びてい
るが、第２の区分では溝２２の底面は、第１の区分を起点として放物線状に延び
ている。第２の区分における溝の輪郭は、第１の区分とは反対側の端部で、ほぼ
半径方向に、歯車先端に密に接するケーシングの領域に移行している。図示の実
施例では、角度範囲αは約５°であって、角度範囲βは約３６°である。これら
の角度範囲は、溝２２が全体で、歯車の２つの歯の間の角度間隔よりも僅かに大
きい角度範囲にわたって延びるように、歯車歯列２０の互いの間隔に合わせて調
整されている。これにより比較的大きな取り囲み円周角度γが生じる。この取り
囲み円周角は、即ち、ケーシング１８によって中間室を吸込側と吐出側との間で
カバーする比較的大きな円周角度範囲である。この大きな取り囲み円周角γは、
回転数が低い場合に溢流損出が僅かであるので、即ち圧送量が大きいので有利で
ある。

【００１２】 溝２２の特別な構成により、吐出側の領域でケーシングにより取り囲まれた領
域から中間室が出る際に中間室の領域で連続的に圧力が上昇する。即ち歯車１４
が、図３に示したように歯列中間室２８の手前に位置する歯車の歯２０が、溝２
２の第２の区分２６に進入する状態では、圧力上昇が開始される際に、ケーシン
グと、相応の歯車の歯との間のギャップが比較的狭くなるので、燃料が比較的高
い圧力を有する領域から比較的ゆっくりと歯の中間室２８に流入する。この場合
、流れは半径方向で延び、歯の基部の方向で歯車の側面に沿って流れる。このこ
とは、この領域の溝２２の輪郭の延びにより保証される。充填すべき中間室に燃
料が溢流することにより、前記中間室における圧力は下がる。このことは燃料が
後から、第１の区分２４における歯の先端と溝の底面との間の狭いギャップを流
れることにより補償される。歯車が矢印方向でさらに回転すると、溝２２の第１
の区分２４とこの区分の反対側に位置する歯先端との間の流れ横断面も、後続の
歯車の歯と溝２２の端部との間の流れ横断面も拡大される。このことにより中間
室２８における完全な圧力補償を吐出側への流出前に行うことができる。このよ
うにして歯車歯列および歯車ポンプのケーシングにおけるキャビテーションによ
る損傷を回避できる。

【００１３】 前記の溝２２は勿論、キャビテーションによる損傷を回避するために第２の歯
車１６も設けることもできる。

【００１４】 溝２２の横断面の設計のために、次の規則が当てはまる。

【００１５】 １／（Ｎ・Ｚ）＞Ｔ_ｆ Ｔ_ｆ＝Ｖ_ｄ／Ｖ_ｐ Ａ_Ｎ＝Ｖ_ｐ／ｗ この場合、 Ｔ_ｆ＝溝からの歯列中間室への充填時間 Ｎ＝歯車の回転数 Ｚ＝歯車の歯数 Ｖ_ｄ＝歯列中間室における蒸気体積 Ｖ_ｐ＝溝から中間室への燃料の体積流 ｗ＝溝における流れ速度 Ａ_Ｎ＝溝における有効流れ横断面

【図面の簡単な説明】

【図１】 高圧燃料ポンプに接続された歯車ポンプを概略的に示した断面図である。

【図２】 先行技術の歯車ポンプを概略的に示した部分断面図である。

【図３】 本発明による歯車ポンプを示した図２に対応する図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯車ポンプであって、ケーシング（１８）と、該ケーシング
   （１８）に配置されていて互いに噛み合う２つの歯車（１４，１６）と、歯車ポ
   ンプの吐出側でケーシングに形成されている少なくとも１つの溝（２２）とを有
   した形式のものにおいて、 該溝（２２）が、第１の区分（２４）と第２の区分（２６）とを有しており、
   前記第１の区分（２４）は吐出側を起点として延びており、この第１の区分（２
   ４）では溝（２２）の底面が、歯車の歯列（２２）の先端に対して僅かな間隔を
   有しており、前記第２の区分（２６）は、第１の区分（２４）に続いていて、こ
   の第２の区分（２６）では溝（２２）の底面が、歯の先端に対して最大の間隔を
   有しており、この間隔は、第１の区分における間隔よりも大きいものであって、
   第１の区分は第２の区分よりも小さな角度範囲（α）にわたって延びており、溝
   は全体で、２つの歯（２０）の間の角度間隔よりも大きな角度範囲（α、β）に
   わたって延びていることを特徴とする歯車ポンプ。
2. 【請求項２】 溝（２２）の第１の区分の輪郭は、一定の横断面を有するよ
   うな延在部を有している、請求項１記載の歯車ポンプ。
3. 【請求項３】 溝（２２）の第２の区分の輪郭は、減少する横断面を有する
   ような延在部を有している、請求項１または２記載の歯車ポンプ。
4. 【請求項４】 溝（２２）の第２の区分の輪郭が、放物線状の延在部を有し
   ている、請求項３記載の歯車ポンプ。
5. 【請求項５】 第２の区分（２６）の輪郭は、第１の区分（２４）とは反対
   側で、対応する歯車の回転軸線に関してほぼ半径方向に延びている、請求項４記
   載の歯車ポンプ。
6. 【請求項６】 高圧燃料ポンプ（５）に配属されていて、第２の区分（２６
   ）における歯先端と溝の底面との間の間隔（ｔ）が、歯車高さで分割された、溝
   における有効流れ横断面とほぼ同じであって、第１の区分における歯車（１４，
   １６）の歯先端と溝（２２）の底面との間の間隔（ｓ）が、第１の区分の間隔の
   １／３とほぼ等しい、請求項１から５までのいずれか１項記載の歯車ポンプ。
7. 【請求項７】 第２の区分における歯先端と溝の底部との間の間隔（ｔ）が
   ほぼ０．７ｍｍである、請求項６記載の歯車ポンプ。
8. 【請求項８】 第１の区分における歯車（１４，１６）の歯先端と溝（２２
   ）の底部との間の間隔は、ほぼ０．２ｍｍである、請求項６記載の歯車ポンプ。
9. 【請求項９】 溝（２２）の第１の区分（２４）が、約５°の角度範囲にわ
   たって延びていて、第２の区分（２６）が、約３６°の角度範囲にわたって延び
   ている、請求項６記載の歯車ポンプ。