技术领域
[0001] 本
发明涉及根据
权利要求1的前序部分的齿轮泵及根据并列
独立权利要求12的
燃料喷射系统。
背景技术
[0002] 在
内燃机的燃料喷射系统-例如用于以燃料的直接喷射工作的奥托
发动机-中需要的燃料压
力高至200巴(bar)。通常所需的燃料压力根据工作点例如在40巴至200巴之间的压力范围中被调节。
[0003] 为了产生所需的燃料压力主要使用
阀控的
活塞泵，该泵在机械上由内燃机驱动。
活塞泵在制造上比较昂贵。此外单活塞泵通常在高压侧及低压侧上产生高的
压力脉动。
[0004] 变换地也可使用齿轮泵来输送燃料或产生压力。在这方面具有不同类型的齿轮泵，例如内齿轮泵、
外齿轮泵或齿圈泵。与活塞泵相比齿轮泵产生比较小的压力脉动。但齿轮泵在低转速时具有小的容积利用效率，以致通常尺寸过大，以便能保证低转速时内燃机起动所需的压力的建立。由于其“尺寸过大”该泵在高转速时输送过多的燃料，这些燃料接着必需被导回到燃料迫使系统的低压区域中。由此使燃料喷射系统的效率减小。
[0005] 在活塞泵上所使用的用于调节输送量的许多方法在齿轮泵上不能使用，因为在齿轮泵上输送量主要与齿轮泵的入口区段及出口区段的几何参数相关。在该专业领域中的
专利公开例如为EP 1 927 754 A1。
[0006] 为了改善齿轮泵的效率由DE 43 45 273 C2公知了：在内齿轮泵的齿轮的侧面设置被加载压力的密封板。由此减小内部
泄漏损耗，该泄漏损耗由齿轮与
泵壳体之间的轴向间隙中从高压侧到抽吸侧的燃料回流引起。
[0007] 在G.Bauer所著的“油液力学”(“Olhydraulik”)-第7版，国际标准书号3-519-10144-0一书中描述了Robert Bosch有限公司的一种外齿轮泵，其中密封板被同时用作两个带有外齿的齿轮的
轴承套。在工作压力升高时轴向间隙减小，以致在高压时达到一个良好的容积利用效率。但该公知的被加载压力的密封板不适于在起动期间或在低转速时改善泵的工作特性。
发明内容
[0008] 本发明所基于的问题将通过根据权利要求1的齿轮泵来解决。在
从属权利要求中给出了有利的进一步的构型。对于本发明重要的特征还描述在以下的说明及
附图中，其中这些特征不仅单独地而且不同组合地而言对于本发明均是重要的，无需对它再次明确地指出。
[0009] 在根据本发明的齿轮泵中至少一个密封板在向着泵室的方向上被弹性地预
偏压，以致在泵起动时及在很低的转速及低于工作压力时使密封板与齿轮之间的轴向间隙变小。
[0010] 为了达到一个对称的结构，本发明提出：在齿轮的两侧上各设置一个预偏压的密封板。但本发明的优点也可仅由一个密封板来实现。在此情况下
小齿轮及空心齿轮最好轴向可移动地支承。
[0011] 由此在低转速时也可用小型泵来达到必要的输送量或所需的压力。其结果是也可使用一个小型泵。这具有其优点，即在中等及高的泵转速时齿轮泵的输送容积或输送量相对地小并由此仅有相对小的过剩燃料量需导回到低压区域中。其结果是在中等及高的工作转速时根据本发明的泵的效率更好，这总地对
能量的使用起到积极的作用。
[0012] 此外根据本发明的齿轮泵具有自调节特性，这导致：在高的工作转速及高的工作压力时密封板与齿轮之间的轴向间隙自行地增大。通过由此产生的内部泄漏使根据本发明的齿轮泵的输送量及压力受到限制，以致根据本发明的齿轮泵对于所提出的应用目的可不使用阀或使用特别简单的压力调节阀并不用外部控制或通过控制发动机的控制装置即可工作。由此降低了系统的复杂性及减小了制造成本。同时增高了系统的可靠性。
[0013] 在根据本发明的齿轮泵中至少一个密封板被偏压。因为密封板背着泵室的面的一部分通过
密封圈与泵室中所具有的压力去耦合，随着工作压力的增大由泵室作用在密封板上的液压力将大于由
弹簧件作用在密封板上的力加上由“外”向内作用在密封板上的液压力，后者趋于使轴向间隙变小。
[0014] 其结果是在低转速时轴向间隙很小，这对容积利用效率起到
正面的作用。随着转速的增大及随之而来的压力的增大轴向间隙加大及驱动功率的需求减小，这对机械效率及磨损起到正面的作用。
[0015] 为了保证齿轮泵在所有工作状态中及在所有转速上的功能还提出：至少一个密封板的背着齿轮的面相对入口和/或出口密封。根据本发明这可这样来实现：在密封板与壳体之间设置一个或多个密封圈。也可变换地通过密封板与壳体之间的一个皮腔密封装置来形成该密封。该皮腔密封装置可被作成
波形管。
[0016] 为了保证根据本发明的密封板的偏压与泵室中具有的压力无关，根据本发明的一个构型提出：密封板被一个或多个弹簧、优选为
螺旋弹簧或盘状弹簧，和/或构有弹性的
密封件向着泵室的方向偏压。也可以是，至少一个密封板被构成膜片，以致密封板在安装状态中弹性地及由可调节的偏压压在齿轮上。在该实施形式中可取消单独的弹簧件，即螺旋弹簧、其它的金属丝弹簧或盘状弹簧形式的弹簧件。
[0017] 此外可以是，该膜片与至少一个密封板及壳体密封地连接。这例如可通过粘接、
焊接或其它材料
锁合的接合方法来实现。在此情况下膜片除承担弹簧件的功能外还承担密封圈的功能。
[0018] 特别有利的是，在泵静止时使密封板压在齿轮上的偏压是可调节的。由此可使根据本发明的齿轮泵以简单的方式适配各个使用范围。此外在用于偏压密封板的弹簧件的弹簧系数方面的批量分散度可被校正。
[0019] 此外有利的是，齿轮在轴向上可移动。则就可以仅在齿轮的一侧上设置一个轴向上可移动的密封板。在与该一个密封板对立的一侧上齿轮与壳体之间的密封间隙则通过齿轮相对壳体的轴向移动自行地调节，而在另一侧上设有的密封板被弹性地偏压向齿轮。由此使组装成本及所需的构件数目减少。
[0020] 根据本发明可以如图3及4中所示地，在齿轮的两侧上各设置一个密封板。在此情况下也可以是，也如图3及4中所示地，两个密封板在轴向上被弹簧件偏压向齿轮的端面。但也可以是，仅在一个密封板上设有图3及4中所示的弹簧件。
[0021] 根据本发明的齿轮泵可被构成外齿轮泵，内齿轮泵，齿圈泵或行星
转子泵。
[0022] 以下将参照附图来描述本发明的示范实施形式。
附图说明
[0023] 图1：一个内燃机的燃料系统及一个设置在该系统中的根据本发明的齿轮泵的简化概图；
[0024] 图2：根据本发明的齿轮泵的一个
实施例的横截面图；
[0025] 图3：根据本发明的具有最小轴向间隙的齿轮泵的一个实施例；
[0026] 图4：根据本发明的具有最大轴向间隙的齿轮泵的一个实施例；
[0027] 图5：根据本发明的齿轮泵及一个传统的齿轮泵在压力调节时的特性曲线；及[0028] 图6：根据本发明的齿轮泵的一个密封板的俯视图。
具体实施方式
[0029] 在所有的附图中并在不同的实施形式中对于功能等同的部件及参数使用相同的标号。
[0030] 图1表示一个这里未示出的内燃机的燃料喷射系统的极其简化的系统图。在该附图中从左向右地一个
燃料箱12通过一个低压
导管14与一个燃料泵22相连接。燃料泵22上游的区域是低压区域17。燃料泵22将处于高压下的燃料通过一个高压导管18输送到一个高压储存器20(“共轨”)。在高压储存器20上连接着喷射阀(未示出)，通过这些喷射阀将燃料喷射到内燃机的
燃烧室中。根据本发明燃料泵22被作成齿轮泵。燃料泵22的下游区域是燃料喷射系统10的所谓的高压区域25。
[0031] 图2中表示根据本发明齿轮泵22的一个实施例的截面图。该截面通过一个如由图3及4给出的壳体26而得到，该壳体可由多个部分26.1，26.2及26.3组成。在壳体6的内部相互偏心地设有一个小齿轮28及一个带内齿的空心齿轮30。小齿轮28与空心齿轮30相互
啮合。带内齿的空心齿轮30在顺
时针方向上被驱动，这在图2中通过一个无标号的弯箭头来指示。
[0032] 当带外齿的小齿轮28在顺时针方向上被驱动时，则由一个入口32抽吸燃料及位于齿隙中的液体随着齿隙沿一个填充件34迁移及到达齿轮28与30的齿啮合区域中。液体在这里被
挤压及到达出口36中。这种齿轮泵的工作原理是有关的专业人员所公知的，将不再描述与待保护的本发明不相干的进一步的细节。用标号48指示小齿轮28与空心齿轮30之间的泵室。
[0033] 图3中表示根据本发明的齿轮泵22的一个实施例的横截面。这里该截面与图2中所示的截面
正交。由该视图可清楚地看到：壳体26由一个中间部分26.1与一个第一盖部分26.2及一个第二盖部分26.3组成。这三个壳体部分通过螺丝相互密封地压紧。与图2中所示的实施例不同地入口32及出口36被设置在第一盖部分26.2中。
[0034] 如由图3中给出的，小齿轮28通过一个
驱动轴38驱动。带内齿的空心齿轮30受小齿轮28的啮合作用而被驱动。空心齿轮30在其外径处可转动地支承在壳体26的中间部分26.1中。小齿轮28通过驱动轴38可转动地及最好在轴向上可移动地支承在壳体部分26.2及26.3中。
[0035] 在小齿轮28与空心齿轮30的端面上设有密封板40.1及40.2。这些密封板40.1及40.2是轴向可移动的及在图3中所示的实施例中通过螺旋弹簧42压紧在小齿轮28与空心齿轮30的端面上。螺旋弹簧42的一个端部
支撑在密封板40.1及40.2上及另一端部支撑在锁紧螺丝44上。视锁紧螺丝44被旋入壳体部分26.2或26.3多深而定，弹簧42的偏压可改变。
[0036] 通常在盖部分26.3与密封板40.2之间的间隙明显地大于密封板40.2与小齿轮28或与空心齿轮30之间的间隙。相应地这也适合有关密封板40.1的情况。
[0037] 通过密封圈46使低压区域与高压区域相互隔离。由此防止了低压区域17与高压区域25之间的液压
短路。
[0038] 在第二盖部分26.3中与入口32相对地及与出口36相对地构成
盲孔47。这些盲孔47也由密封圈46封闭，由此使作用在密封板40.1及40.2上的力相等.
[0039] 图3表示根据本发明的齿轮泵处于静止状态中。在此情况下无液压力作用在密封板40.1及40.2上及其结果是这些密封板40.1及40.2被弹簧部件42压在小齿轮28或带内齿的空心齿轮30的端面上。因此以密封板40.1及40.2为一方与以齿轮28及30为另一方之间的轴向间隙A为最小。在通常情况下该轴向间隙等于零。这意味着，在起动时一旦驱动轴38被驱动，在根据本发明的齿轮泵22的泵室48中发生快速的压力上升。该压力上升进行得特别地快，因为不出现丝毫的内部泄漏。因此其容积利用效率非常高。
[0040] 图4中也表示根据本发明的齿轮泵的该相同的实施例，其中驱动轴38以中等至高的转速被驱动。这意味着，泵22以输送燃料及在由齿轮28及30以及密封板40.1及40.2限定的泵室48中具有一个高的压力。该压力在图4中由箭头50来表示。该压力将导致：密封板40.1及40.2抵抗被弹簧部件42所施加的压紧力向外压。其结果是增大了轴向间隙A。根据本发明的轴向间隙A的增大将导致：发生有意的内部泄漏及其结果是出口36处的输送量返回。图4中表示密封板40.1及40.2位于一个
位置上，在该位置
中轴向A具有最大值，因为密封板40向外紧靠在盖部分26.2及26.3上。其结果是在泵室48中发生有意的与压力相关的液压“短路”，以致机械摩擦及磨损显著地降低。
[0041] 在中等转速及根据入口32上与出口36上的压力关系的情况下也可以出现在图3中与图4中所示的密封板40.1及40.2的极端位置之间的中间位置。原则上有：根据本发明的泵22的输送量正比于泵转速。当在泵22的输送量增高的情况下与出口36连接的负载(未示出)不能接收相同大小的液体量时，泵室48中的压力上升。该增高的压力以所述的方式作用在密封板40.1及40.2上及将它们向外压，即压离齿轮28，30，以致轴向间隙A增大。由于增大的内部泄漏这将导致：泵22的供给量及系统压力受到限制。由此又使轴向间隙A减小，直到作用在密封板40.1及40.2上的液压力与弹簧力之间达到平衡为止。
[0042] 当结构上预给定的最大轴向间隙A-如图4中所示-被选择得足够大时，可达到泵的零输送。在此情况下根据本发明的齿轮泵22为一个全调节泵，它根据系统压力或出口36处的压力及被接收的输送量将具有0％与100％之间的供给率。
[0043] 图5中表示一个根据本发明的齿轮泵及一个传统的齿轮泵的特性曲线。由这些特性曲线的比较可以看出根据本发明的齿轮泵通过压力调节与传统齿轮泵在工作性能上的区别。
[0044] 在图5中的横坐标上记录泵转速n[1/min]，而在纵坐标上记录输送量Q及由泵接收的转矩M。转矩M与转速n的乘积为泵的功率吸收的量度。
[0045] 第一条曲线52表示一个传统的齿轮泵的输送量Q相对转速n的变化。由此可清楚地看到：该泵在达到一个最小转速60时才开始输送。随着转速的增大输送量Q上升及然后渐进地接近一个最大值。
[0046] 所属驱动转矩M由第二条曲线54表示。一个传统的泵的所属驱动转矩M在输送起点(n≈1401/min)上相对地大及然后随着转速的增大而有些上升。
[0047] 第三条曲线56表示一个根据本发明的齿轮泵的输送量Q相对转速n的变化。由此可清楚地看到：该泵在相对传统齿轮泵(见图5中曲线52)显著减小的一个最小转速时就已开始输送，因为在根据本发明的泵上由于弹簧部件42的弹簧偏压其间隙比传统的泵小得多。随着转速的增大输送量Q上升及然后渐进地接近一个最大值。
[0048] 根据本发明的齿轮泵的驱动转矩由第四条曲线58表示。所属的驱动转矩M在输送起点(n≈601/min)时约与传统的齿轮泵相同的大小，然后随着转速的增大首先强地下降及随后近似地保持恒定。
[0049] 由曲线56与52及曲线58与54的比较可清楚地看出：根据本发明的齿轮泵在低转速时具有大出很多的输送量Q及在整个工作范围上需要较小的驱动功率。
[0050] 图6中表示密封板40.1的一个俯视图。密封板40.1的总表面Agesamt被两个密封圈46划分成三个部分面AHD，AND及AR。
[0051] 在第一部分面AHD上作用有在高压区域25中具有的压力；在第二部分面AND上作用有在低压区域25中具有的压力及在第三部分面AR上作用有在泵室48中具有的压力。
[0052] 作用在密封板40的背着泵室48的整个面的液压力由作用在三个部分面AHD，AND及AR上的液压力来得出。这意味着：通过借助密封圈46将密封板40的总表面分成三个部分面AHD，AND及AR使作用在密封板40的背着泵室的面上的液压力可由设计来确定。因此借助图5示范表示的根据本发明的齿轮泵的工作特性可在宽广的范围中变化并可在压力及输送量方面适应不同的要求。
