WO2004020830A1 - Zahnradförderpumpe - Google Patents

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WO2004020830A1
WO2004020830A1 PCT/DE2003/001180 DE0301180W WO2004020830A1 WO 2004020830 A1 WO2004020830 A1 WO 2004020830A1 DE 0301180 W DE0301180 W DE 0301180W WO 2004020830 A1 WO2004020830 A1 WO 2004020830A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
chamber
pump
valve piston
gear
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/001180
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stanislaw Bodzak
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2004020830A1 publication Critical patent/WO2004020830A1/de

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/24Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F04C14/26Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels
    • F04C14/265Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels being obtained by displacing a lateral sealing face
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/18Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with similar tooth forms

Definitions

  • the invention relates to a gear pump according to the preamble of claim 1.
  • Such a gear pump is known from DE 196 25 564 AI.
  • This gear pump is provided for a fuel injection device of an internal combustion engine and has a housing in which a pump chamber is formed.
  • a rotatingly driven pair of gear wheels meshing with one another on their outer circumference is arranged in the pump chamber.
  • the toothed wheels convey fuel as a conveying medium from a suction space connected to a storage tank along conveying channels formed between the circumference of the toothed wheels and circumferential walls of the pump chamber into a pressure chamber.
  • the gear pump also has a valve in the form of a pressure relief valve to limit the pressure in the
  • WO 01/40656 A1 also discloses a fuel injection device for an internal combustion engine which has a high-pressure pump, through which fuel is delivered under high pressure into a memory, from which fuel is injected at the
  • a gear pump delivers fuel from a fuel tank to the high-pressure pump.
  • a fuel metering device is arranged, which is controlled by a control device and through which the inflow of fuel from the gear pump to the high-pressure pump is adjusted such that a fuel quantity is conveyed into the storage by the high-pressure pump in order to have a predetermined amount in it To maintain pressure.
  • a variable flow cross-section is set by the fuel metering device. Under certain operating conditions of the internal combustion engine, for example in overrun mode, no fuel may be pumped into the accumulator by the high pressure pump. Since the
  • the gear pump according to the invention with the features according to claim 1 has the advantage that the amount of liquid required by this can be adjusted in a simple manner by means of the valve by appropriate control of the actuator.
  • the valve When the valve is completely closed, the maximum amount of liquid is demanded by the gear pump and when the valve is completely open, the total amount of liquid can be returned to the suction space so that no liquid is required by the gear pump.
  • connection channel is formed in a simple manner by the design according to claim 3.
  • the embodiment according to claim 6 ensures that only a small force is generated by the pressure acting on the valve piston, and thus the position of the valve piston is essentially determined by the balance of forces between the spring and the actuator force.
  • the fuel injection device according to claim 10 offers the advantage that it is simple in construction, since the control of the fuel required by the gear pump to the high-pressure pump and thus the amount of fuel required by the high-pressure pump in the memory takes place through the valve integrated in the gear pump.
  • FIG. 1 shows a gear pump in a section along line II in FIG. 2
  • FIG. 2 shows the gear pump in a section along line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 shows the gear pump schematically in one Section along line III-III in Figure 2 in an enlarged view
  • Figure 4 shows a fuel injection device with the gear pump.
  • a gear feed pump 100 shown in FIGS. 1 to 3 is, for example, part of a fuel injection device for an internal combustion engine shown in FIG.
  • the fuel injection device has a high-pressure pump 110, by means of which fuel is conveyed to a reservoir 120 under high pressure.
  • the gear pump 100 delivers fuel from a fuel tank 130 to the high pressure pump 110.
  • Fuel is withdrawn from the memory 120 for an injection on the internal combustion engine that takes place by means of injectors 140.
  • the internal combustion engine is a self-igniting internal combustion engine and the fuel that is delivered by the gear pump is diesel fuel.
  • the gear pump 100 has a multi-part housing which has a housing part 10 and a cover part 12.
  • a pump chamber 14 is formed between the housing part 10 and the cover part 12, in which a pair of gear wheels 16, 18 which mesh with one another on their outer circumference is arranged.
  • the housing part 10 has two depressions 20, 22, from the bottom of which a bearing journal 24, 26 projects.
  • the bearing pins 24, 26 are formed in one piece with the housing part 10 and run at least approximately parallel to one another.
  • the bearing pins 24, 26 can be at least partially hollow to reduce the weight of the housing part 10.
  • the gear wheel 16 has a bore 17, via which it is rotatably mounted on the journal 24.
  • the gear wheel 18 has a bore 19, via which it is rotatably mounted on the bearing journal 26 is.
  • the bearing journals 24, 26 each determined an axis 25, 27 for the gears 16, 18.
  • the cover part 12 is firmly connected to the housing part 10, for example by means of several screws.
  • the housing part 10 and the cover part 12 are preferably made of
  • the gears 16, 18 are preferably made of steel, in particular of sintered steel.
  • the gear pump has a drive shaft 30 which is rotatably mounted in the housing part 10.
  • the drive shaft 30 is arranged at least approximately coaxially with the bearing journal 24, the housing part 10 having a bore 32 which continues in the bearing journal 24 and through which the end of the drive shaft 30 passes.
  • a shaft seal 34 is installed between the bore 32 and the drive shaft 30 in order to seal the housing part 10.
  • the drive shaft 30 is coupled to the gearwheel 16, for example via a coupling member 36 arranged between the front end of the bearing journal 24 and the cover part 12.
  • the gearwheel 16 is activated during operation of the
  • Gear pump is driven in rotation via the drive shaft 30 and transmits this rotary movement via a spur toothing to the toothed wheel 18, which is also provided with a spur toothing and meshes with the toothed wheel 16 on its outer circumference.
  • the toothed wheels 16, 18 thereby divide the pump chamber 14 into two partial areas by their tooth engagement. of which a first section forms an intake chamber 40 and a second section forms a pressure chamber 42.
  • the suction chamber 40 is connected to the pressure chamber 42 via a delivery channel 44 formed between the tooth grooves on the peripheral surfaces of the gear wheels 16, 18 and the upper and lower peripheral wall of the pump chamber 14.
  • the suction chamber 40 and the pressure chamber 42 each have a connection opening in the wall of the housing part 10 or the cover part 12, via which the suction chamber 40 with a suction line from
  • Fuel reservoir 130 and the pressure chamber 42 via a Delivery line is connected to the suction chamber of the high pressure pump 110.
  • the connection opening in the suction space 40 forms an inlet opening 46 and the connection opening in the pressure space 42 forms an outlet opening 48.
  • the gear pump has a valve 50 which is arranged in the housing, for example in the cover part 12 or in a further cup-shaped housing part 13 connected to the cover part 12.
  • a groove 52 is introduced, which extends between the pressure chamber 42 and the suction chamber 40.
  • the groove 52 has a length 1, a width b and a depth t.
  • the groove 52 runs as shown in Figure 3 when viewed in the direction of the axes of rotation 25,27 of the gears 24,26 viewed approximately tangentially to the gears 16,18 and their length 1 is dimensioned such that the groove 52 over the cutting lines 54 of the tip circles Dk of the gears 16,18 extends.
  • the groove 52 is viewed in the direction of the axes of rotation 25, 27 of the gear wheels 16, 18, at least approximately centrally between the
  • the groove 52 thus forms a connecting channel extending from the pressure chamber 42 to the suction chamber 40. Outside of the groove 52, the inside of the cover part 12 delimits the pump chamber 14 with a small axial distance from the end faces of the gear wheels 16, 18.
  • a bore 56 is made in the cover part 12, the diameter d of which is preferably somewhat larger than the width b of the groove 52.
  • the bore 56 runs and is at least approximately parallel to the axes of rotation 25, 27 of the gear wheels 16, 18 when viewed in the direction of the axes of rotation 25, 27 of the gear wheels 16, 18, preferably offset by a dimension H from the suction chamber 40 with respect to a connecting line 58 between the axes of rotation 25, 27 of the gear wheels 16, 18.
  • the dimension H is preferably between about 2 and 5 mm.
  • a valve piston 60 is displaceably guided in the bore 56 as the valve member of the valve 50.
  • the valve piston 60 is pressed by a prestressed compression spring 62, for example in the form of a helical compression spring, toward the end faces of the gear wheels 16, 18 facing it.
  • the compression spring 62 is clamped between the end face of the valve piston 60 facing away from the end faces of the gear wheels 16, 18 and a sleeve 64.
  • the sleeve 64 is arranged on the side of the cover part 12 facing away from the end faces of the gear wheels 16, 18 and is connected to the cover part 12 or the further housing part 13.
  • the end faces of the gear wheels 16, 18 are at least approximately flat and at least approximately perpendicular to their axes of rotation 25, 27.
  • the valve piston 60 bears against the end faces of the gear wheels 16, 18 in the region of their tooth engagement.
  • an actuator in the form of an electromagnet 66 is arranged in the housing part 13, which actuator has a magnet armature 68 and a magnet coil 70 surrounding it.
  • the magnet armature 68 is connected to the valve piston 60 via a piston rod 71.
  • the piston rod 71 has a smaller diameter than the valve piston 60 and passes through a bore in the sleeve 64 and the compression spring 62.
  • the magnetic coil 70 is connected to an electronic one via electrical lines 72
  • Control device 150 connected and is energized differently by this.
  • the solenoid 70 When the solenoid 70 is de-energized, no force acts on the armature 68 and the valve piston 60 is pressed by the compression spring 62 against the end faces of the gear wheels 16, 18.
  • Valve piston 60 the groove 52 is closed so that there is no connection between the pressure chamber 42 and the suction chamber 40.
  • the magnet coil 70 is energized, the armature 68 has a force proportional to the current intensity, by means of which the
  • Magnet armature 68 is drawn into the magnet coil 70.
  • the valve piston 60 is pulled away from the end faces of the gear wheels 16, 18 against the force of the compression spring 62 and thereby releases a flow cross section in the groove 52.
  • the force acting on the valve piston 60 in the opening direction, which is directed away from the end faces of the gear wheels 16, 18, is proportional to the current intensity with which the solenoid 70 is energized.
  • the valve piston 60 assumes a position in which the forces generated by the compression spring 62 and by the electromagnet 66 thereon are in equilibrium. Depending on the current intensity with which the electromagnet 66 is energized, the valve piston 60 releases a variable flow cross section in the groove 52.
  • the interior of the housing part 13, in which the sleeve 64, the compression spring 62 and the electromagnet 66 are arranged, is preferably connected to the suction space 40, for example via a bore 74 running through the housing part 13 and the cover part 12.
  • gears 16, 18 are pressed, the play of the gears 16, 18 in the pump chamber 14 in the direction of their axis of rotation 25, 27 is reduced, preferably completely eliminated.
  • the valve piston 60 generates a braking force on the gears 16, 18 due to the friction, which is particularly advantageous when the gear feed pump starts up, since this results in better flank contact between the teeth of the gears 16, 18.
  • the size of the gear pump can be designed for a smaller delivery than known gear pumps.
  • the electromagnet 66 is controlled by the control device 150 as a function of operating parameters of the internal combustion engine, such as, for example, speed and load. At the store
  • a pressure sensor 160 is preferably arranged, which is connected to the control device 150, which is thus supplied with a signal for the pressure prevailing in the memory 120.
  • the pressure required in the memory 120 is variably specified as a function of the operating parameters of the internal combustion engine.
  • the control device 150 actuates the electromagnet 66 in such a way that a quantity of fuel is conveyed to the high-pressure pump 110 by the gear pump 100, which is then conveyed into the accumulator 120 by the high-pressure pump 110, which is required to generate the predetermined pressure in the accumulator 120 , If the pressure prevailing in the accumulator 120 is less than the predetermined pressure, the control device 150 does not energize the electromagnet 66, so that the valve 50 is closed and the entire valve
  • the delivery rate of the gear pump 100 is supplied to the high pressure pump 110 and is conveyed through this into the reservoir 120. If the pressure prevailing in the accumulator 120 is higher than the predetermined pressure, the control device 150 energizes the electromagnet 66 so that the valve 50 opens and only part of the delivery quantity of the gear pump 100 reaches the high-pressure pump 110, while the rest of the Flow flows back to the suction chamber 40. If no fuel may be conveyed into the accumulator 120 by the high-pressure pump 110, the electromagnet 66 is energized by the control device 150 with maximum current, so that the valve 50 releases the maximum flow cross section in the groove 52.
  • the largest flow cross-section released by the valve piston 60 in the groove 52 is preferably so large that the entire fuel quantity delivered by the gear wheels 16, 18 can flow back from the pressure chamber 42 into the suction chamber 40 without a high back pressure occurring in the pressure chamber 42.
  • the cross-sectional area of the groove 52 which determines the maximum flow cross-section, is preferably between approximately 30 and 60 mm 2 . Since the entire delivery rate of the gear feed pump is supplied to the high-pressure pump 110 when the valve 50 is closed and there is no constant leakage, as in the known fuel injection device, the gear delivery pump according to the invention can be designed with a smaller delivery rate compared to the gear delivery pump used in the known fuel injection device.
  • Valve piston 60 makes an evasive movement, whereby these pressure pulsations are damped and reduced.
  • the gear pump does not have a separate bypass valve, through which a connection between the pressure chamber 42 and the suction chamber 40 can be released when the pressure in the Pressure chamber 42 is less than in the suction chamber 40. This can be the case in particular after the gear pump has run dry or when it is filled for the first time, in which case the gear pump must be vented and filled.
  • This function can be fulfilled by the valve 50, which can be opened by the control device 150 when the electromagnet 66 is suitably energized and thereby enables the pressure chamber 42 to be vented and filled.

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Abstract

Zahnradförderpumpe mit einer Pumpkammer (14), in der ein rotierend angetriebenes Paar von an ihrem Aussenumfang miteinander kämmender Zahnräder (16, 18) angeordnet ist. Es ist ein Ventil (50) zur Steuerung des im Druckraum (42) herrschenden Drucks vorgesehen, das einen Ventilkolben (60) aufweist, durch den ein Verbindungskanal (52) des Druckraums (42) mit dem Ansaugraum (40)gesteuert wird und der durch eine vorgespannte Feder in einer Schliessrichtung beaufschlagt ist. Der Ventilkolben (60) begrenzt die Pumpkammer (14) in Richtung der Drehachsen (25, 27) der Zahnräder (16, 18) zumindest teilweise und wird durch die Feder (62) in einer Schliessrichtung zu den diesem zugewandten Stirnseiten der Zahnräder (16, 18) hin als Ventilsitz gepresst. Das Ventil (50) weist einen elektrisch angesteuerten Aktor (66) auf, durch den der Ventilkolben (60) gegen die Kraft der Feder (62) in einer Öffnungsrichtung von den Stirnseiten der Zahnräder (16, 18) wegbewegbar ist.

Description

Zahnradförderpumpe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zahnradförderpumpe nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Zahnradförderpumpe ist durch die DE 196 25 564 AI bekannt. Diese Zahnradförderpumpe ist für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen und weist ein Gehäuse auf, in dem eine Pumpkammer gebildet ist. In der Pumpkammer ist ein rotierend angetriebenes Paar von an ihrem Außenumfang miteinander kämmender Zahnräder angeordnet. Die Zahnräder fördern Kraftstoff als Fördermedium aus einem mit einem Vorratstank verbundenen Ansaugraum entlang zwischen dem Umfang der Zahnräder und Umfangswänden der Pumpkammer gebildeten Förderkanälen in einen Druckraum. Die Zahnradförderpumpe weist außerdem ein Ventil in Form eines Druckbegrenzungsventils zur Begrenzung des Drucks im
Druckraum auf. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks im Druckraum gibt das Druckbegrenzungsventil einen Verbindungskanal des Druckraums zum Ansaugraum frei. Das Druckbegrenzungsventil weist einen Ventilkolben auf, der in einer Bohrung in einer zu den Drehachsen der Zahnräder senkrechten Ebene verschiebbar geführt ist und der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Der Ventilkolben ist gegen die Kraft einer vorgespannten Feder verschiebbar. Nachteilig bei dieser bekannten Zahnradförderpumpe ist, daß die von dieser geförderte Kraftstoffmenge nur abhängig vom Druck im Druckraum gesteuert wird. Durch die WO 01/40656 AI ist darüberhinaus eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Hochdruckpumpe aufweist, durch die Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher gefördert wird, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der
Brennkraftmaschine entnommen wird. Durch eine Zahnradförderpumpe wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter zur Hochdruckpumpe gefördert. Zwischen der Zahnradförderpumpe und der Hochdruckpumpe ist eine Kraftstoffzumeßeinrichtung angeordnet, die durch eine Steuereinrichtung angesteuert wird und durch die der Zufluß von Kraftstoff von der Zahnradförderpumpe zur Hochdruckpumpe derart eingestellt wird, daß durch die Hochdruckpumpe in den Speicher eine Kraftstoffmenge gefördert wird, um in diesem einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten. Durch die Kraftstoffzumeßeinrichtung wird dabei ein variabler Durchflußquerschnitt eingestellt. Unter bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, beispielsweise im Schubbetrieb, darf durch die Hochdruckpumpe kein Kraftstoff in den Speicher gefördert werden. Da der
Durchflußquerschnitt durch die Kraftstoffzumeßeinrichtung nicht sicher vollständig verschlossen werden kann sind hierbei Maßnahmen erforderlich, um den von der Zahnradförderpumpe geförderten Kraftstoff vor der Hochdruckpumpe abzuführen. Dadurch wird jedoch eine ständige Leckage verursacht, die durch eine erhöhte Förderleistung der Zahnradförderpumpe ausgeglichen werden muß. Außerdem ist die Kraftstoffzumeßeinrichtung aufwendig und teuer in der Herstellung.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemaße Zahnradforderpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die durch diese geforderte Flussigkeitsmenge auf einfache Weise mittels des Ventils durch entsprechende Ansteuerung des Aktors beliebig eingestellt werden kann. Bei vollständig geschlossenem Ventil wird durch die Zahnradforderpumpe die maximale Flussigkeitsmenge gefordert und bei vollständig geöffnetem Ventil kann die gesamte Flussigkeitsmenge wieder m den Ansaugraum zuruckgeleitet werden, so daß durch die Zahnradforderpumpe gar keine Flüssigkeit gefordert wird.
In den abhangigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfmdungsgemaßen Zahnradforderpumpe angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ist der Verbindungskanal auf einfache Weise gebildet. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 6 wird erreicht, daß durch den auf den Ventilkolben wirkenden Druck nur eine geringe Kraft erzeugt wird und somit die Stellung des Ventilkolbens im wesentlichen durch das Kräftegleichgewicht zwischen der Feder und der Aktorkraft bestimmt wird. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 10 bietet den Vorteil, daß diese einfach aufgebaut ist, da die Steuerung der durch die Zahnradforderpumpe zur Hochdruckpumpe geforderten Kraftstof enge und damit der durch die Hochdruckpumpe in den Speicher geforderten Kraftstoffmenge durch das in die Zahnradforderpumpe integrierte Ventil erfolgt.
Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist m der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Zahnradforderpumpe in einem Schnitt entlang Linie I-I in Figur 2, Figur 2 die Zahnradforderpumpe in einem Schnitt entlang Linie II-II in Figur 1, Figur 3 die Zahnradforderpumpe schematisch in einem Schnitt entlang Linie III-III in Figur 2 in vergrößerter Darstellung und Figur 4 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit der Zahnradförderpumpe.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Zahnradförderpumpe 100 ist beispielsweise Bestandteil einer in Figur 4 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Hochdruckpumpe 110 auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher 120 gefördert wird. Durch die Zahnradförderpumpe 100 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 130 zur Hochdruckpumpe 110 gefördert. Aus dem Speicher 120 wird Kraftstoff zu einer mittels Injektoren 140 erfolgenden Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen. Die Brennkraftmaschine ist eine selbstzündende Brennkraftmaschine und der Kraftstoff, der durch die Zahnradförderpumpe gefördert wird, ist Dieselkraftstoff.
Die Zahnradförderpumpe 100 weist ein mehrteiliges Gehäuse auf, das ein Gehäuseteil 10 und ein Deckelteil 12 aufweist. Zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem Deckelteil 12 ist eine Pumpkammer 14 gebildet, in der ein Paar an ihrem Außenumfang miteinander kämmender Zahnräder 16,18 angeordnet ist. Das Gehäuseteil 10 weist zur Bildung der Pumpkammer 14 zwei Vertiefungen 20,22 auf, von deren Grund jeweils ein Lagerzapfen 24,26 absteht. Die Lagerzapfen 24,26 sind einstückig mit dem Gehäuseteil 10 ausgebildet und verlaufen zumindest annähernd parallel zueinander. Die Lagerzapfen 24,26 können zur Gewichtsreduzierung des Gehäuseteils 10 zumindest teilweise hohl ausgebildet sein. Das Zahnrad 16 weist eine Bohrung 17 auf, über die es auf dem Lagerzapfen 24 drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 18 weist eine Bohrung 19 auf, über die es auf dem Lagerzapfen 26 drehbar gelagert ist. Die Lagerzapfen 24,26 bestimmten jeweils eine Drhachse 25,27 für die Zahnräder 16,18. Das Deckelteil 12 ist mit dem Gehäuseteil 10 fest verbunden, beispielsweise mittels mehrerer Schrauben. Das Gehäuseteil 10 und das Deckelteil 12 bestehen vorzugsweise aus Leichtmetall, insbesondere
Aluminium. Die Zahnräder 16,18 bestehen vorzugsweise aus Stahl, insbesondere aus Sinterstahl.
Die Zahnradförderpumpe weist eine Antriebswelle 30 auf, die im Gehäuseteil 10 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 30 ist zumindest annähernd koaxial zum Lagerzapfen 24 angeordnet, wobei das Gehäuseteil 10 eine Bohrung 32 aufweist, die sich im Lagerzapfen 24 fortsetzt und durch die das Ende der Antriebswelle 30 hindurchtritt. Zwischen der Bohrung 32 und der Antriebswelle 30 ist ein Wellendichtring 34 eingebaut, um das Gehäuseteil 10 abzudichten. Die Antriebswelle 30 ist mit dem Zahnrad 16 gekoppelt, beispielsweise über ein zwischen dem Stirnende des Lagerzapfens 24 und dem Deckelteil 12 angeordnetes Koppelglied 36. Das Zahnrad 16 wird beim Betrieb der
Zahnradförderpumpe über die Antriebswelle 30 rotierend angetrieben und überträgt diese Drehbewegung über eine Stirnverzahnung auf das ebenfalls mit einer Stirnverzahnung versehene, mit dem Zahnrad 16 an seinem Außenumfang kämmende Zahnrad 18. Die Zahnräder 16,18 teilen dabei die Pumpkammer 14 durch ihren Zahneingriff in zwei Teilbereiche, von denen ein erster Teilbereich einen Ansaugraum 40 und ein zweiter Teilbereich einen Druckraum 42 bilden. Der Ansaugraum 40 ist dabei über je einen zwischen den Zahnnuten an den Umfangsflächen der Zahnräder 16,18 und der oberen und unteren Umfangswand der Pumpkammer 14 gebildeten Förderkanal 44 mit dem Druckraum 42 verbunden. Der Ansaugraum 40 und der Druckraum 42 weisen jeweils eine Anschlussöffnung in der Wand des Gehäuseteils 10 oder des Deckelteils 12 auf, über die der Ansaugraum 40 mit einer Ansaugleitung vom
Kraftstoffvorratsbehälter 130 und der Druckraum 42 über eine Förderleitung mit dem Saugraum der Hochdruckpumpe 110 verbunden ist. Die Anschlussöffnung in den Ansaugraum 40 bildet eine Einlassöffnung 46 und die Anschlussöffnung in den Druckraum 42 bildet eine Auslassöffnung 48.
Die Zahnradförderpumpe weist ein Ventil 50 auf, das im Gehäuse, beispielsweise im Deckelteil 12 oder in einem mit dem Deckelteil 12 verbundenen weiteren, topfförmigen Gehäuseteil 13 angeordnet ist. In der die Pumpkammer 14 begrenzenden Innenseite des Deckelteils 12 ist eine Nut 52 eingebracht, die sich zwischen dem Druckraum 42 und dem Ansaugraum 40 erstreckt. Die Nut 52 weist eine Länge 1, eine Breite b und eine Tiefe t auf. Die Nut 52 verläuft wie in Figur 3 dargestellt bei Betrachtung in Richtung der Drehachsen 25,27 der Zahnräder 24,26 betrachtet etwa tangential zu den Zahnrädern 16,18 und deren Länge 1 ist so bemessen, daß die Nut 52 über die Schnittlinien 54 der Kopfkreise Dk der Zahnräder 16,18 hinausreicht. Die Nut 52 ist in Richtung der Drehachsen 25,27 der Zahnräder 16,18 betrachtet zumindest annähernd mittig zwischen den
Zahnrädern 16,18 angeordnet. Die Nut 52 bildet somit einen sich vom Druckraum 42 bis zum Ansaugraum 40 erstreckenden Verbindungskanal . Außerhalb der Nut 52 begrenzt das Deckelteil 12 mit seiner Innenseite die Pumpkammer 14 mit geringem axialem Abstand zu den Stirnseiten der Zahnräder 16,18.
Am Grund der Nut 52 ist eine Bohrung 56 in das Deckelteil 12 eingebracht, deren Durchmesser d vorzugsweise etwas größer ist als die Breite b der Nut 52. Die Bohrung 56 verläuft zumindest annähernd parallel zu den Drehachsen 25,27 der Zahnräder 16,18 und ist bei Betrachtung in Richtung der Drehachsen 25,27 der Zahnräder 16,18 vorzugsweise bezüglich einer Verbindungslinie 58 zwischen den Drehachsen 25,27 der Zahnräder 16,18 um ein Maß H zum Ansaugraum 40 hin versetzt angeordnet. Das Maß H beträgt vorzugsweise zwischen etwa 2 und 5 mm. In der Bohrung 56 ist als Ventilglied des Ventils 50 ein Ventilkolben 60 verschiebbar geführt. Der Ventilkolben 60 wird durch eine vorgespannte Druckfeder 62, beispielsweise in Form einer Schraubendruckfeder, zu den diesem zugewandten Stirnseiten der Zahnräder 16,18 hin gedrückt. Die Druckfeder 62 ist zwischen der den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 abgewandten Stirnseite des Ventilkolbens 60 und einer Hülse 64 eingespannt. Die Hülse 64 ist auf der den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 abgewandten Seite des Deckelteils 12 angeordnet und mit dem Deckelteil 12 oder dem weiteren Gehäuseteil 13 verbunden. Die Stirnseiten der Zahnräder 16,18 sind zumindest annähernd eben ausgebildet und zumindest annähernd senkrecht zu deren Drehachsen 25,27 angeordnet. Der Ventilkolben 60 liegt an den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 im Bereich von deren Zahneingriff an.
An die Hülse 64 axial anschließend ist im Gehäuseteil 13 ein Aktor in Form eines Elektromagneten 66 angeordnet, der einen Magnetanker 68 und eine diesen umgebende Magnetspule 70 aufweist. Der Magnetanker 68 ist über eine Kolbenstange 71 mit dem Ventilkolben 60 verbunden. Die Kolbenstange 71 weist gegenüber dem Ventilkolben 60 einen kleineren Durchmesser auf und tritt durch eine Bohrung in der Hülse 64 und die Druckfeder 62 hindurch. Die Magnetspule 70 ist über elektrische Leitungen 72 mit einer elektronischen
Steuereinrichtung 150 verbunden und wird durch diese unterschiedlich bestromt. Wenn die Magnetspule 70 stromlos ist, so wirkt auf den Magnetanker 68 keine Kraft und der Ventilkolben 60 wird durch die Druckfeder 62 gegen die Stirnseiten der Zahnräder 16,18 gepresst. Durch den
Ventilkolben 60 wird dabei die Nut 52 verschlossen, so daß keine Verbindung zwischen dem Druckraum 42 und dem Ansaugraum 40 vorhanden ist. Wenn die Magnetspule 70 bestromt wird, so ergibt sich auf den Magnetanker 68 eine zur Stromstärke proportionale Kraft, durch die der
Magnetanker 68 in die Magnetspule 70 hineingezogen wird. Hierdurch wird der Ventilkolben 60 gegen die Kraft der Druckfeder 62 von den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 weggezogen und gibt dabei einen Durchflußquerschnitt in der Nut 52 frei. Die auf den Ventilkolben 60 in Öffnungsrichtung, das ist von den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 weggerichtet, wirkende Kraft ist proportional zur Stromstärke, mit der die Magnetspule 70 bestromt wird. Der Ventilkolben 60 nimmt eine Stellung ein, in der die durch die Druckfeder 62 und die durch den Elektromagneten 66 auf diesen erzeugten Kräfte im Gleichgewicht sind. Abhängig von der Stromstärke, mit der der Elektromagnet 66 bestromt wird, gibt der Ventilkolben 60 dabei einen variablen Durchflußquerschnitt in der Nut 52 frei.
Der Innenraum des Gehäuseteils 13, in dem die Hülse 64, die Druckfeder 62 und der Elektromagnet 66 angeordnet sind, ist vorzugsweise mit dem Ansaugraum 40 verbunden, beispielsweise über eine durch das Gehäuseteil 13 und das Deckelteil 12 verlaufende Bohrung 74. Bei der Bewegung des Ventilkolbens 60 in den Raum hinein oder aus diesem heraus kann somit Kraftstoff aus dem Raum verdrängt werden oder in diesen einströmen.
Wenn der Ventilkolben 60 bei stromlosem Elektromagneten 66 durch die Kraft der Druckfeder 62 an die Stirnseiten der
Zahnräder 16,18 gepresst wird, so wird hierbei das Spiel der Zahnräder 16,18 in der Pumpkammer 14 in Richtung von deren Drehachse 25,27 verringert, vorzugsweise vollständig beseitigt. Dies ist insbesondere beim Anlaufen der Zahnradförderpumpe und beim Starten der Brennkraftmaschine vorteilhaft, da dann der Wirkungsgrad der Pumpe optimal ist. Durch den Ventilkolben 60 wird dabei durch die Reibung eine bremsende Kraft auf die Zahnräder 16,18 erzeugt, die insbesondere beim Anlaufen der Zahnradförderpumpe vorteilhaft ist, da hierdurch ein besserer Flankenkontakt zwischen den Verzahnungen der Zahnräder 16,18 bewirkt wird. Infolge des guten Wirkungsgrads der Zahnradförderpumpe insbesondere bei deren Anlaufen und beim Starten der Brennkraftmaschine, wenn eine große Kraftstoffmenge gefördert werden muß, kann die Zahnradförderpumpe in ihrer Dimensionierung auf eine geringere Fördermenge ausgelegt werden als bekannte Zahnradförderpumpen.
Der Elektromagnet 66 wird durch die Steuereinrichtung 150 abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Drehzahl und Last, angesteuert. Am Speicher
120 ist vorzugsweise ein Drucksensor 160 angeordnet, der mit der Steuereinrichtung 150 verbunden ist, der somit ein Signal für den im Speicher 120 herrschenden Druck zugeführt wird. Der im Speicher 120 erforderliche Druck wird abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine variabel vorgegeben. Durch die Steuereinrichtung 150 wird der Elektromagnet 66 derart angesteuert, daß durch die Zahnradförderpumpe 100 eine Kraftstoffmenge zur Hochdruckpumpe 110 gefördert wird, die dann durch die Hochdruckpumpe 110 in den Speicher 120 gefördert wird, die erforderlich ist, um im Speicher 120 den vorgegebenen Druck zu erzeugen. Wenn der im Speicher 120 herrschende Druck geringer ist als der vorgegebene Druck, so wird durch die Steuereinrichtung 150 der Elektromagnet 66 nicht bestromt, so daß das Ventil 50 geschlossen ist und die gesamte
Fördermenge der Zahnradförderpumpe 100 der Hochdruckpumpe 110 zugeführt und durch diese in den Speicher 120 gefördert wird. Wenn der im Speicher 120 herrschende Druck höher ist als der vorgegebene Druck, so wird durch die Steuereinrichtung 150 der Elektromagnet 66 bestromt, so daß das Ventil 50 öffnet und nur ein Teil der Fördermenge der Zahnradförderpumpe 100 zur Hochdruckpumpe 110 gelangt, während der übrige Teil der Fördermenge zum Ansaugraum 40 zurückströmt. Wenn durch die Hochdruckpumpe 110 kein Kraftstoff in den Speicher 120 gefördert werden darf, so wird der Elektromagnet 66 durch die Steuereinrichtung 150 mit maximaler Stromstärke bestromt, so daß das Ventil 50 den maximalen Durchflußquerschnitt in der Nut 52 freigibt. Der größte vom Ventilkolben 60 in der Nut 52 freigegebene Durchflußquerschnitt ist dabei vorzugsweise so groß, daß die gesamte durch die Zahnräder 16,18 geförderte Kraftstoffmenge vom Druckraum 42 in den Ansaugraum 40 zurückfließen kann, ohne daß im Druckraum 42 ein hoher Staudruck entsteht. Die Querschnittsfläche der Nut 52, die den maximalen Durchflußquerschnitt bestimmt, beträgt vorzugsweise zwischen etwa 30 und 60 mm2. Da bei geschlossenem Ventil 50 die gesamte Fördermenge der Zahnradförderpumpe der Hochdruckpumpe 110 zugeführt wird und nicht wie bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine ständige Leckage vorhanden ist, kann die erfindungsgemäße Zahnradförderpumpe gegenüber der bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendeten Zahnradförderpumpe in ihrer Dimensionierung auf eine geringere Fördermenge ausgelegt werden.
Während des Betriebs der Zahnradförderpumpe entstehen Druckpulsationen durch den wechselnden Zahnreingriff der Zahnräder 16,18, und das dabei zwischen den Verzahnungen verdrängte Kraftstoffvolumen. Der Ventilkolben 60 liegt an den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 im Bereich von deren Zahneingriff an und ist somit von dem zwischen den Verzahnungen herrschenden Druck beaufschlagt. Bei Druckpulsationen zwischen den Verzahnungen führt der
Ventilkolben 60 dabei eine Ausweichbewegung aus, wodurch diese Druckpulsationen gedämpft und verringert werden.
Die Zahnradförderpumpe weist kein separates Bypassventil auf, durch das eine Verbindung zwischen dem Druckraum 42 und dem Ansaugraum 40 freigegeben werden kann, wenn der Druck im Druckraum 42 geringer ist als im Ansaugraum 40. Dies kann insbesondere nach einem Leerlaufen der Zahnradförderpumpe oder bei deren Erstbefüllung der Fall sein, wobei hier ein Entlüften und Befüllen der Zahnradförderpumpe erforderlich ist. Diese Funktion kann durch das Ventil 50 erfüllt werden, das bei entsprechender Bestromung des Elektromagneten 66 durch die Steuereinrichtung 150 geöffnet werden kann und dadurch die Entlüftung und Befüllung des Druckraums 42 ermöglicht .

Claims

Ansprüche
1. Zahnradförderpumpe, insbesondere für eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (10,12), in dem eine Pumpkammer (14) gebildet ist, in der ein rotierend angetriebenes Paar von an ihrem Aussenumfang miteinander kämmender Zahnräder (16,18) angeordnet ist, die ein Fördermedium aus einem mit einem Vorratstank verbundenen Ansaugraum (40) entlang zwischen dem Aussenumfang der Zahnräder (16,18) und Umfangswänden der Pumpkammer (14) gebildeten Förderkanälen (44) in einen Druckraum (42) fördern, und mit einem Ventil (50) zur Steuerung des im Druckraum (42) herrschenden Drucks, das einen Ventilkolben (60) aufweist, durch den ein Verbindungskanal (52) des Druckraums (42) mit dem Ansaugraum (40) gesteuert wird und der durch eine vorgespannte Feder in einer Schließrichtung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (60) die Pum kammer (14) in Richtung der Drehachsen (25,27) der Zahnräder (16,18) zumindest teilweise begrenzt, dass der Ventilkolben (60) durch die Feder (62) in einer Schließrichtung zu den diesem zugewandten Stirnseiten der Zahnräder (16,18) hin als Ventilsitz gepresst wird und dass das Ventil (50) einen elektrisch angesteuerten Aktor (66) aufweist, durch den der Ventilkolben (60) gegen die Kraft der Feder (62) in einer Öffnungsrichtung von den Stirnseiten der Zahnräder (16,18) wegbewegbar ist.
2. Zahnradförderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Elektromagnet (66) ist.
3. Zahnradförderpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal des Druckraums (42) mit dem Ansaugraum (40) als eine in einem Gehäuseteil (12) den Stirnseiten der Zahnräder (16,18) gegenüberliegend eingebrachte Nut (52) ausgebildet ist, deren Durchgang durch den Ventilkolben (60) gesteuert wird.
4. Zahnradförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (60) abhängig von der Ansteuerung des Aktors (66) einen variablen
Durchflußquerschnitt im Verbindungskanal (52) freigibt.
5. Zahnradförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (60) die Pumpkammer (14) im Bereich des Zahneingriffs der Zahnräder (16,18) begrenzt.
6. Zahnradförderpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (60) ausgehend von einer Verbindungslinie (58) zwischen den Drehachsen (25,27) der Zahnräder (16,18) zum Ansaugraum (40) hin versetzt angeordnet ist.
7. Zahnradförderpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verbindungskanal (52) des Druckraums (42) mit dem Ansaugraum (40) bei Betrachtung in Richtung der Drehachsen (25,27) der Zahnräder (16,18) in seiner Länge (1) über die Schnittlinien (54) der Kopdurchmesser (Dk) der Zahnräder (16,18) hinaus erstreckt.
8. Zahnradförderpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des Ventilkolbens (60) größer ist als die Breite (b) des Verbindungskanals (52) .
9. Zahnradförderpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (66) in einem Raum eines Gehäuseteils (13) der Zahnradförderpumpe angeordnet ist, der mit dem Ansaugraum (40) verbunden ist.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (110), durch die Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher (120) gefördert wird, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird, und mit einer
Zahnradförderpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, durch die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (130) zur Hochdruckpumpe (110) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (66) durch eine Steuereinrichtung (150) derart angesteuert wird, dass durch die Zahnradförderpumpe (100) zur Hochdruckpumpe (110) eine Kraftstoffmenge gefördert wird, die durch die Hochdruckpumpe (110) in den Speicher (120) gefördert wird, die erforderlich ist, um im Speicher (120) einen vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten.
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