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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffpumpe zum Einsaugen eines
Kraftstoffes, wie Benzin usw., Erhöhen von dessen Druck und Abgeben
des unter Druck stehenden Kraftstoffes.
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Bei
einer bekannten Kraftstoffpumpe wird ein insgesamt scheibenförmiges Laufrad
innerhalb eines Gehäuses
gedreht, wodurch Kraftstoff von außerhalb des Gehäuses nach
innerhalb des Gehäuses
gesaugt wird, der Druck des Gehäuses
innerhalb des Gehäuses
erhöht
wird und der unter Druck stehende Kraftstoff nach außerhalb
des Kraftstoffes abgegeben wird. Ein Beispiel dieser Art von Kraftstoffpumpe ist
in den 10 bis 14 dargestellt. 10 ist eine Querschnittsansicht
einer herkömmlichen
Kraftstoffpumpe, 11 ist
eine Darstellung, gesehen von einer Innenseite des Gehäuses, eines
Laufrades 16 in einem innerhalb eines Pumpendeckels 9 eingebauten
Zustand, 11 ist eine
Figur, gesehen von der Innenseite des Gehäuses, eines Pumpendeckels 9, 13 ist eine Darstellung,
gesehen von der Innenseite des Gehäuses, eines Pumpenkörpers und 14 ist eine Darstellung,
die schematisch die Kraftstoffströmung zeigt.
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Gemäß 10 enthält die Kraftstoffpumpe einen
Pumpenteil 1 und einen Motorteil 2 zum Antreiben
des Pumpenteils 1. Der Pumpenteil 1 und der Motorteil 2 sind
durch ein Gehäuse 4 vereint.
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Der
Pumpenteil 1 enthält
einen Pumpendeckel 9, einen Pumpenkörper 15 und ein im
wesentlichen scheibenförmiges
Laufrad 16 usw. Der Pumpendeckel 9 und der Pumpenkörper 15 bilden,
indem sie zusammengefügt
sind, ein Gehäuse 17,
innerhalb dessen das Laufrad 16 aufgenommen ist.
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Wie
in 11 dargestellt, ist
das Laufrad 16 im wesentlichen scheibenförmig, und
eine Gruppe von Austiefungen 16a ist in einem Bereich von
ihm ausgebildet, der einwärts
von der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades einen festgelegten Abstand hat, wobei die Gruppe der Austiefungen 16a längs einer
Umfangsrichtung von ihm ausgebildet ist. Benachbarte Austiefungen 16a sind
durch Trennwände 16d getrennt,
die in einer etwa radialen Richtung verlaufen. Die Austiefungen 16a und
die Trennwände 16d bilden
die Gruppe von Austiefungen 16a, die sich in einer Umfangsrichtung
wiederholen. Die Gruppe von Austiefungen 16a ist sowohl
an der Oberseite als auch an der Unterseite des Laufrades 16 ausgebildet
und Basisbereiche jeder der oberen und unteren Austiefungen 16a kommunizieren über ein
Durchgangsloch 16c miteinander (siehe 14).
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Wie
in 10 und 12 dargestellt, ist in einer Unterseite
des Pumpendeckels 9 in einem der Gruppe von Austiefungen 16a in
der Oberseite des Laufrades 16 gegenüberliegenden Bereich eine Nut 21 ausgebildet.
Die Nut 21 verläuft
kontinuierlich in Drehrichtung des Laufrades 16 von einem
oberen Strömungsende 21a zu
einem unteren Strömungsende 21c.
Ein Abgabeloch 24 ist im Pumpendeckel 9 ausgebildet
und erstreckt sich von dem unteren Strömungsende 21c der
Nut 21 zu einer Oberseite des Pumpendeckels 9.
Das Abgabeloch 24 führt
vom Inneren des Gehäuses 17 zu
dem Äußeren des
Gehäuses 17 (einem
Innenraum 2a des Motorteils 2).
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Wie
in 11 dargestellt, liegt
eine innere Umfangsfläche 9c einer
Umfangswand 9b des Pumpendeckels 9 der äußeren Umfangsfläche 16p des Laufrades
gegenüber,
wobei zwischen beiden ein kleiner Zwischenraum gebildet ist. Die
innere Umfangsfläche 9c verläuft längs fast
des gesamten Umfangs des Pumpendeckels 9 (mit Ausnahme
des durch den Winkel A in 11 bezeichneten
Bereichs). Die innere Umfangsfläche 9c ragt
nach außen
in radialer Richtung in dem durch den Winkel A bezeichneten Bereich
in der Nähe
des Abgabeloches 24 vor, wodurch ein großer Zwischenraum
C1 zwischen der inneren Umfangsseite 9c und der äußeren Umfangsseite 16p des
Laufrades sichergestellt ist.
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Wie
in den 11 und 12 gezeigt, verläuft die
Nut 21 in Nähe
ihres unteren Strömungsendes 21c in
einer tangentialen Richtung geradlinig zu der radial äußeren Seite
(siehe 21b) und das Abgabeloch 24 ragt weiter
nach außen
vor als die Gruppe von Austiefungen 16a des Laufrades 16.
Das Abgabeloch 24 ragt weiter auswärts vor als die äußere Umfangsfläche 16p des
Laufrades.
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Wie
in 10 und 13 gezeigt, ist in einer Oberseite
des Pumpenkörpers 15 in
einem der Gruppe von Austiefungen 16a der Unterseite des
Laufrades gegenüberliegenden
Bereich eine Nut 20 ausgebildet. Die Nut 20 erstreckt
sich kontinuierlich längs der
Drehrichtung des Laufrades 16 (in den 12 und 13 sind
die Ansichten aus einer Rückwärtsrichtung
gesehen und entsprechend zeigt die Drehrichtung des Laufrades in
der Rückwärtsrichtung)
von einem oberen Strömungsende 20a zu
einem unteren Strömungsende 20b.
Ein Einlassloch 22 ist in dem Pumpenkörper 15 ausgebildet,
das sich von dem oberen Strömungsende 20a der
Nut 20 zu einer Unterseite des Pumpenkörpers 15 erstreckt.
Das Einlassloch 22 verläuft
von dem Inneren zu dem Äußeren des
Gehäuses 17.
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Die
in Umfangsrichtung des Pumpendeckels 9 verlaufende Nut 21 und
die in Umfangsrichtung des Pumpenkörpers 15 verlaufende
Nut 20 erstrecken sich längs der Drehrichtung des Laufrades 16 und von
dem Einlassloch 22 zu dem Abgabeloch 24. Wenn
das Laufrad 16 dreht, wird Kraftstoff aus dem Einlassloch 22 in
das Gehäuse 17 gesaugt
bzw. gezogen, strömt
von dem Einlassloch 22 längs der Nuten 20 und 21 zu
dem Abgabeloch 24, währenddessen
der Druck des Kraftstoffes ansteigt, und anschließend wird
unter Druck stehender Kraftstoff aus dem Abgabeloch 24 zu
dem Motorteil 2 geliefert.
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Das
Abgabeloch 24 kommuniziert mit einem Zwischenraum 26 bzw.
Spalt zwischen der äußeren Umfangsseite 16p des
Laufrades und der inneren Umfangsseite 9c des Pumpendeckels 9 (siehe 11 und 14). Wie in 14 dargestellt, strömt der Kraftstoff, der von
dem Laufrad 16 innerhalb der Nut 20 unter Druck
gesetzt ist, über
den Zwischenraum 26 an der Außenseite der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades in das Abgabeloch 24.
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Der
Kraftstoff, der an dem Zwischenraum 26 zu der Außenseite
der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades geströmt
ist, wird durch Drehung des Laufrades 16 in den kleinen
Zwischenraum C2 gezogen, der zwischen der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades und der inneren Umfangsfläche 9c des Pumpendeckels 9 gebildet
ist (mit Ausnahme des durch den Winkel A bezeichneten Bereiches). Wenn
der unter Druck stehende Kraftstoff in den kleinen Zwischenraum
C2 strömt,
erhöht
sich der Kraftstoffdruck an der äußeren Umfangsfläche 16p des Laufrades.
Dieser an dieser äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades erhöhte
Kraftstoffdruck erhöht eine
Kraft, die die Drehung des Laufrades 16 hindert, und die
Drehwirksamkeit bzw. der Wirkungsgrad des Laufrades 16 nimmt
ab.
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Weiter,
wie in 14 dargestellt,
vereint sich der in der Nut 20 unter Druck gesetzte Kraftstoff
mit dem Kraftstoff, der in der Nut 21 unter Druck gesetzt wurde,
an der Stelle, an der der in der Nut 20 unter Druck gesetzte
Kraftstoff durch den Zwischenraum 26 zu der Oberseite des
Laufrades 16 gelangt. An dieser Verbindungsstelle strömt der in
der Nut 21 unter Druck gesetzte Kraftstoff bisweilen (siehe
die gestrichelte Linie 4 in der Mitte der Figur) in den
Zwischenraum 26. Der Druck des unter Druck gesetzten Kraftstoffes
pulsiert mit einer Frequenz entsprechend der die Austiefungen 16a sich
am Abgabeloch 24 vorbei bewegen. Dies hat zur Folge, dass
an der Vereinigungsstelle ein Zustand, bei dem der in der Nut 20 unter
Druck gesetzte Kraftstoff einen höheren Druck aufweist als der
in der Nut 21 unter Druck gesetzte Kraftstoff sich wiederholt
mit einem Zustand abwechselt, bei dem der in der Nut 21 unter
Druck gesetzte Kraftstoff einen höheren Druck als der in der
Nut 20 unter Druck gesetzte Kraftstoff hat. Als Folge ist
die Rückströmung des
Kraftstoffes intermittierend. Wenn die intermittierende Rückströmung auftritt,
wird von der Kraftstoffpumpe ein pulsierendes Geräusch erzeugt.
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Eine
Aufgabe der Erfindung liegt darin, es dem unter Druck stehenden
Kraftstoff zu erschweren, zu der Außenseite der äußeren Umfangsfläche des Laufrades
zu gelangen. Dadurch wird es für
den unter Druck stehenden Kraftstoff schwierig, in den kleinen Zwischenraum
C2 zwischen der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades und der inneren Umfangsfläche 9c des Pumpendeckels 9 zu
strömen. Der
Kraftstoffdruck an der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades wird daher an einem Anstieg gehindert und entsprechend
wird verhindert, dass die Drehwirksamkeit des Laufrades 16 abnimmt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass in
einer der Nuten unter Druck gesetzter Kraftstoff sich nicht mit
dem in der anderen Nut unter Druck gesetzten Kraftstoff vereint,
nachdem er längs
der Außenseite
der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades strömt,
und folglich das von der Kraftstoffpumpe erzeugte pulsierende Geräusch vermindert
wird.
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe
ist mit einem im wesentlichen scheibenförmigen Laufrad versehen, das
innerhalb eines Gehäuses
dreht. In dem im wesentlichen scheibenförmigen Laufrad ist eine Gruppe
von Austiefungen in einem Bereich ausgebildet, der einen festgelegten
Abstand einwärts von
einem äußeren Umfang
des Laufrades hat, wobei die Gruppe der Austiefungen längs einer
Umfangsrichtung des Laufrades ausgebildet ist. Benachbarte Austiefungen
sind durch Trennwände
getrennt, die in einer etwa radialen Richtung verlaufen. Die Gruppe
der Austiefungen ist sowohl in der Oberseite als auch der Unterseite
des Laufrades ausgebildet. Basisbereiche der oberen und unteren
Austiefungen kommunizieren miteinander. Weiter sind in einem Bereich
von inneren Flächen
des Gehäuses,
der den Gruppen von Austiefungen gegenüberliegt, Nuten ausgebildet,
die kontinuierlich in Drehrichtung des Laufrades von einem oberen
Strömungsende
zu einem unteren Strömungsende
verlaufen. In dem Gehäuse
sind ein Einlassloch und ein Abgabeloch ausgebildet, wobei das Einlassloch
vom Äußeren des Gehäuses zu
dem oberen Strömungsende
einer der Nuten führt,
und das Abgabeloch von dem unteren Strömungsende der anderen der Nuten
zu dem Äußeren des
Gehäuses
führt.
Die an einer dem Abgabeloch gegenüberliegenden Seite angeordnete
Nut, die das Laufrad sandwichartig mit der an der Seite des Abgabeloches
ausgebildeten Nut aufnimmt, kommuniziert mit dem Abgabeloch über Durchgangslöcher, die
zwischen den Austiefungen in der Oberseite und Unterseite des Laufrades
kommunizieren. Das heißt,
die an der dem Abgabeloch gegenüberliegenden
Seite ausgebildeten Nut ist nicht mit einem Verbindungsloch ausgebildet,
das mit dem Abgabeloch über
die Außenseite
der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades kommuniziert. Die an der dem Abgabeloch gegenüberliegenden
Seite ausgebildete Nut kommuniziert anstelle davon mit dem Abgabeloch
nur über
die Durchgangslöcher,
die zwischen den Austiefungen in der Oberseite und der Unterseite des
Laufrades kommunizieren.
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Bei
der herkömmlichen
Kraftstoffpumpe wird der Kraftstoff, der in der Nut an der dem Kraftstoffabgabeloch
gegenüberliegenden
Seite unter Druck gesetzt wird, zu dem Abgabeloch geführt, indem
er durch den Zwischenraum, der an der Außenteile der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades ausgebildet ist, geleitet wird. Wenn der unter Druck stehende Kraftstoff
durch den an der Außenseite
der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades ausgebildeten Zwischenraum durchtritt, erhöht sich
der Kraftstoffdruck, der auf die äußere Umfangsfläche des
Laufrades ausgeübt
wird. Wenn der Kraftstoffdruck ansteigt, steigt die die Drehung
des Laufrades hindernde Kraft an und die Pumpenwirksamkeit sinkt
entsprechend.
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Bei
der erfindungsgemäßen Pumpe
ist es für den
druckbeaufschlagten Kraftstoff schwierig, zu der Außenseite
der äußeren Umfangsfläche des
Rades zu gelangen. Folglich ist es für den unter Druck stehenden
Kraftstoff schwierig, in den kleinen Zwischenraum C2 zwischen der äußeren Umfangsfläche des Laufrades
und der inneren Umfangsfläche
des Gehäuses
zu strömen.
Folglich ist der Kraftstoffdruck an der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades an einem Anstieg gehindert und folglich wird verhindert,
dass die Drehwirksamkeit des Laufrades sich verschlechtert.
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Weiter
vereint sich der in der Nut auf der dem Abgabeloch gegenüberliegenden
Seite unter Druck gesetzte Kraftstoff nach Passieren der Außenseite der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades nicht mit dem Kraftstoff, der in der anderen Nut unter
Druck gesetzt wurde, und entsprechend wird das pulsierende, von
der Kraftstoffpumpe erzeugte Geräusch
vermindert.
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Weiter
weicht bei der herkömmlichen
Kraftstoffpumpe der Kraftstoffdruck, der auf die äußere Umfangsfläche des
Laufrades am Zwischenraum C2 wirkt, von dem Kraftstoffdruck ab,
der auf den Bereich des Winkels A gemäß 11 wirkt. Folglich kann ohne weiteres
ein Problem dahingehend auftreten, dass eine nach oben links gerichtete
Kraft aus dem Bereich des Winkels A (siehe unten rechts 11) ausgeübt wird,
wobei diese Kraft auf ein Lager wirkt, das eine Welle trägt, die
die Drehung des Laufrads bewirkt, wodurch eine lokalisierte Abrasion verursacht
wird.
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Bei
der erfindungsgemäßen Pumpe
ist der auf die äußere Umfangsfläche des
Laufrades ausgeübte
Kraftstoffdruck längs
der gesamten Umfangsrichtung gleich, wodurch eine lokalisierte Abrasion des
Lagers verhindert wird.
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Vorzugsweise
ist die innerer Umfangsfläche des
Gehäuses
der Kraftstoffpumpe längs
des gesamten Umfangs des Laufrades der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades mit einem kleinen Zwischenraum dazwischen zugewandt.
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Die
erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe
ermöglicht,
dass der Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses konstant längs des gesamten
Umfangs des Laufrades sehr klein ist. Dies erschwert es dem unter
Druck stehenden Kraftstoff zu der Außenseite der äußeren Umfangsfläche des Laufrades
zu gelangen, wenn der Kraftstoff aus der Nut zu dem Abgabeloch geliefert
werden soll, die an der dem Abgabeloch gegenüberliegenden Seite angeordnet
ist und das Laufrad mit der an der Seite des Abgabeloches angeordneten
Nut sandwichartig aufnimmt. Durch Einstellen des Zwischenraums zwischen
der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses auf einen konstant sehr
kleinen Wert längs
des gesamten Umfangs des Laufrades ist der auf die äußerer Umfangsfläche des
Laufrades ausgeübte
Kraftstoffdruck an einem Anstieg gehindert und entsprechend kann der
Pumpwirkungsgrad verbessert werden. Indem bewirkt wird, dass der
auf die äußere Umfangsfläche des
Laufrades ausgeübte
Kraftstoffdruck längs
dessen Umfangsrichtung gleich ist, kann die auf die die Drehung
des Laufrades bewirkende bzw. ermöglichende Welle ausgeübte Kraft
in der Umfangsrichtung gleichmäßig gemacht
werden und eine teilweise Abrasion des Lagers kann vermieden werden.
Weiter ist die Nut, die an der dem Abgabeloch gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist und das Laufrad zusammen mit der Nut an der
Seite des Abgabeloches sandwichartig aufnimmt, vorzugsweise derart
angeordnet, dass sie innerhalb des Laufradumfangs bleibt und nicht
durch die Außenseite
des Außenumfangs des
Laufrades überschreitet.
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Da
die Nut nicht den Außenumfang
des Laufrades erreicht, ist es für
den druckbeaufschlagten Kraftstoff schwierig, zu der Außenseite
der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades zu strömen,
wenn der Kraftstoff dem Abgabeloch zugeführt werden soll. Folglich kann
die Verschlechterung der Drehwirksamkeit des Laufrades verhindert
werden und das von der Kraftstoffpumpe erzeugte pulsierende Geräusch kann
wirksam vermindert werden.
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Weiter
ist vorzugsweise die an der dem Abgabeloch gegenüberliegenden Seite angeordnete Nut,
die das Laufrad mit der direkt mit dem Abgabeloch kommunizierenden
Nut sandwichartig aufnimmt, innerhalb eines Bereiches bleibt, der
der Gruppe der Austiefungen entspricht.
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Da
die Nut innerhalb der der Gruppe der an dem Laufrad ausgebildeten
Austiefungen bleibt, wird der unter Druck stehende Kraftstoff gleichmäßig den Durchgangslöchern zugeführt, die
zwischen den Gruppen von Austiefungen kommunizieren, wenn der Kraftstoff
dem Abgabeloch zugeführt
werden soll, und es ist für
den unter Druck stehenden Kraftstoff schwieriger möglich, zu
der Außenseite
der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades zu strömen.
Folglich kann eine Verschlechterung der Drehwirksamkeit des Laufrades
verhindert werden, und das von der Kraftstoffpumpe erzeugte pulsierende
Geräusch kann
wirksam vermindert werden.
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Vorzugsweise
ist die direkt mit dem Abgabeloch kommunizierende Nut in radialer
Richtung in der Nähe
des unteren Strömungsendes
dieser Nut radial auswärts
verschoben und ist das Abgabeloch innerhalb eines äußeren Halbbereiches
der Gruppe der Austiefungen ausgebildet.
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Eine
Auswärtsverschiebung
der Nut relativ zu der radialen Richtung eliminiert das Phänomen, durch
das Kraftstoff in der Nähe
des Abgabeloches stark agitiert wird und dadurch einen großen Teil
des Geräusches
erzeugt. Folglich kann das Pumpenbetriebsgeräusch leiser gemacht werden.
Die Ausbildung des Abgabeloches innerhalb des äußeren Halbbereiches der Gruppe
von Austiefungen ermöglich,
dass der unter Druck stehende Kraftstoff gleichmäßig durch das Abgabeloch hindurchgedrückt wird, wodurch
das Pumpenbetriebsgeräusch
leiser wird.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise
und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
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In
den Figuren stellen dar:
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1 eine Querschnittsansicht
einer Kraftstoffpumpe,
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2 eine Ansicht auf ein Laufrad
in einem in einen Pumpendeckel eingesetzten Zustand, gesehen von
einer Innenseite eines Gehäuses
(in einem Teil ist das Laufrad gestrichelt dargestellt) her,
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3 eine Ansicht eines Pumpendeckels, gesehen
von der Innenseite des Gehäuses
her,
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4 eine Ansicht eines Pumpenkörpers, gesehen
von der Innenseite des Gehäuses
her,
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5 schematisch die Strömung des
Kraftstoffs,
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6 eine Querschnittsansicht
wesentlicher Teile des Pumpendeckels, des Laufrades und des Pumpenkörpers,
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7 eine grafische Darstellung
zum Vergleich der Pumpenwirksamkeit einer herkömmlichen Kraftstoffpumpe und
der Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführungsform,
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8 eine grafische Darstellung
zum Vergleich der Größe des pulsierenden
Geräusches,
das von der herkömmlichen
Kraftstoffpumpe und von der Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführungsform erzeugt
wird,
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9 eine grafische Darstellung
zum Vergleich der Größe eines
hochfrequenten Geräusches, das
von der herkömmlichen
Kraftstoffpumpe und der Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführungsform erzeugt
wird,
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10 eine Querschnittsansicht
einer herkömmlichen
Kraftstoffpumpe,
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11 eine Ansicht eines Laufrades
in einem in einen Pumpendeckel eingesetzten Zustand, gesehen von
einer Innenseite eines Gehäuses
(in einem Teil ist das Laufrad durch eine gestrichelte Linie dargestellt)
her,
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12 eine Ansicht des Pumpendeckels, gesehen
von der Innenseite des Gehäuses
her,
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13 eine Ansicht eines Pumpenkörpers, gesehen
von der Innenseite des Gehäuses
her,
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14 schematisch die Strömung von
Kraftstoff.
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Bei
einer Ausführungsform
der nachfolgend beschriebenen Kraftstoffpumpe wird eine Nut, die
in einem Gehäuse
an einer einem Abgabeloch gegenüberliegenden
Seite ausgebildet wird, allmählich
flacher, wenn sie sich dem unteren Strömungsende dieser Nut nähert. Die
an der gleichen Seite wie das Abgabeloch ausgebildete und direkt
mit dem Abgabeloch kommunizierende Nut wird allmählich tiefer, wenn sie sich
dem unteren Strömungsende
dieser Nut nähert.
Die Kombination der flachen Nut und der tieferen Nut ergibt verbesserte
Druckeigenschaften und ein geringeres Pumpgeräusch.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht
der Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführung, 2 ist eine Ansicht eines Laufrades in
einem Zustand, in dem das Laufrad in ein Pumpengehäuse eingesetzt
ist, gesehen von einer Innenseite eines Gehäuses her, 3 ist eine Ansicht des Pumpendeckels,
gesehen von der Innenseite des Gehäuses her, 4 ist eine Ansicht eines Pumpenkörpers, gesehen
von der Innenseite des Gehäuses
her (weiter zeigend einen Teil des eingesetzten Laufrades), 5 ist eine Ansicht, die
schematisch die Kraftstoffströmung
zeigt, und 6 ist eine
Querschnittsansicht wesentlicher Teile des Pumpendeckels, des Laufrades
und des Pumpenkörpers.
Weiter entsprechen die 1 bis 5 den 10 bis 14,
die zur Beschreibung des herkömmlichen
Beispiels verwendet wurden, wobei Bauteile, die beiden gemeinsam
ist, mit gleichem Bezugszeichen belegt sind und eine Beschreibung
von ihnen weggelassen ist.
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Die
Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführungsform ist eine Kraftstoffpumpe,
wie sie in einem Motorfahrzeug verwendet wird und innerhalb eines
Kraftstofftanks angeordnet ist und zur Zufuhr von Kraftstoff zu
dem Motor des Motorfahrzeugs verwendet wird. Wie in 1 dargestellt, enthält die Kraftstoffpumpe einen
Pumpenteil 1 und einen Motorteil 2 zum Antreiben
des Pumpenteils 1. Der Motorteil 2 ist aus einem
Gleichstrommotor mit einer Bürste,
einem Magneten 5 innerhalb eines etwa zylindrischen Gehäuses 4 und
einem Drehbauteil 6 zusammengesetzt, das konzentrisch zu
dem Magneten 5 ist.
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Ein
unterer Bereich der Welle 7 des Drehbauteils 6 ist
in einem Lager 10 drehbar gehalten, das an einem Pumpendeckel 39 vorgesehen
ist, der an einem unterem Endbereich des Gehäuses 4 befestigt ist.
Weiter ist ein oberer Bereich der Welle 7 drehbar in einem
Lager 13 gehalten, das an einem Motordeckel 12 vorgesehen
ist, der an einem oberen Endbereich des Gehäuses 4 befestigt ist.
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Das
Drehbauteil 6 wird in Drehung versetzt, indem eine Spule
(nicht dargestellt) des Drehbauteils 6 leitend mit einer
Stromquelle über
Bürsten
und Anschlüsse
(nicht dargestellt) verbunden wird, die in dem Motordeckel 12 vorgesehen
ist. Die Konfiguration dieser Art von Motorteil 2 ist bekannt
und deshalb wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
Weiter kann ein Motor mit zu der dargestellten unterschiedlicher
Bauart ebenfalls verwendet werden.
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Die
Konfiguration des Pumpenteils 1, der von dem Motorteil 2 angetrieben
wird, wird nachfolgend beschrieben. Der Pumpenteil 1 enthält einen
Pumpendeckel 39, einen Pumpenkörper 15 und das Laufrad 16 usw.
Der Pumpendeckel 39 und der Pumpenkörper 15 sind beispielsweise
aus Aluminiumdruckguss hergestellt und beide sind zusammengefügt, um ein
Gehäuse 17 zu
bilden, in dem das Laufrad 16 angeordnet ist.
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Das
Laufrad 16 ist aus Harz bzw. Kunststoff hergestellt. Wie
in 2 dargestellt, ist
das Laufrad 16 im wesentlichen scheibenförmig und in einem Bereich von
ihm, der einen festgelegten Abstand einwärts von der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades hat, ist eine Gruppe von Austiefungen 16a ausgebildet,
die längs
einer Umfangsrichtung des Laufrades ausgebildet ist. Benachbarte
Austiefungen 16a sind durch Trennwände 16d, die sich
in einer etwa radialen Richtung erstrecken. Die Austiefungen 16a bilden
die Gruppe von Austiefungen, die sich in Umfangsrichtung wiederholen.
Die Gruppe von Austiefungen 16a ist sowohl in der Oberseite
als auch in der Unterseite des Laufrades 16 ausgebildet
und Basisbereiche jeder der oberen und unteren Austiefungen 16a kommunizieren
miteinander über
ein Durchgangsloch 16c (siehe 5).
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Ein
etwa D-förmiges
Anschlussloch 16n ist in der Mitte des Laufrades 16 ausgebildet.
Ein passendes bzw. Anschlusswellenbauteil 7a – mit D-förmigen Querschnitt – an dem
unteren Bereich der Welle 7 passt in das Anschlussloch 16n.
Auf diese Weise ist das Laufrad 16 mit der Welle 7 in
einer Weise verbunden, die eine Drehverbindung mit leichter Bewegbarkeit
in axialer Richtung ermöglicht.
Die äußere Umfangsfläche 16p des
Laufrades 16 ist eine kreisförmige Fläche ohne Unregelmäßigkeiten.
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Wie
in 1 und 3 dargestellt, ist in einer Unterseite
des Pumpendeckels 39 in einem Bereich, der der Gruppe von
Austiefungen 16a in der Oberseite des Laufrades zugewandt
ist, eine Nut 31 ausgebildet, die kontinuierlich in Drehrichtung
des Laufrades 16 von einem oberen Strömungsende 31a zu einem
unteren Strömungsende 31c verläuft. In
dem Pumpendeckel 39 ist ein Abgabeloch 34 ausgebildet, das
sich von dem unteren Strömungsende 31c der Nut 31 zu
einer Oberseite des Pumpendeckels 39 erstreckt. Das Abgabeloch 34 führt vom
Inneren des Gehäuses 17 zum Äußeren des
Gehäuses 17 (einem Innenraum 2a des
Motorteils 2).
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Wie
in 2 dargestellt, ist
eine innere Umfangsfläche 39c einer
Umfangswand 39b des Pumpendeckels 39 der äußeren Umfangsfläche 16p des Laufrades
mit einem kleinen Zwischenraum C2 dazwischen zugewandt. Die innere
Umfangsfläche 39c erstreckt
sich längs
des gesamten Umfangs des Pumpendeckels 39 und der gesamten äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades einschließlich
der Umgebung des Abgabeloches 34. Aus Gründen der Klarheit
ist der Zwischenraum C2 in der Figur größer als in Wirklichkeit dargestellt.
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Wenn
der Zwischenraum C2 groß ist,
dringt der unter Druck stehende Kraftstoff in den Zwischenraum C2
ein und der auf die äußere Umfangsfläche 16p des
Laufrades wirkende Druck ist erhöht.
Dieser erhöhte
Druck, der auf die äußere Umfangsfläche 16p des
Laufrades wirkt, führt
zu einem vergrößerten Widerstand
gegen die Drehung des Laufrades 16. Der kleine Zwischenraum
C2 ist als ein Abstand derart gewählt, dass der auf die äußere Umfangsfläche 16p des
Laufrades wirkende Druck einen vorbestimmten Druck nicht überschreitet,
der einen wesentlichen Abfall der Pumpwirksamkeit verursacht. Das
Experiment macht klar, dass der wesentliche Abfall der Pumpwirksamkeit
verhindert werden kann, indem der kleine Zwischenraum C2 weniger
als 200 μm
beträgt.
Der kleine Zwischenraum C2 muss nicht längs des gesamten Umfangs des
Pumpendeckels 39 und der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades gleichmäßig sein.
Speziell kann der Zwischenraum C2 in einem Bereich auf der strömungsabwärtigen Seite
des Abgabeloches 34 und einer strömungsaufwärtigen Seite des Einlasslochs 22 kleiner sein
als im restlichen Bereich.
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Der
kleine Zwischenraum C2 sollte groß genug sein, um eine direkte
Berührung
zwischen der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades und der inneren Umfangsfläche 39c des Pumpendeckels 39 zu
verhindern. Die Massenproduktion muss eine bestimmte Toleranz der
Teileabmessungen ermöglichen.
Wenn die Kraftstoffpumpe über
eine lange Zeitdauer verwendet wird, verschleißen die Lager 10 und 13 und
die Drehachse der Welle 17 wird verschoben. Der Zwischenraum
C2 sollte groß genug
sein, um Produktionstoleranzen und eine Veränderung der Drehachse des Laufrades 16 zu
ermöglichen.
Das Experiment ergab, dass ein Zwischenraum C2 größer als
100 μm zu
diesem Zweck groß genug
ist. Der kleine Zwischenraum C2 sollte groß genug sein, um eine direkte
Berührung
zwischen dem Laufrad 16 und dem Pumpendeckel 39 zu
vermeiden und sollte klein genug sein, um einen wesentlichen Abfall
der Pumpenwirksamkeit zu verhindern. Bei der vorliegenden Ausführungsform
liegt der kleine Zwischenraum C2 zwischen 100 und 200 μm.
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Die
Nut 31 des Pumpendeckels 39 hat eine Auslaufnut 31b,
die in der Nähe
von deren unterem Strömungsende 31c angeordnet
ist und bei Annäherung
an das Abgabeloch 34 allmählich tiefer wird. Die Auslaufnut 31b ist
am unteren Strömungsende 31c in direkter
Verbindung mit dem Abgabeloch 34 und in radialer Richtung
zur äußeren Seite
des Laufrades 16 hin verschoben, bleibt jedoch innerhalb
des Bereiches, der von der äußeren Umfangsfläche 16p des Laufrades
umgeben ist. Wie in 2 dargestellt,
ist das Abgabeloch 34 nicht an einer Innenseite des Bereiches
angeordnet, der der Gruppe von Austiefungen 16a zugewandt
ist. Anstelle davon ist das Abgabeloch 34 an einer Außenseite
des Bereiches ausgebildet, der der Gruppe von Austiefungen 16a zugewandt
ist und in einem weiter auswärts
liegenden Bereich. Wenn das Laufrad 16 dreht, strömt der Kraftstoff
innerhalb der Austiefung 16a aus der Austiefung 16a an
der Außenseite
der Austiefung 16a aufgrund einer Zentrifugalkraft, und
Kraftstoff innerhalb der Nut 31 wird in die Austiefung 16a an
der Innenseite der Austiefung 16 eingezogen bzw. eingesaugt.
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Wenn
das Abgabeloch 34 an der Außenseite der Gruppe von Austiefungen 16a ausgebildet
ist, wird der Kraftstoff, der aus den Austiefungen 16a an der
Außenseite
der Austiefungen 16a ausströmt, gleichmäßig in das Abgabeloch 34 eingeleitet.
Wenn das Abgabeloch 34 nicht an der inneren Seite der Gruppe
von Austiefungen 16a ausgebildet ist, wird der Kraftstoff
innerhalb des Abgabeloches 34 nicht in die Austiefungen 16a eingesaugt
und es wird keine Rückwärtsströmung innerhalb
des Abgabeloches 34 verursacht. Die Kraftstoffströmung innerhalb
des Abgabeloches wird vergleichmäßigt und
es kann eine hohe Pumpwirksamkeit erzielt werden.
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Ein
Teil des Abgabeloches 34 an dem untersten Strömungsende
erstreckt sich in einen Bereich, der außerhalb der Gruppe von Austiefungen 16a angeordnet
ist. Der Teil 34a des Abgabeloches 34 am untersten
Strömungsende überlappt
die Gruppe der Austiefungen 16a nicht. Der Teil 34a des
Abgabeloches 34, der die Gruppe der Austiefungen 16a nicht überlappt,
verhindert, dass aus den Austiefungen 16a ausströmender Kraftstoff
mit Wandflächen
des Pumpendeckels 39 kollidiert und verhindert Pumpengeräusche.
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Vorzugsweise
wird das Abgabeloch 34 innerhalb eines Bereiches ausgebildet,
der von der äußeren Umfangsfläche 16d des
Laufrades umgeben ist; wie in 2 dargestellt,
kann das Abgabeloch 34 die innere Umfangsfläche 39c des
Pumpendeckels 39 berühren.
Im letzteren Fall wird es einfacher, das Abgabeloch 34 genau
herzustellen.
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Wie
in 1 und 4 dargestellt, ist in einer Oberseite
des Pumpengehäuses 15 in
einem der Gruppe von Austiefungen 16a in der Unterseite
des Laufrades 16 gegenüberliegenden
Bereich eine Nut 20 ausgebildet. Die Nut 20 verläuft kontinuierlich längs der
Drehrichtung des Laufrades 16 (in 3 und 4 sind
die Figuren aus einer Rückwärtsrichtung betrachtet
und entsprechend ist die Drehrichtung des Laufrades zur Rückwärtsrichtung
zeigend dargestellt) von dem oberen Strömungsende 20a zu dem unteren
Strömungsende 20c.
Ein Einlassloch 22 ist in dem Pumpenkörper 15 ausgebildet
und erstreckt sich von dem oberen Strömungsende 20a der
Nut 20 zur Unterseite des Pumpenkörpers 15. Eine Auslaufnut 20b der
Nut 20, die in der Nähe
des unteren Strömungsendes 20c der
Nut 20 angeordnet ist, wird entsprechend der Annäherung an
das untere Strömungsende 20c flacher.
Weiter bleibt die Auslaufnut 20b innerhalb eines Bereiches,
der der Gruppe der Austiefungen 16a des Laufrades 16 gegenüberliegt.
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Ein
Dampfstrahl bzw. eine Dampföffnung 40 ist
an der Innenseite der Nut 20 an einer Stelle etwas strömungsoberhalb
von deren Mitte ausgebildet. Der Dampf, der erzeugt wird, wenn der
Druck vermindert wird, wenn der Kraftstoff aus dem Einlassloch 20 in die
Nut 20 übernommen
wird, wird zum Äußeren des Gehäuses 17 über die
Dampföffnung 40 abgegeben.
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Der
Pumpenkörper 15,
der mit dem Pumpendeckel 39 in einem übereinander angeordneten Zustand
ist, ist durch Verstemmen oder in ähnlicher Weise mit dem unteren
Endbereich des Gehäuses 4 verbunden.
Ein Drucklager 18 ist an einem Zentralbereich des Pumpenkörpers 15 befestigt.
Die Drucklast der Welle 7 wird von dem Drucklager 18 aufgenommen.
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In 5 ist der Deutlichkeit halber
jeder Zwischenraum größer als
in Wirklichkeit dargestellt. Die Nut 20 des Pumpenkörpers 15 ist
an einer dem Abgabeloch 34 gegenüberliegende Seite angeordnet, wobei
das Laufrad 16 sandwichartig zwischen der an der gleichen
Seite wie das Abgabeloch 34 angeordneten Nut 31 und
der Nut 20 angeordnet ist. Die Nut 20 ist nicht
direkt mit dem Abgabeloch 34 verbunden. Die Umfangswand 39b des
Pumpendeckels 39 ist neben der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades sogar an der Stelle des Abgabeloches 34 (der Zwischenraum
C2 ist größer als
in 5 dargestellt, obwohl
er tatsächlich
extrem klein ist), und die Nut 20 und das Abgabeloch 34 sind
tatsächlich
nicht mit der Außenseite
der äußeren Umfangsfläche 16p des Laufrades
verbunden. Die Nut 20 und das Abgabeloch 34 kommunizieren
nur über
die Durchgangslöcher 16c des
Laufrades 16 miteinander.
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Die
sich in Umfangsrichtung des Pumpendeckels 39 erstreckende
Nut 31 und die sich in Umfangsrichtung des Pumpenkörpers 15 erstreckende Nut 20 erstrecken
sich in Drehrichtung des Laufrades 16 und von dem Einlassloch 22 zu
dem Abgabeloch 34. Wenn das Laufrad 16 sich dreht,
wird Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks aus dem Einlassloch 22 in
das Gehäuse 17 gesaugt.
Ein Teil des aus dem Einlassloch 22 hereinkommenden Kraftstoffes
strömt längs der
Nut 20. Der restliche Teil des aus dem Einlassloch 22 hereinkommenden
Kraftstoffs strömt durch
die Durchgangslöcher 16c des
Laufrades 16, tritt in die Nut 31 ein und strömt längs der
Nut 31. Der Druck des Kraftstoffes steigt mit seinem Strömen längs der
Nuten 20 und 31 an. Der längs der Nuten 31 geströmte und
unter Druck stehende Kraftstoff wird durch das Abgabeloch 34 dem
Motorteil 2 zugeführt.
Der längs
der Nut 20 geströmte
und unter Druck stehende Kraftstoff tritt durch die Durchgangslöcher 16c des
Laufrades 16 hindurch und vereinigt sich mit dem Kraftstoff,
der in der Nut 31 mit Druck beaufschlagt wird. Nach dem
Vereinigen wird der Kraftstoff aus dem Abgabeloch 34 zum
Motorteil 2 abgegeben. Der unter hohem Druck stehende,
an den Motorteil 2 abgegebene Kraftstoff wird aus der Abgabeöffnung 28 (siehe 1) zum Äußeren der Pumpe abgegeben.
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Der
Raum zwischen dem Abgabeloch 34 und dem Einlassloch 22 ist
längs der
Drehrichtung des Laufrades 16 nicht mit Nuten 31 und 20 ausgebildet. 6 ist eine Querschnittsansicht
längs der
Linie B-B der 2 und 4, wobei das Laufrad 16 in dieser
Figur von links nach rechts dreht. Die Auslaufnut 20b der
Nut 20 des Pumpenkörpers 15 wird
allmählich
flacher und schließt
bei Annäherung
an das untere Strömungsende 20c.
Folglich wird der längs der
Nut 20 strömende
Kraftstoff in die Durchgangslöcher 16c des
Laufrades 16 gezwungen. Weiter wird die Auslaufnut 31b der
Nut 31 des Pumpendeckels 39 bei Annäherung an
das untere Strömungsende 31c allmählich tiefer
und kommuniziert mit dem Abgabeloch 34. Folglich wird der
unter Druck stehende Kraftstoff gleichmäßig vom Abgabeloch 34 abgegeben
und das Betriebsgeräusch
der Pumpe wird niedriger. Der Zwischenraum C2 zwischen der äußeren Umfangsfläche 16p des
Laufrades und der inneren Umfangsfläche 39c des Pumpendeckels
ist längs seines
gesamten Umfangs extrem schmal bzw. klein. Folglich tritt der unter
Druck stehende Kraftstoff nicht in diesen Zwischenraum C2 ein, sondern
strömt durch
die Durchgangslöcher 16c des
Laufrades 16.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe ist
der Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades und der inneren Umfangsfläche des Pumpendeckels längs seines
gesamten Umfangs extrem klein. Folglich wird ein Anstieg des auf
die äußere Umfangsfläche des
Laufrades ausgeübten
Kraftstoffdruckes verhindert. Im Ergebnis dreht das Laufrad leichter
und wirksamer. Weiter hat der Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Laufrades und der inneren Umfangsfläche des Pumpendeckels längs seines
gesamten Umfangs die gleichen Abmessungen. Folglich behält das Laufrad
bei seiner Drehung sein Gleichgewicht und die nicht balancierte
Belastung des Lagers wird vermindert. Dies verbessert die Drehwirksamkeit
des Laufrades weiter. 7 ist
eine grafische Darstellung, die die Pumpwirksamkeit bzw. den Wirkungsgrad
der konventionellen Kraftstoffpumpe und der Kraftstoffpumpe der
vorliegenden Ausführungsform vergleicht.
Die gestrichelt dargestellte Kurve stellt die herkömmliche
Kraftstoffpumpe dar, und die ausgezogene Kurve zeigt die Kraftstoffpumpe
der vorliegenden Ausführungsform.
Bei Spannungen von 6V, 8V und 12V ist der Pumpwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe
besser als der der herkömmlichen
Kraftstoffpumpe.
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Die
Rückströmung von
Kraftstoff, die bei der herkömmlichen
Kraftstoffpumpe (erläutert
unter Bezugnahme auf 14)
aufgetreten ist, wurde bei der Kraftstoffpumpe der vorliegenden
Ausführungsform beseitigt.
Folglich ist das pulsierende Kraftstoffgeräusch, das mit der Rückströmung verbunden
ist, vermindert. 8 ist
eine grafische Darstellung, die die Größe des pulsierenden Geräusches der
herkömmlichen
Kraftstoffpumpe mit der der vorliegenden Ausführungsform vergleicht. Die
dünne durchgezogene
Linie stellt die herkömmliche
Kraftstoffpumpe dar und die dicke durchgezogene Linie stellt die Kraftstoffpumpe
der vorliegenden Ausführungsform dar.
An jeder Stelle, an der ein Unterschied auftritt, ist das Geräusch der
herkömmlichen
Kraftstoffpumpe größer als
das der Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführung, wobei ein Unterschied
von 10 dB an einer Stelle auftritt, an der der größte Unterschied
vorliegt.
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Bei
der Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführung sind Auslaufnuten 20b und 31b an
den unteren Strömungsenden
der Kraftstoffströmungsdurchlassnuten 20 und 21 ausgebildet;
folglich wird der unter Druck stehende Kraftstoff gleichmäßig dem Abgabeloch 34 zugeführt. 9 ist eine grafische Darstellung,
die die Größe des von
der herkömmlichen
Kraftstoffpumpe erzeugten hochfrequenten Geräusches mit der der Kraftstoffpumpe
der vorliegenden Ausführung
vergleicht. Die durch die dünn
ausgezogene Linie dargestellte Kurve stellt die herkömmliche
Kraftstoffpumpe dar und die durch die dick ausgezogene Linie dargestellte
Kurve stellt die Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführung dar. Das
hochfrequente Geräusch
der herkömmlichen Kraftstoffpumpe
ist größer als
das der Kraftstoffpumpe der vorliegenden Ausführung.
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Vorstehend
wurde ein spezielles Beispiel einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
vorgestellt; dies zeigt jedoch lediglich einige Möglichkeiten der
Erfindung und schränkt
deren Ansprüche
nicht ein. Die in den Ansprüchen
enthaltenen Technik schließt
unterschiedliche Abwandlungen und Modifikationen des oben geschilderten
speziellen Beispiels ein.
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Weiter
können
die in der vorliegenden Spezifikation oder den Figuren enthaltenen
technischen Elemente getrennt oder in allen Typen von Kombinationen
verwendet werden und sind nicht auf die in den Ansprüchen zum
Zeitpunkt des Einreichens der Anmeldung angegebenen Kombinationen
beschränkt.
Weiter kann die in der vorliegenden Anmeldung oder den Figuren beschriebene
Technik verwendet werden, um gleichzeitig eine Mehrzahl von Zielen
zu realisieren oder eines dieser Ziele zu realisieren.
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 27. März 2003
eingereichten Japanischen Patentanmeldung 2003-088857, deren Inhalt unter
Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.