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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftstoffpumpen
für Kraftfahrzeuge
und im Besonderen auf eine selbstansaugende Kraftstoffpumpe mit
einem einseitigen Impeller.
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Selbstansaugende
Kraftstoffpumpen sind für
die Anwendung in Kraftfahrzeugen wegen ihrer niedrigen Einheits-Drehzahl
(dem Verhältnis
von Durchmesser und Durchflussrate zum Förderdruck), ihrer ruhigen Arbeitsweise,
ihrem guten Umgang mit Kraftstoff auch bei hohen Temperaturen und
ihrer Haltbarkeit weit verbreitet. Die selbstansaugenden Kraftstoffpumpen
weisen allgemein einen Impeller auf, der sich auf einer Motorwelle
dreht und innerhalb der Pumpe, in einer Impellerkammer, angeordnet
ist. Die Abstände
zwischen den gegenüber
liegenden axialen Seiten des Impellers und den entsprechenden Wänden der
Impellerkammer müssen
präzise
vorgegeben und eng geregelt werden, damit die Pumpe den Kraftstoff
bei relativ hohen Drücken,
d.h. bei mehr als etwa 2 bar, fördern
kann. Die Impeller sind typisch doppelseitige Impeller, was bedeutet, dass
die Impeller auf jeder der gegenüberliegenden
Seiten darauf angeordnete Flügel
aufweisen, um den Kraftstoff auf beiden Seiten des Impellers zu
verdichten. Auf diese Weise sind die Impeller axial relativ gut
ausgewuchtet, um den notwendigen Abstand insbesondere zu den Wänden der
Impellerkammer, zum Pumpen des Kraftstoffs unter hohem Druck, aufrecht
zu halten.
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Ein
Nachteil dieser Kraftstoffpumpen ist, dass ihr Benetzungskreisindex
relativ hoch ist, typisch 1,7 oder höher und damit auch der Reibungsindex
durch Flüssigkeitsreibung
relativ hoch ist. Der Benetzungskreisindex ist ein Maß für die Grenzschicht
in der Pumpe und die Reibungsverluste. Er kann als die Länge der
benetzten Kreislinie gegen die Querschnittsfläche des Durchflusskanals definiert
werden. Das bedeutet, dass die Länge
der benetzten Kreislinie der Abstand entlang des Umfangs des Durchflusskanals,
d.h. Kreisumfang eines runden Durchflusskanals, ist, der Durchflusskanal
wird sowohl durch den Impeller als auch die Strukturen, z.B. die
Strukturen von Pumpengehäuse
und Pumpenkörper
auf den gegenüber
liegenden Seiten des Impellers, gebildet.
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Ein
weiterer Aspekt bei der Verwendung dieser Art von Kraftstoffpumpe
in Kraftstoffsystemen ist, dass eine sekundäre Pumpe, oder eine Ejektorpumpe,
verwendet werden muss, um den Kraftstofffluss an das Kraftstoff-Fördermodul,
in dem die Kraftstoffpumpe angeordnet ist, aufrecht zu halten. Bei
diesen Systemen hält
die Ejektorpumpe den Kraftstofffluss an das Kraftstoff-Fördermodul
aufrecht und die Kraftstoffpumpe übernimmt den Kraftstoff vom
Kraftstoff-Fördermodul
und liefert ihn an das Kraftstoffsystem des Kraftfahrzeugs.
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Es
besteht folglich ein Bedarf für
eine verbesserte Kraftstoffpumpe. Aufgabe der Erfindung ist es,
eine Kraftstoffpumpe mit einem robusten und stabilen axialen Abstand
zu den Wänden
der Impellerkammer zu schaffen, um das Pumpen von Kraftstoff unter
hohem Druck, bei einem gleichzeitig niedrigeren Benetzungskreisindex,
in einem Kraftstoffsystem zu ermöglichen
und die Reibungsverluste insbesondere durch Flüssigkeitsreibung zu verringern
und somit den Wirkungsgrad der Pumpe zu steigern, ohne eine Ejektorpumpe
verwenden zu müssen,
die den Kraftstofffluss an das Kraftstoff-Fördermodul aufrecht hält. Diese
Aufgabe wird durch die Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Kraftstoffpumpe zur Verfügung, die
den Wirkungsgrad der Pumpe, durch Verringerung des Benetzungskreisindex
und damit des Reibungsindexes durch Flüssigkeitsreibung in der Pumpe,
verbessert, während
stabile axiale Abstände
aufrecht erhalten bleiben, um den Anforderung an die Verwendung
in einem Kraftfahrzeug gerecht zu werden. Eine Realisierung der
Erfindung umfasst eine Kraftstoffpumpe, um Kraftstoff unter Druck
an den Motor eines Kraftfahrzeugs zu fördern. Die Kraftstoffpumpe besteht
allgemein aus einem Gehäuse,
einem Elektromotor, einem einseitigen Impeller, einem Pumpendeckel und
einem Pumpengehäuse.
Die Verwendung eines einseitigen Impellers verringert stark den
Benetzungskreisindex und damit den Reibungsindex durch Flüssigkeitsreibung
und verbessert den Wirkungsgrad der Pumpe.
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Entsprechend
einem besonderen Aspekt ist der Elektromotor in dem Gehäuse untergebracht
und treibt die Motorwelle an. Der Impeller ist mit der Motorwelle,
sowohl für
seine Drehung als auch für
eine axiale Bewegung auf der Motorwelle, verbunden. Das bedeutet,
dass der Impeller auf der Motorwelle eine freie axiale Verschiebung
ausführen
kann. Der Impeller weist gegenüber
liegende axiale Stirnflächen
auf, einschließlich einer
Fläche
zum Pumpengehäuse
und einer Fläche
zum Pumpendeckel. Die Fläche
zum Pumpendeckel bildet erste und zweite Durchflusskanäle, die
sich über
den Umfang des Impellers erweitern. Der Impeller umfasst weiterhin
eine Vielzahl von Flügeln,
wobei jeder des ersten und zweiten Durchflusskanals des Impellers
mindestens teilweise einen Teil der Flügel aufnimmt. Der zweite Durchflusskanal
des Impellers verläuft
gegenüber dem
ersten Durchflusskanal radial einwärts und der Impeller bildet
weiterhin eine durchgehende Durchflussöffnung.
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Der
Pumpendeckel umfasst eine Fläche
mit ersten und zweiten Durchflusskanälen, die sich über den Umfang
der Fläche
erweitern. Der erste Durchflusskanal erhält Kraftstoff durch einen ersten
Einlass im Pumpendeckel und zweite Durchflusskanal erhält Kraftstoff
durch einen zweiten Einlass im Pumpendeckel. Der erste Durchflusskanal
des Pumpendeckels fluchtet mindestens teilweise mit dem ersten Durchflusskanal
des Impellers und weist ein Einlassende auf, um Kraftstoff mit niedrigerem
Druck aufzunehmen, und ein Auslassende auf, um Kraftstoff mit höherem Druck
zur Verfügung
zu stellen. Das Auslassende erweitert sich radial einwärts und
steht mit der Durchflussöffnung
des Impellers in Verbindung. Der zweite Durchflusskanal fluchtet
mindestens teilweise mit dem zweiten Durchflusskanal des Impellers
und weist ein Einlassende auf, um Kraftstoff aufzunehmen, und ein
Auslassende, um Kraftstoff an eine zweite Auslassöffnung zur
Verfügung
zu stellen.
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Die
Drehung des Impellers und seiner Flügel verdichtet den Kraftstoff
unter niedrigerem Druck, der an den Einlassenden des ersten und
zweiten Durchflusskanals des Pumpendeckels zur Verfügung steht,
der dann an die Auslassenden des ersten und zweiten Durchflusskanal
des Pumpendeckels geleitet wird. Der Impeller umfasst eine axiale
Durchlassöffnung,
die in Verbindung mit dem Auslassende des ersten Durchflusskanals
steht. Das Pumpengehäuse
enthält
eine erste Auslassöffnung,
die strömungstechnisch
mit der Durchlassöffnung
des Impellers verbunden ist und den Kraftstoff unter höherem Druck,
zur Weiterleitung an den Motor, erhält.
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Der
Impeller kann auf der Motorwelle eine freie axiale Verschiebung
durchführen
und ist sowohl einer Kraft von der Seite des Pumpendeckels, durch
Kraftstoff im Durchflusskanal von Pumpendeckel und Impeller, als auch
einer Kraft von der Seite des Pumpengehäuses, durch Kraftstoff in der
Auslassöffnung,
unterworfen. Die Auslassöffnung
ist zumindest teilweise der Seite des Impellers zum Pumpengehäuse ausgesetzt
und dieser exponierte Bereich ist in der Größe, ungefähr gleich der Kraft auf der
Seite des Pumpendeckels, zur Verfügung zu stellen. Auf diese
Weise wird der Impeller auf der Motorwelle ausgeglichen, um robuste
axiale Abstände
zum Pumpen des Kraftstoffs mit höherem
Druck zur Verfügung
zu stellen.
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Entsprechend
weiteren Einzelheiten und Weiterbildungen ist die exponierte Fläche auf
der Seite des Impellers, die dem Pumpengehäuse zugewandt ist, kleiner
als die Fläche
auf der Seite des Impellers, die dem Pumpendeckel und seinem Durchflusskanal
zugewandt ist, wodurch der Druck auf der Seite des Pumpengehäuses in
Allgemeinen höher
ist als der mittlere Druck auf der Seite des Pumpendeckels des Impellers.
Zusätzlich
können
das Pumpengehäuse
und/oder der Pumpendeckel Druckregelkanäle bzw. -ausgleichskanäle enthalten,
die strömungstechnisch
entweder mit dem Kraftstoff unter höherem oder unter niedrigerem
Druck stehen, was entsprechend angepasst werden kann, um einen ausgewuchteten
Impeller zu erhalten. Die Druckregelkanäle können viele Formen aufweisen
und sie können
an verschiedenen radialen und peripheren Positionen angeordnet sein.
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Auf
diese Weise kann der Impeller der Kraftstoffpumpe bei der vorliegenden
Erfindung, durch die Anpassung der Fläche auf der Seite des Impellers,
die dem Pumpendeckel zugewandt und Kraftstoff ausgesetzt ist in
Bezug auf die Fläche
der Seite des Impellers, die dem Pumpendeckel zugewandt und Kraftstoff
ausgesetzt ist, einen axialen Abstand zum Pumpendeckel einhalten,
der kleiner als oder gleich 0,05 mm (50 Mikron) ist. Der Impeller
hält damit
einen axialen Abstand zum Pumpendeckel ein, der ausreichend ist,
um den Kraftstoff auf mindestens 2 bar zu verdichten. Bemerkenswert
ist, dass die Pumpe keine Lager oder andere strukturelle Komponenten
benötigt,
um den notwendigen Abstand zwischen dem Pumpendeckel und dem Impeller aufrecht
zu halten.
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Die
begleitenden Zeichnungen bilden einen Teil der Offenbvarung, stellen
mehrere Merkmale und Ansichten der vorliegenden Erfindung dar und
dienen, zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien der Erfindung
zu erklären.
In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein Kraftstoff-Fördermodul, konstruiert gemäß den Ausführungen
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Kraftstoffpumpe, die im Kraftstoff-Fördermodul
aus 1 montiert ist;
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3 einen
Querschnitt durch die Kraftstoffpumpe aus 2, entlang
der Schnittlinie 3-3;
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4 einen
Querschnitt durch die Kraftstoffpumpe aus 2, entlang
der Schnittlinie 4-4;
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5 eine
perspektivische Explosionsansicht von Pumpendeckel, Impeller und
Pumpengehäuse,
die einen Teil der Kraftstoffpumpe aus 2 bilden;
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6 eine
perspektivische Explosionsansicht, ähnlich der aus 5,
der entgegengesetzten Seiten von Pumpendeckel, Impeller und Pumpengehäuse; und
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7 eine
Draufsicht auf den Pumpendeckel aus 6.
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Mit
Bezug auf 1 ist ein Kraftstoff-Fördermodul 10 allgemein
dargestellt. Das Kraftstoff-Fördermodul 10 ist
innerhalb des Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeugs angeordnet und
weist einen Kraftstoffspeicher 12 und eine Kraftstoffpumpe 14 auf,
die innerhalb des Kraftstoffspeichers 12 montiert ist.
Die Kraftstoffpumpe 14 wird verwendet, um Kraftstoff aus
dem Kraftstoffspeicher 12 anzusaugen, bezeichnet durch
den Pfeil 16, und um den Kraftstoff unter Druck an einen
Motor nicht dargestellt zu liefern, bezeichnet durch den Pfeil 18.
Die Kraftstoffpumpe 14 wird weiterhin verwendet, um Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank, außerhalb
des Kraftstoffspeichers 12, anzusaugen, bezeichnet durch
den Pfeil 20, und in den Kraftstoffspeicher 12 zu
pumpen, bezeichnet durch Pfeil 22.
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Kraftstoff
strömt
durch einen ersten Ansaugstutzen 24 aus dem Kraftstoffspeicher 12 in
die Kraftstoffpumpe 14. An dem ersten Ansaugstutzen 24 ist
ein Kraftstofffilter 26 angeordnet, um Verunreinigungen
aus dem Kraftstoffspeicher 12 in die Kraftstoffpumpe 14 zu
verhindern. Durch einen zweiten Ansaugstutzen 28 strömt Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank in die Kraftstoffpumpe 14. An dem
zweiten Ansaugstutzen 28 ist ein Kraftstofffilter 30 angeordnet,
um Verunreinigungen aus dem Kraftstofftank in die Kraftstoffpumpe 14 zu
verhindern. Kraftstoff strömt
aus der Kraftstoffpumpe 14 durch eine zweite Auslassöffnung 32 in
den Kraftstoffspeicher 12.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der Kraftstoffpumpe 14, aus
dem Kraftstoff-Fördermodul 10 entfernt. 3 und 4 sind
Querschnitte durch die Kraftstoffpumpe 14 und zeigen verschiedene
Merkmale der Kraftstoffpumpe 14.
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Mit
Bezug auf 3 ist ein Querschnitt durch
die Kraftstoffpumpe 14, konstruiert gemäß den Ausführungen der vorliegenden Erfindung,
dargestellt. Bemerkenswert ist, dass die Kraftstoffpumpe 14 einen einseitigen
Impeller 34 hat, der den Benetzungskreisindex von etwa
1,8 auf 1,1 stark verringert, wodurch die Reibungsverluste vermindert
und der hydraulische Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe 14 um
typisch 25% bis 35% verbessert wird. Der einseitige Impeller 34 kann
sich weiterhin frei axial verschieben, wodurch sich ein axialer Abstand
einstellt, der ausreichend ist, um Kraftstoff mit einem höheren Druck,
typisch etwa 2 bar oder mehr, zu pumpen.
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Die
Kraftstoffpumpe 14 hat allgemein ein Gehäuse 36,
das einen Elektromotor 38 aufnimmt. Der Elektromotor 38 ist
mit einer Welle bzw. Motorwelle 40 wirkverbunden, die die
Mittelachse 42 der Kraftstoffpumpe 14 definiert.
Ein Pumpendeckel 44 schließt das offene untere Ende des
Gehäuses 36 ab
und enthält
den ersten und zweiten Ansaugstutzen 24, 28, um
Kraftstoff unter niedrigerem Druck anzusaugen, sowie die zweite
Auslassöffnung 32.
Der erste Ansaugstutzen 24 ist in 3 dargestellt
und der zweite Ansaugstutzen 28 und die zweite Auslassöffnung 32 sind
in 4 dargestellt. Ein Pumpengehäuse 46 ist innerhalb
des Gehäuses 36 und
auf der Innenseite des Pumpendeckels 44 angeordnet. Der
Impeller 34 ist zwischen dem Pumpendeckel 44 und
dem Pumpengehäuse 46 angeordnet.
Der Impeller 34 sitzt auf der Motorwelle 40, sowohl
für die
Rotation als auch für
eine axiale Bewegung auf der Motorwelle 40. Das heißt, der
Impeller 34 kann auf der Motorwelle 40 eine frei
axiale Verschiebung ausführen,
wie vorher erwähnt.
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Mit
Bezug auf 5 ist nun eine perspektivische
Explosionsansicht von Pumpendeckel 44, Impeller 34 und
Pumpengehäuse 46 dargestellt.
Es ist ersichtlich, dass der Impeller 34 eine Fläche 48 zum
Pumpendeckel 44 aufweist, die einen ersten Durchflusskanal 50 und
einen zweiten Durchflusskanal 52 enthält. Der erste Durchflusskanal 50 erstreckt
sich peripher, bzw. kreisförmig über den
Umfang, des Impellers 34 und grenzt an den äußeren Umfang 54 des
Impeller 34. Der zweite Durchflusskanal 52 erstreckt
sich ebenfalls kreisförmig über den
Umfang des Impellers 34 und ist radial nach innen, angrenzend
an den ersten Durchflusskanal 50, angeordnet. Jeder der
ersten und zweiten Durchflusskanäle 50, 52 hat
eine Vielzahl von Flügeln 56, um
den Kraftstoff zu komprimieren, wie es aus dem Stand der Technik
bekannt ist. Wie dargestellt, sind die radialen Breiten des ersten
und zweiten Durchflusskanals 50, 52 im Wesentlichen
gleich, es versteht sich allerdings, dass die Erfindung auch so
ausgeführt
werden kann, dass die radialen Breiten des ersten und zweiten Durchflusskanals 50, 52 nicht
im Wesentlichen gleich sind.
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Eine
Impeller Durchflussöffnung 58 erstreckt
sich durch den Impeller 34, von der Fläche zum Pumpendeckel 48 zu
der Fläche
zum Pumpengehäuse 60,
gegenüber
der Fläche
zum Pumpendeckel 48 und dargestellt in 6.
Wie dargestellt, wird die Durchflussöffnung 58 durch eine
Vielzahl von kreisförmig
angeordneten Öffnungen 62 gebildet.
Die Öffnungen 62 sind
durch eine Vielzahl von Stegen mit kreisförmigem Querschnitt, um den
Flüssigkeitsstrom
zu unterstützen,
voneinander getrennt. Fachleute werden erkennen, dass die Stege 64 andere
als kreisförmige
Querschnittsformen aufweisen können,
wie ovale, elliptische, flache, gebogene oder flügelförmige, die über die Länge der Stege 64 variieren
können.
Nicht-kreisförmige
oder flügelförmige Stege 64 werden
die Pumpwirkung der Kraftstoffpumpe 14 unterstützen. Es
ist ebenfalls ersichtlich, dass der Impeller 34 eine Bohrung 66 mit
einer Abflachung 68 umfasst, um die Motorwelle 40 aufzunehmen,
die den Impeller 34 in Drehung versetzt.
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Das
Pumpengehäuse 46 weist
allgemein eine Fläche 70 auf,
die dem Impeller 34 [und der Fläche 60] axial gegenüber steht.
Das Pumpengehäuse 46 enthält einen
ersten Auslass 72, durch den unter Druck stehender Kraftstoff,
zur endgültigen
Weiterleitung an den Motor, fließt. Der Pumpengehäuse 46 enthält weiterhin eine
Mittelbohrung 74 und ein Kugellager 76, durch
die die Motorwelle 40 führt,
mit der der Impeller 34 verbunden ist. Der Pumpengehäuse 46 umfasst
am Umfang einen Rand 78, der innerhalb eine Impellerkammer 80 bildet.
Das bedeutet, dass der periphere Rand 78 und die Fläche 70 eine
Impellerkammer 80 in der Größe bilden, um den Impeller 34 aufzunehmen,
wie am Besten aus 3 und 4 zu sehen
ist. Der Pumpengehäuse 46 enthält schließlich eine
erste Auslassöffnung 82,
die strömungstechnisch
mit dem ersten Auslass 72 verbunden ist. Die erste Auslassöffnung 82 wird
zumindest teilweise durch eine Vertiefung 84 in der Oberfläche 70 des
Pumpengehäuses
gebildet. Wie zu sehen ist, erweitert sich die Vertiefung 84 vom
ersten Auslass 72 aus radial einwärts und weist eine 8-förmige Gestalt
bzw. Sanduhrform auf.
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Die
gegenüber
liegenden Flächen
des Pumpendeckels 44, des Impellers 34 und des
Pumpengehäuses 46 sind
in einer Explosionsansicht in 6 dargestellt.
Der Pumpendeckel 44 weist eine Fläche 86 auf, die axial
in Richtung auf den Impeller 34 weist. Die Fläche 86 enthält eine
Ausdrehung 88 in der Größe, um die
Motorwelle 40 und eine axiale Druckplatte aufzunehmen,
dargestellt in 3 und 4. Die Oberfläche 86 enthält weiterhin
erste und zweite Durchflusskanäle 90, 92,
die sich peripher über
den Pumpendeckel 44 erstrecken.
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Der
erste Durchflusskanal 90 des Pumpendeckels 44 fluchtet
radial mit dem ersten Durchflusskanal 50 des Impellers 34 und
seinen Flügeln 56,
siehe 5, um den Kraftstoff darin zu komprimieren. Der
erste Durchflusskanal 90 erstreckt sich auf dem Pumpendeckel 44 [auf
der Fläche
des Pumpendeckels 86] etwa 330 Grad, bevor er radial einwärts verläuft, wodurch
ein Spalt 94 zwischen den Enden des ersten Durchflusskanals 90 entsteht.
Der zweite Durchflusskanal 92 des Pumpendeckels 44 fluchtet
radial mit dem zweiten Durchflusskanal 52 des Impellers 34 und
seinen Flügeln 56,
siehe 5, um den Kraftstoff darin zu komprimieren. In 6 ist
ebenfalls zu erkennen, dass die zum Pumpengehäuse weisende Fläche 60 des
Impellers 34 keine Durchflusskanäle oder Flügel aufweist, der Impeller 34 demnach
einseitig ist.
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Eine
vergrößerte Ansicht
auf den Pumpendeckel 44 ist in 7 dargestellt.
Im Besonderen ist der erste Durchflusskanal 90 zu erkennen,
der ein Einlassende 96 und ein Auslassende 98 aufweist.
Kraftstoff tritt durch den ersten Ansaugstutzen 24 in den
ersten Durchflusskanal 90 ein und verlässt den ersten Durchflusskanal 90 in
der Nähe
des Auslassendes 98 durch die Durchlassöffnung 58 des Impellers 34.
Der erste Durchflusskanal 90 hat zusätzlich ein Entlüftungsloch 100,
das verwendet wird, um unerwünschte
Kraftstoffdämpfe in
der Kraftstoffpumpe 14 zu entlüften. Das Auslassende 98 des
ersten Durchflusskanals 90 verläuft radial einwärts, was
weiter unten ausführlicher
beschrieben wird. Kraftstoff tritt durch den zweiten Ansaugstutzen 28 in den
zweiten Durchflusskanal 92 ein und verlässt den zweiten Durchflusskanal 92 durch
die zweite Auslassöffnung 32.
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Wenn
sie, wie dargestellt, miteinander montiert werden, liegt der Impeller 34 zwischen
dem Pumpendeckel 44 und dem Pumpengehäuse 46, wobei der
Impeller 34 innerhalb der Impellerkammer 80, die
durch den Rand 78 des Pumpengehäuses 46 gebildet wird,
angeordnet ist. Kraftstoff unter niedrigerem Druck fließt durch
den zweiten Ansaugstutzen 28 ein. Der zweite Ansaugstutzen 28 erstreckt
sich axial und steht mit dem zweiten Durchflusskanal 92 des
Pumpendeckels 44 in Verbindung. Der zweite Durchflusskanal 92 fluchtet
radial mit dem zweiten Durchflusskanal 52 des Impellers 34.
Kraftstoff strömt
also in den zweiten Durchflusskanal 92 und den zweiten
Durchflusskanal 52 und wird durch die Flügel 56 im
zweiten Durchflusskanal 52, durch die Drehung des Impellers 34 relativ
zum stationären
Pumpendeckel 44 und stationären Pumpengehäuse 46,
verdichtet. Kraftstoff wird also durch den zweiten Durchflusskanal 52 des
Impellers 34 und dem zweiten Durchflusskanal 92 des
Pumpendeckels 44 aus dem Kraftstofftank in den Kraftstoffspeicher 12 gepumpt.
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Gleichzeitig
strömt
Kraftstoff unter niedrigerem Druck aus dem Kraftstoffspeicher 12 durch
den ersten Ansaugstutzen 24. Der erste Ansaugstutzen 24 erweitert
sich axial und steht mit dem Einlassende 96 des ersten
Durchflusskanals 90 des Pumpendeckels 44 in Verbindung.
Der erste Durchflusskanal 90 fluchtet radial mit dem ersten
Durchflusskanal 50 des Impellers 34, gebildet
im Impeller 34 [in der Oberfläche 48 des Impellers 34].
Kraftstoff strömt
also in den ersten Durchflusskanal 90 und in den ersten
Durchflusskanal 50 und wird durch die Flügel 56,
durch die Drehung des Impellers relativ zum stationären Pumpendeckel 44 und
stationären
Pumpengehäuse 46,
verdichtet. Kraftstoff wird also durch den ersten Durchflusskanal 50 des
Impellers 34 und den ersten Durchflusskanal 90 des
Pumpendeckels 44 aus dem Kraftstoffspeicher 12 zum
Motor des Kraftfahrzeugs gepumpt.
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Strömt der Kraftstoff
vom Einlassende 96 zum Auslassende 98 des ersten
Durchflusskanals 90 des Pumpendeckels 44, erhöht sich
sein Druck. Wie in 6 dargestellt, ändert das
Auslassende 98 des ersten Durchflusskanals 90 seine
Richtung und erstreckt sich radial einwärts bis zu einer Position,
die mit der Durchflussöffnung 58 des
Impellers 34 fluchtet. Die erste Auslassöffnung 82 im
Pumpengehäuse 46 ist
strömungstechnisch
mit der Durchflussöffnung 58 im
Impeller 34 verbunden. Auf diese Weise kann Kraftstoff
unter höherem
Druck durch den Impeller 34 durch, durch die erste Auslassöffnung 82 und
in den ersten Auslass 72 des Pumpenkörpers 46 fließen.
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Folglich
wird durch die vorliegende Erfindung, durch einen einseitigen Impellers 34,
eine leistungsfähigere
Kraftstoffpumpe 14 zur Verfügung gestellt. Der erste Durchflusskanal 90 des
Pumpendeckels 44 und der erste Durchflusskanal 50 des
Impellers 34 sind in der Größe ausgelegt, um eine Kraftstoffpumpe 14 zur Verfügung zu
stellen, die das gleiche Kraftstoffvolumen wie eine vergleichbare
Pumpe mit einem doppelseitigen Impeller pumpen kann, während gleichzeitig
durch die Verwendung eines einseitigen Impellers 34 der
Reibungsindex durch Flüssigkeitsreibung
und die Reibungsverluste verringert werden. Zusätzlich stellen der zweite Duchflusskanal 92 des
Pumpendeckels 44 und der zweite Durchflusskanal 52 des
Impellers 34 eine Pumpe zur Verfügung, die Kraftstoff aus dem
Kraftstofftank in den Kraftstoffspeicher pumpen kann, wodurch die
Notwendigkeit für
eine zusätzliche
Ejektorpumpe entfällt.
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Zwischen
dem Impeller 34, dem Pumpendeckel 44 und dem Pumpengehäuse 46 muss
jedoch ein vorgegebener Abstand eingehalten werden. Die Verwendung
der Kraftstoffpumpe 14 für den Motor eines Kraftfahrzeugs
erfordert im Besonderen, dass der Kraftstoff mit einem relativ hohen
Druck gepumpt wird, nämlich etwa
2 bar oder darüber.
Ein axialer Abstand von etwa 0,05 mm oder weniger muss deshalb zwischen
dem Impeller 34, dem Pumpendeckel 44 und dem Pumpengehäuse 46 eingehalten
werden. Das heißt,
dass der axiale Abstand der Fläche 48 des
Impellers 34 innerhalb von 0,05 mm bzw. 50 Mikron zu der
Fläche 86 des Pumpendeckels 44 liegen
muss, um Kraftstoff mit 2 bar oder höher zu pumpen.
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Der
Impeller kann unglücklicherweise
nicht auf der Motorwelle 40 fixiert werden. In der rauhen
Umgebung eines Kraftfahrzeugs wird die Kraftstoffpumpe 14 andauerndem
und wiederkehrendem Betrieb unterworfen, was zu Verschleiß an dem
Axialelement führt,
das die Motorwelle 40 stützt. Über die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe 14 kann
die Motorwelle 40 deshalb ihre Position verändern und
dies macht es unmöglich,
den idealen Abstand zwischen dem Impeller 34 und dem Pumpendeckel 44 einzuhalten.
Die Anwendung der Kraftstoffpumpe 14 im Kraftstoffsystem
eines Kraftfahrzeugs erfordert deshalb die freie axiale Verschiebung
des Impellers 34 auf der Motorwelle 40.
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Die
Kraftstoffpumpe 14 regelt folglich, entsprechend den Ausführungen
der vorliegenden Erfindung, den Bereich des Impellers 34 und
im Besonderen den Bereich auf der Fläche 60 zum Pumpengehäuse 46,
der dem Kraftstoff unter höherem
Druck an der ersten Auslassöffnung 82 ausgesetzt
ist. Besonders der Bereich des Impellers 34, der Kraftstoff
auf seiner Fläche 60 ausgesetzt
ist, ist eng ausgelegt, relativ zum Bereich der Fläche 48 zum
Pumpendeckel 44, die ebenfalls Kraftstoff ausgesetzt ist.
Es ist zu erkennen, dass der Bereich des Impellers 34,
der an seiner Fläche 48 zum
Pumpendeckel 44 dem Kraftstoff ausgesetzt ist, durch die
axialen Stirnflächen
des ersten und zweiten Durchflusskanals 90, 92 definiert
ist. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass sich der Druck des Kraftstoffs
im ersten und zweiten Durchflusskanal 90, 92 von
den Ansaugstutzen 24, 28 zu den Auslässen 32, 72 ändert. Der
Druck im Kraftstoff im ersten und zweiten Durchflusskanal 90, 92 des Pumpendeckels 44 muss
deshalb Bemittelt werden und für
die Zwecke hier kann er als etwa die halbe Druckänderung von den Ansaugstutzen 24, 28 zu
den Auslässen 32, 72 verallgemeinert
werden.
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Steht
zum Beispiel Kraftstoff bei Umgebungsluftdruck am Einlassende 96 zur
Verfügung
und wird dieser durch die Kraftstoffpumpe 14 am Auslassende 98 auf
einen Druck von etwa 4 bar verdichtet, kann der mittlere Druck im
ersten Durchflusskanal 90 als 2 bar abgeschätzt werden.
In diesem Beispiel steht der Kraftstoff in der ersten Auslassöffnung 82 des
Pumpengehäuses 46 deshalb
also unter etwa 4 bar. Folglich ist der Bereich des Impellers 34 und
im Besonderen die Fläche 60 zum
Pumpengehäuse 46,
die der ersten Auslassöffnung 82 gegenüber steht,
in Bezug auf den Bereich geregelt, der mit dem ersten Durchflusskanal 90 des
Pumpendeckels 44 korrespondiert, wodurch eine im Allgemeinen
ausgeglichene Kraft auf den gegenüber liegenden Seiten des Impellers 34 erzeugt
wird. Anders ausgedrückt
wirkt auf den Impeller 34 eine Kraft auf der Seite des
Pumpendeckels und eine Kraft auf der Seite des Pumpenkörpers, die
entsprechend der Auslegung und der Konstruktion etwa gleich sind.
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Die
hier benutzten Begriffe etwa', 'ungefähr', 'im Allgemeinen' usw., wenn sie in
Verbindung mit den Kräften
und den Drücken
am Impeller 34 verwendet werden, umfassen die Tatsache,
dass sich der tatsächliche Druck
innerhalb des ersten und zweiten Durchflusskanals 90, 92 des
Pumpendeckels 44 unter bestimmten Bedingungen z. B. Pulsieren
oder andere Druckschwankungen verändern kann, was zu einer Veränderung
der gegenüber
liegenden Kräfte
am Impeller 34 führt,
was wiederum zu einer Verschiebung des Impellers 34 auf der
Motorwelle 40 führt,
wie es im Stand der Technik bekannt ist. Um sich Druckschwankungen
anzupassen, kann sich der Impeller 34 auf diese Art und
Weise axial auf der Motorwelle 40 verschieben, während gleichzeitig
ein entsprechender axialer Abstand von etwa 0.05 mm (50 Mikron)
oder weniger aufrecht erhalten bleibt, um die Fähigkeit der Pumpe, Kraftstoff
auf einen hohen Druck von etwa 2 bar oder mehr zu verdichten, sicher zu
stellen.
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Die
vorangegangene Beschreibung der hier vorgestellten Realisierungen
ist zu dem Zweck der Illustration und der Veranschaulichung dargelegt
worden. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie vollständig ist
oder die Erfindung auf die genau beschriebenen Realisierungen beschränkt. Zahlreiche
Modifikationen oder Variationen sind mit Blick auf die obigen Ausführungen
möglich.
Die beschriebenen Realisierungen wurden ausgewählt, um die beste Darstellung
der Prinzipien der Erfindung zu zeigen, um es dadurch einem üblichen
Fachmann zu ermöglichen,
die Erfindung in verschiedenen Realisierungen und mit verschiedenen
Modifikationen, wie sie für
eine bestimmte vorgesehene Anwendung geeignet ist, zu verwenden.
Alle diese Modifikationen und Variationen liegen innerhalb des Geltungsbereiches
der Erfindung, wie durch die anhängenden
Ansprüche festgelegt,
wenn sie in Übereinstimmungen
mit dem Umfang der Ansprüche,
zu dem sie fair, legal und gerecht berechtigen, interpretiert werden.
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