DE102011004362A1 - Dosierpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosierpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff zu einem Fahrzeugheizgerät, umfassend einen Zylinder und einen in dem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben, wobei in dem Zylinder ein Pumpkammervolumenbereich vorgesehen ist zur Aufnahme eines bei einem Ausstoßhub des Kolbens durch wenigstens eine Auslassöffnung hindurch zu fördernden Fluids durch wenigstens eine Einlassöffnung hindurch während eines Einlasshubs, wobei der Auslassöffnung eine von zu förderndem Fluid nur in Auslassrichtung durchströmbare Auslasssperrventilanordnung zugeordnet ist.
- Eine derartige beispielsweise in der
DE 10 2004 034 231 B4 offenbarte Dosierpumpe ist in1 dargestellt. Diese Dosierpumpe10 umfasst einen im Wesentlichen mit einer Zylinderumfangswand12 bereitgestellten Zylinder14 , in welchem ein Kolben16 in Richtung einer Längsachse L hin- und herbewegbar ist. Dabei bewegt sich der Kolben16 in einem bzw. aus einem Pumpkammervolumenbereich18 , um dadurch bei Bewegen aus dem Pumpkammervolumenbereich18 heraus zu förderndes Fluid, also beispielsweise Kraftstoff, über mehrere in der Zylinderumfangswand12 vorgesehene Einlassöffnungen20 im Pummpkammervolumenbereich18 aufzunehmen. Bei Bewegung in den Pumpkammervolumenbereich18 wird dann, wenn durch den Kolben16 die Aufnahmeöffnungen20 überdeckt und somit verschlossen sind, das in dem dann eingeschlossenen Pumpkammervolumenbereich18 enthaltene Fluid über eine Auslasssperrventilanordnung22 zu einem Auslassstutzen24 gefördert. Die Auslasssperrventilanordnung22 umfasst ein kugelartig ausgebildetes Ventilorgan26 , das unter der Vorspannung einer Feder28 gegen einen zugeordneten Ventilsitz30 gepresst ist. - Das zu fördernde Ventil wird über einen Einlassstutzen
32 zu einem die Zylinderumfangswand12 im Wesentlichen in Umfangsrichtung vollständig umgebenden Einlassströmungsraum34 gefördert, welcher in seinem axialen Endbereich über die Einlassöffnungen20 zum Pumpkammervolumenbereich hin18 offen ist. - Die Bewegung des Kolbens
16 wird hervorgerufen durch eine elektrisch erregbare Spule36 und einen mit dem Kolben fest verbundenen Anker38 , welcher bei Erregung der Spule36 zusammen mit dem Kolben16 zur Durchführung eines Auslasshubs bewegt wird und bei Beenden der Erregung durch eine Vorspannfeder40 in entgegengesetzter Richtung, also zur Durchführung eines Einlasshubs bewegt wird. - Bei einem derartigen Einlasshub wird dann, wenn die Auslassöffnungen
20 vom Kolben16 freigegeben werden, im Einlassströmungsraum34 bzw. dem zu diesem führenden Volumen42 enthaltenes Fluid angesaugt. Dabei entsteht ein Unterdruck von etwa 0,8 bar, obgleich bei derartiger baulicher Ausgestaltung ein Unterdruck von etwa 0,2 bar ausreichen würde, um das Fluid in den Pumpkammervolumenbereich18 zu fördern. Dieser vergleichsweise starke Unterdruck führt vor allem bei leicht siedenden Kraftstoffen, wie z. B. Benzin, zur Gasblasenbildung in dem über die Einlassöffnungen20 einströmenden Fluid bzw. Kraftstoff. Dies wiederum führt zu einer undefinierten Förderrate, da die tatsächlich bei einem Förderhub ausgestoßene Kraftstoffmenge bedingt durch die Gasblasenbildung variiert. Dies wiederum kann die Betriebscharakteristik eines Heizgeräts, insbesondere dessen Heizleistung bzw. auch die Verbrennungsqualität und somit den Schadstoffausstoß, beeinflussen. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dosierpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff, bereitzustellen, welche bei baulich einfacher Ausgestaltung eine verbesserte Fördercharakteristik aufweist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Dosierpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff zu einem Fahrzeugheizgerät, umfassend einen Zylinder und einen in dem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben, wobei in dem Zylinder ein Pumpkammervolumenbereich vorgesehen ist zur Aufnahme eines bei einem Ausstoßhub des Kolbens durch wenigstens eine Auslassöffnung hindurch zu fördernden Fluids durch wenigstens eine Einlassöffnung hindurch während eines Einlasshubs, wobei der Auslassöffnung eine von zu förderndem Fluid nur in Auslassrichtung durchströmbare Auslasssperrventilanordnung zugeordnet ist.
- Dabei ist weiter vorgesehen, dass der Einlassöffnung eine von zu förderndem Fluid nur in Einlassrichtung durchströmbare Einlasssperrventilanordnung zugeordnet ist.
- Da bei dem erfindungsgemäßen Aufbau einer Dosierpumpe für beide Förderrichtungen, also sowohl in Einlassrichtung, als auch in Auslassrichtung, durch das Bereitstellen jeweiliger Sperrventilanordnungen für definierte Druckverhältnisse gesorgt ist, wird eine bessere Kontrollierbarkeit der Druckverhältnisse insbesondere bei einem Einlass- bzw. Saughub gewährleistet. Dies vermeidet die Entstehung von Gasblasen insbesondere in leicht siedenden Fluiden, wie z. B. Benzin und erhöht mithin die Genauigkeit der bei jedem Auslasshub geförderten bzw. ausgestoßenen Fluidmenge.
- Die wenigstens eine Auslassöffnung kann in einer Zylinderumfangswand vorgesehen sein, wobei zur Weiterleitung des geförderten Fluids die wenigstens eine Auslassöffnung zu einem die Zylinderumfangswand wenigstens bereichsweise umgebenden Auslassströmungsraum führen kann. Es lässt sich auf diese Art und Weise für den Auslassstrom ein vergleichsweise großer Strömungsquerschnitt mit einer entsprechend reduzierten Drosseleigenschaft erreichen.
- Bei einer baulich sehr einfach realisierbaren und ebenfalls hinsichtlich der Bereitstellung des größtmöglichen Strömungsquerschnitts im Auslassbereich vorteilhaften Variante kann vorgesehen sein, dass die Zylinderumfangwand den Auslassströmungsraum radial innen wenigstens in einem Umfangsbereich begrenzt.
- Insbesondere dann, wenn die wenigstens eine Auslassöffnung in einer Zylinderumfangswand vorgesehen ist, kann die Auslasssperrventilanordnung in baulich einfacher, gleichwohl kompakter Weise dadurch bereitgestellt werden, dass diese in Zuordnung zu der wenigstens einen Auslassöffnung ein elastisch verformbares und gegen eine Außenumfangsfläche der Zylinderumfangswand gepresstes Ventilorgan umfasst. Dies ist ein Aspekt, welcher in Verbindung mit dem Vorsehen einer Einlasssperrventilanordnung besondere Vorteile entwickelt, grundsätzlich aber auch unabhängig vom Vorsehen einer Sperrventilanordnung am Einlass eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Auslasssperrventilanordnung angibt.
- Dabei kann bei baulich einfacher Ausgestaltung eine vergleichsweise starke Vorspannung des Ventilorgans dadurch gewährleistet werden, dass das Ventilorgan die Zylinderumfangswand in einem wenigstens eine Auslassöffnung aufweisenden Längenabschnitt umgibt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Ventilorgan einen elastisch verformbaren Ventilring umfasst.
- Um bei diesem Ventilorgan einerseits die erforderliche Elastizität bereitstellen zu können, dieses andererseits aber im Wesentlichen auch unempfindlich gegen verschiedenste zu fördernde Fluide zu gestalten, wird vorgeschlagen, dass das Ventilorgan mit Gummi- oder gummiartigem Material aufgebaut ist.
- Bei einer hinsichtlich der Bauraumausnutzung besonders effizienten Ausgestaltungsvariante kann vorsehen, dass das Ventilorgan im Auslassströmungsraum angeordnet ist.
- Die Einlassöffnung kann in einer den Pumpkammervolumenbereich begrenzenden Bodenwand vorgesehen sein, wobei weiterhin zum Vermeiden von Anschlagstößen in den Zylinder ein durch den Kolben oder/und das Fluid verformbares Element vorgesehen sein kann.
- Bei einer auf Grund ihres einfachen Aufbaus und ihrer Betriebssicherheit vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Einlasssperrventilanordnung ein durch ein Vorspannelement in Anlage an einem Ventilsitz vorgespanntes Ventilorgan umfasst.
- Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigt:
-
1 eine Längsschnittansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Dosierpumpe; -
2 eine der1 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäß aufgebauten Dosierpumpe mit am Ende eines Einlasshubs positioniertem Kolben; -
3 die Dosierpumpe der2 mit am Ende eines Auslasshubs positioniertem Kolben; -
4 eine Detailansicht der Dosierpumpe der3 im Bereich eines Kolbenendes bzw. eines Pumpkammervolumenbereichs. - Nachfolgend wird mit Bezug auf die
2 bis4 der Aufbau einer erfindungsgemäßen Dosierpumpe bzw. deren Betriebsweise detailliert erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Aufbau in grundsätzlichen Aspekten mit dem vorangehend mit Bezug auf die1 beschriebenen Aufbau übereinstimmt, so dass zum Teil auch auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen werden kann. Insbesondere sind Komponenten, welche vorangehend beschriebenen Komponenten hinsichtlich Aufbau bzw. Funktion entsprechen, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. - Bei dem in
2 dargestellten Aufbau der erfindungsgemäßen Dosierpumpe10 ist der Kolben16 in einem Zylinder14 bzw. einem von der Zylinderumfangswand12 umgebenen Volumenbereich in Richtung der Längsachse L hin- und herbewegbar. Bei Bewegung in den in2 dargestellten Zustand, in welchem der Kolben16 sich am Ende eines Einlasshubs befindet, nimmt das freie, d. h. nicht vom Kolben16 belegte, Volumen des Pumpkammervolumenbereichs18 zu. Dadurch entsteht in diesem Pumpkammervolumenbereich18 ein Unterdruck. Dieser Unterdruck führt dazu, dass das zu fördernde Fluid, also insbesondere Kraftstoff, über den Einlassstutzen32 und eine darin vorgesehene Einlasssperrventilanordnung44 in Richtung Einlassöffnung20 strömt, welche zum Pumpkammervolumenbereich18 offen ist. Die Einlassöffnung20 ist hier in einem Bodenbereich46 vorgesehen, welcher den Pumpkammervolumenbereich18 in axialer Richtung begrenzt. An diesem Bodenbereich46 kann ein die Einlassöffnung20 umgebendes, ringartig ausgebildetes, elastisch verformbares Anschlagelement48 vorgesehen sein, welches auch kompressibel sein kann und für einen elastischen Endanschlag des Kolbens16 bei einem Auslasshub sorgt. - Die Einlasssperrventilanordnung
44 umfasst ein kugelartig ausgebildetes Ventilorgan50 , welches unter der Vorspannwirkung einer Feder52 gegen einen beispielsweise kegelstumpfartig ausgebildeten Ventilsitz54 gepresst ist. Die Vorspannlast der Vorspannfeder52 kann abgestimmt sein auf den bei einem Einlasshub im Pumpkammervolumenbereich18 erforderlichen Unterdruck. - In der Zylinderumfangswand
12 sind in Umfangsrichtung verteilt vorzugsweise mehrere Auslassöffnungen56 vorgesehen. Diese sind zu einem die Zylinderumfangswand12 in Umfangsrichtung vorzugsweise vollständig umgebenden, somit also ringartig ausgebildeten Auslassströmungsraum58 offen. Dieser Auslassströmungsraum58 ist in radialer Richtung begrenzt zwischen einer Außenumfangsfläche60 der Zylinderumfangswand12 und einer Innenumfangsfläche62 eines die Zylinderwand12 in ihrem axialen Endbereich tragenden Gehäuseteils64 . Der Auslassströmungsraum58 ist in seinem den Auslassöffnungen56 nahen axialen Endbereich durch einen ringartig erweiterten Endbereich des die Zylinderumfangswand12 bereitstellenden Bauteils begrenzt. In seinem anderen axialen Endbereich ist der Auslassströmungsraum58 zu einem auch von der Elektromagnetspule36 umgebenen Volumen64 offen, welches wiederum in Verbindung mit einem im Auslassstutzen24 gebildeten Ausströmkanal66 steht. - In dem in
2 dargestellten Zustand, in welchem der Kolben16 am Ende eines Einlasshubs, also maximal aus dem Zylinder14 heraus bewegt ist, kann der Kolben16 über ein elastisches Anschlagselement68 am Auslassstutzen24 anliegen und somit den Ausströmkanal66 desselben auch abschließen. Diesen Zustand nimmt der Kolben16 zusammen mit dem daran festgelegten Anker38 bedingt durch die in Richtung Einlasshub vorspannende Vorspannfeder40 ein. - Um bei einem derartigen Einlasshub sicherzustellen, dass einerseits durch die Abnahme des freien Volumens des Volumenbereichs
64 darin enthaltenes Fluid über den Auslassstutzen24 ausgestoßen wird, andererseits ein Zurückströmen des Fluids über die Auslassöffnungen46 in den Pumpkammervolumenbereich18 verhindert wird, ist eine Auslasssperrventilanordnung22 vorgesehen. Diese umfasst ein vorzugsweise ringartig ausgebildetes und die Zylinderumfangswand12 an seiner Außenumfangsfläche60 dort, wo die Auslassöffnungen46 gebildet sind, umgebendes, elastisch verformbares Ventilorgan70 . Dieses beispielsweise aus Gummi oder gummiartigem Material ausgebildete Ventilorgan70 stützt sich beispielsweise axial mit einem ringartig erweiterten Bereich an einem entsprechend ringartig erweiterten Bereich des die Zylinderumfangswand12 bereitstellenden Bauteils ab und liegt vorzugsweise unter seiner eigenen Vorspannung an der Außenumfangsfläche60 der Zylinderumfangswand12 insbesondere in dem die Auslassöffnungen56 umgebenden Oberflächenbereich an. Durch den bei einem Einlasshub im Volumenbereich64 weiter ansteigenden Fluiddruck wird das Ventilorgan70 zusätzlich zu seiner eigenen Vorspannwirkung noch verstärkt gegen die Außenumfangsfläche60 der Zylinderumfangswand12 gepresst. - Gleichzeitig entsteht ein diesen Effekt noch unterstützender Unterdruck in dem Pumpkammervolumenbereich
18 , welcher zur Folge hat, dass unter Überwindung der Vorspannkraft der Vorspannfeder52 das Ventilorgan50 der Einlasssperrventilanordnung44 vom Ventilsitz54 abhebt und somit Fluid in den Pumpkammervolumenbereich18 strömen kann. Diese Vorspannkraft der Vorspannfeder52 kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass das Ventilorgan50 beispielsweise bereits bei einem Unterdruck bzw. einer Druckdifferenz von 0,1 bar öffnet. - In dem durch die Vorspannwirkung der Vorspannfeder
40 erreichten Zustand ist gleichzeitig auch in einem Außerbetriebszustand die Dosierpumpe10 an der Auslassseite dicht abgeschlossen. Gleichzeitig definiert die Anlagewechselwirkung zwischen dem Kolben16 bzw. dem daran vorgesehenen elastischen Element68 und dem Auslassstutzen24 die bei jedem Förderhub aus dem Pumpkammervolumenbereich18 ausgestoßene Fördermenge. Hierzu kann der Einlassstutzen24 bzw. der den Anschlag für den Kolben16 bzw. das elastische Element60 bereitstellende Bereich axial verlagerbar sein, beispielsweise durch Gewindeeingriff, um die Fördermenge der Dosierpumpe10 einzustellen. Nach erfolgter Einstellung kann dann eine Arretierung, beispielsweise durch Verklebung erfolgen, so dass nachfolgend im Betrieb eine Verstellung der Fördermenge nicht auftreten kann. - Bei einem nachfolgenden Förder- bzw. Ausstoßhub bewegt sich der Kolben
16 in die in3 dargestellte Positionierung. Dabei entsteht im Pumpkammervolumenbereich18 , der in dem einem Ende des Ausstoßhubs entsprechenden Zustand der3 vollständig mit dem Endbereich des Kolbens16 belegt ist, ein Überdruck. Die Einlasssperrventilanordnung44 schließt den Einlassstutzen32 ab, so dass Fluid unter Überwindung der Vorspannkraft des elastisch verformbaren Ventilorgans70 nur durch die Auslassöffnungen 56 zum Auslassströmungsraum58 und über diesen zum Volumenbereich64 strömen kann. Die dazu erforderliche Bewegung des Kolbens16 wird durch Erregung der Elektromagnetspule36 und deren magnetische Wechselwirkung mit dem am Kolben16 festgelegten Anker38 entgegen der Vorspannwirkung der Vorspannfeder40 hervorgerufen. - Nähert sich der Kolben
16 dem Ende des Ausstoßhubs an, so kommt dessen freies Ende72 in Anlage an dem elastischen Element48 am Bodenbereich46 . Dabei verformt sich das elastische Element48 und führt somit zu einem sanften Ende des Kolbenhubs. - Man erkennt aus den
2 bis4 , dass das Ventilorgan70 der Auslasssperrventilanordnung22 vollständig im ringartigen Auslassströmungsraum58 aufgenommen ist. Es muss kein zusätzlicher bzw. voluminöser Bauraum beispielsweise für ein federvorgespanntes, kugelartiges Ventilelement bereitgehalten werden. Mit einem einzigen ringartigen, elastisch verformbaren Ventilorgan70 wird es gleichwohl möglich, mehrere in Umfangsrichtung und ggf. auch axial zueinander in Abstand liegende Auslassöffnungen zu verschließen bzw. freizugeben. - Es ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich insbesondere im Bereich des elastischen Ventilorgans
70 verschiedenste Variationen möglich sind. So könnte dieses beispielsweise in seinem ringartig erweiterten axialen Endbereich74 mit die Zylinderumfangswand12 ringartig umgebender Struktur ausgebildet sein. Von diesem ringartig erweiterten Bereich74 könnten dort, wo an der Zylinderumfangswand12 Auslassöffnungen56 vorgesehen sind, axial abstehende Ventillappen ausgebildet sein, die lediglich den Umfangsbereich überdecken, in welchem eine Auslassöffnung56 vorgesehen ist bzw. welcher zum zuverlässigen Abschließen derselben bei einem Einlasshub zu überdecken ist. Auch derartige Ventillappen könnten unter ihrer eigenen Vorspannung an der Außenumfangsfläche60 der Zylinderumfangswand12 anliegen, welche selbstverständlich geringer wäre, als die durch ein auch im Bereich der Auslassöffnungen56 ringartig geschlossenes Ventilorgan. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004034231 B4 [0002]
Claims (12)
- Dosierpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff zu einem Fahrzeugheizgerät, umfassend einen Zylinder (
14 ) und einen in dem Zylinder (14 ) hin- und herbewegbaren Kolben (16 ), wobei in dem Zylinder (14 ) ein Pumpkammervolumenbereich (18 ) vorgesehen ist zur Aufnahme eines bei einem Ausstoßhub des Kolbens (16 ) durch wenigstens eine Auslassöffnung (56 ) hindurch zu fördernden Fluids durch wenigstens eine Einlassöffnung (20 ) hindurch während eines Einlasshubs, wobei der Auslassöffnung (56 ) eine von zu förderndem Fluid nur in Auslassrichtung durchströmbare Auslasssperrventilanordnung (22 ) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassöffnung (20 ) eine von zu förderndem Fluid nur in Einlassrichtung durchströmbare Einlasssperrventilanordnung (44 ) zugeordnet ist. - Dosierpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (
56 ) in einer Zylinderumfangswand (12 ) vorgesehen ist. - Dosierpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (
56 ) zu einem die Zylinderumfangswand (12 ) wenigstens bereichsweise umgebenden Auslassströmungsraum (58 ) führt. - Dosierpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderumfangswand (
12 ) den Auslassströmungsraum (58 ) radial innen wenigstens in einem Umfangsbereich begrenzt. - Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, oder dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasssperrventilanordnung (
22 ) in Zuordnung zu wenigstens einer Auslassöffnung (56 ) ein elastisch verformbares und gegen eine Außenumfangsfläche (60 ) der Zylinderumfangswand (12 ) gepresstes Ventilorgan (70 ) umfasst. - Dosierpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilorgan (
70 ) die Zylinderumfangswand (12 ) in einem wenigstens eine Auslassöffnung (56 ) aufweisenden Längenabschnitt umgibt. - Dosierpumpe nach Anspruch 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilorgan (
70 ) einen elastisch verformbaren Ventilring umfasst. - Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilorgan (
70 ) mit Gummi- oder gummiartigem Material aufgebaut ist. - Dosierpumpe nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilorgan (
70 ) im Auslassströmungsraum (58 ) angeordnet ist. - Dosierpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (
20 ) in einer den Pumpkammervolumenbereich (18 ) begrenzenden Bodenwand (46 ) vorgesehen ist. - Dosierpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zylinder (
14 ) ein durch den Kolben (16 ) oder/und das Fluid verformbares Element (48 ) vorgesehen ist. - Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasssperrventilanordnung (
44 ) ein durch ein Vorspannelement (52 ) in Anlage an einem Ventilsitz (54 ) vorgespanntes Ventilorgan (50 ) umfasst.
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