DE102018217176A1

DE102018217176A1 - Fluidpumpe, Wasserfördereinheit, Wassereinspritzsystem, Verbrennungsmotor und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018217176A1
Application number: DE102018217176.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Fischer; Rene Leygraf; Dirk Becker; Wolf Goetze
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2020-04-09
Anticipated expiration: 2038-10-09
Also published as: DE102018217176B4; WO2020074288A1

Abstract

Es wird eine Fluidpumpe 2 zur Förderung eines flüssigen Fluids vorgeschlagen, umfassend:- einen Elektromotor 4 und- eine durch den Elektromotor 4 angetriebene, ein Pumpenlaufrad 12 aufweisende Pumpenstufe 6.Dabei wird vorgeschlagen, ein erstes, als Ausgleichselement fungierendes elastisches Röhrchen 14 in einem Einlass E der Fluidpumpe 2und/oderein zweites, als Ausgleichselement fungierendes elastisches Röhrchen 16 in einem Auslass A der Fluidpumpe 2 anzuordnen.Das jeweilige Röhrchen 14, 16 kleidet dabei den Einlass E oder den Auslass A aus und nimmt eine sich im Einlass E oder Auslass A einstellende, vereisungsbedingte Ausdehnung des Fluids elastisch auf.Des Weiteren werden eine Wasserfördereinheit mit einer solchen Fluidpumpe, ein Wassereinspritzsystem mit einer solchen Wasserfördereinheit, ein Verbrennungsmotor mit einem solchen Wassereinspritzsystem sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidpumpe zur Förderung eines flüssigen Fluids. Die Erfindung betrifft ferner eine Wasserfördereinheit mit einer solchen Fluidpumpe und ein Wassereinspritzsystem mit einer solchen Wasserfördereinheit. Die Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor, der mit einem solchen Wassereinspritzsystem betrieben wird, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor.
Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches zum Betrieb mit einem flüssigen Kraftstoff versorgt werden muss, insbesondere aber Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge. Ferner kann es sich beim Fahrzeug auch um ein teilelektrisches Fahrzeug handeln, insbesondere aber um Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von Wasser im Sinne eines Additivs zur Einspritzung in einen Verbrennungsmotor bekannt. Die Wassereinspritzung dient dabei der Verbrauchsreduktion sowie der Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors.
Bei der Wassereinspritzung geht es darum, die Verbrennungsluft weiter herunter zu kühlen, als das mit einem Ladeluftkühler eines aufgeladenen Verbrennungsmotors gelingt. Dabei wird vor allem bei hohen Drehzahlen ein Wassersprühnebel - z.B. in den Sammler eines Saugmoduls - eingespritzt, welcher infolge seiner Verdunstung die Verbrennungsluft herunterkühlt, bevor sie in einen Zylinder strömt. Insbesondere in den heutigen Zeiten des „Downsizings“ ist das sinnvoller denn je.
Aus den beiden Druckschriften WO 2012/045 452 und EP 2 789 839 A2 ist je ein Betriebsverfahren einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem Wasser in einen Brennraum eingespritzt wird.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, der Problematik einer Wasservereisung in einer zu diesem Zweck verwendeten Wasserpumpe zu begegnen.
Diese Aufgabe wird durch eine gemäß Anspruch 1 unter Schutz gestellte Fluidpumpe gelöst. Es wird ferner eine Verwendung einer solchen Fluidpumpe als Wasserpumpe einer Wasserfördereinheit vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 7). Des Weiteren werden eine Wasserfördereinheit, ein Wassereinspritzsystem, ein Verbrennungsmotor sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Ansprüche 8 bis 11) . Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Unter einer vereisungsbedingten Ausdehnung des Fluids ist der Eisgang des Fluids zu verstehen, der sich außerhalb eines Betriebs der Fluidpumpe bei entsprechend tiefen Temperaturen bildet.
Unter einem flüssigen Fluid ist dabei in erster Linie Wasser zu verstehen. Grundsätzlich aber eignet sich die vorgeschlagene Fluidpumpe auch zur Förderung einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem (Abgasreinigungsverfahren → SCR-Verfahren; SCR = Selective Catalytic Reduction). Eine solche Harnstoff-Wasser-Lösung ist unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich. Dabei kann es sich z.B. um eine 32,5%ige Harnstoff-Wasser-Lösung handeln, die als solche bei ca. -11°C einfriert.
Das vorgeschlagene Ausgleichselement wirkt im Sinne eines Einfrierschutzelements, welches zur Sicherung eines Betriebs der Fluidpumpe beiträgt.
Dabei wird vorgeschlagen, das Röhrchen als formstabiles Schaumelement auszubilden.
Ferner wird vorgeschlagen, ein Pumpenstufengehäuse mit einem Deckel vorzusehen, wobei ein Pumpenstufengehäuseteil und der Deckel eine Aufnahme des Pumpenlaufrades bilden.
Dabei wird vorgeschlagen, den Einlass der Fluidpumpe am Pumpenstufengehäuseteil und den Auslass der Fluidpumpe am Deckel auszubilden.
Das Pumpenlaufrad kann dabei in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades und/oder eines Peripheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet sein.
Zur Kosten und Gewichtseinsparung kann die Pumpenstufe vorteilhafterweise zumindest ein aus einem Kunststoff gespritztes Element aufweisen.
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen, teilweise schematisiert:

1 eine vorgeschlagene Wasserpumpe in einer ersten und zweiten perspektivischen Darstellung und
2 die in 1 gezeigte Wasserpumpe in einer Schnittdarstellung.

Die Wasserpumpe 2 ist Teil einer Wasserfördereinheit zur Verwendung in einem Wassereinspritzsystem, welches wiederum zur Einspritzung von Wasser - das kann z.B. destilliertes und/oder demineralisiertes Wasser oder auch nur Wasser sein - in einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Wasserfördereinheit ist dabei an einem Wassertank angeordnet, der als solcher je nach Konstruktion des Fahrzeugs an verschiedenen Stellen untergebracht sein kann, etwa in einer Reserverad-Mulde eines Koffer- raums.
Die Wasserpumpe 2 umfasst einen als Trockenläufer und Innenläufer ausgebildeten Elektromotor 4 sowie eine durch diesen Elektromotor 4 angetriebene Pumpenstufe 6 in Gestalt einer Strömungspumpenstufe, welche ein Pumpenlaufrad 12 in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades umfasst. Grundsätzlich kann aber das Pumpenlaufrad 12 in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades und/oder eines Peripheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet sein. Ein einen Rotor umschließender Stator des Elektromotors 4 ist dabei mit der Pumpenstufe 6 formschlüssig gefügt (vgl. 2) .
Die Pumpenstufe 6 ist in einem Bereich eines pumpenseitigen, sich in die Pumpenstufe 6 bis durch das Pumpenlaufrad 12 erstreckenden Wellenendes des Rotors mittels einer z.B. dreiteiligen Dichtung gegenüber dem Elektromotor 4 abgedichtet.
Alternativ zu einer solch mehrteiligen Dichtung können grundsätzlich auch sogenannte Rundschnurringe verwendet werden, etwa auch als Bestandteil einer zwei- oder mehrteiligen Dichtung. Solche Rundschnurringe sind im Gegensatz zu Elastomer-O-Ringen aus einer Rundschnur gefertigte und stoßgeklebte bzw. stoßvulkanisierte Dichtringe. Die Rundschnur kann dabei extrudiert sein. Dadurch ergibt sich zwangsläufig eine Stoßstelle am Umfang, an welcher die Enden der Rundschnur verklebt bzw. vulkanisiert werden.
Die Strömungspumpenstufe 6 umfasst ferner ein den Deckel 10 aufweisendes Pumpenstufengehäuse, wobei ein Pumpenstufengehäuseteil 8 mit dem Deckel 10 gefügt ist. Das Pumpenstufengehäuseteil 8 und der Deckel 10 bilden dabei eine Aufnahme des Pumpenlaufrades 12. Ein Einlass E der Wasserpumpe 2 bzw. der Pumpenstufe 6 ist dabei an einem Abschnitt 9 des Pumpenstufengehäuseteils 8 angeformt, wohingegen ein Auslass A der Wasserpumpe 2 bzw. der Pumpenstufe 6 an einem Abschnitt 11 des Deckels 10 angeformt ist.
Aus Fertigungsgründen wird ferner vorgeschlagen, das Pumpenstufengehäuseteil 8, den Deckel 10 sowie das Pumpenlaufrad 12 jeweils als ein gespritztes Kunststoffelement auszubilden. Dadurch werden Kosten und Gewicht eingespart.
Sowohl im Einlass E als auch im Auslass A ist jeweils ein Hohlkörper bzw. Einsatzelement in Gestalt eines Röhrchens 14, 16 klemmend eingesetzt, welches den Eingang E bzw. den Ausgang A abschnittsweise auskleidet. Die beiden Röhrchen 14, 16 sind dabei jeweils in Gestalt eines Zylinders ausgebildet. Die Querschnittsform des Zylinders kann dabei der eines Kreisrings entsprechen oder aber zumindest im Wesentlichen kreisringförmig sein. Die Röhrchen 14, 16 sind dabei aus einem formstabilen Schaumelement ausgebildet.
Das Schaumelement ist dabei aus einem formstabilen, geschlossenporigen, mit einem Gas gefüllten Schaummaterial ausgebildet, welches über eine Lebensdauer der Wasserpumpe 2 durch das flüssige Wasser sowie durch den Eisgang des Wassers reversibel verformbar ist. Das Schaummaterial ist ferner über die Lebensdauer der Wasserpumpe 2 dauerelastisch über alle Betriebstemperaturen der Wasserpumpe sowie über entsprechend tiefe Temperaturen, denen die Wasserpumpe außerhalb eines Betriebes der Wasserpumpe ausgesetzt sein kann und unter denen das Wasser in der Wasserpumpe gefriert. Das Schaummaterial ist ferner so beschaffen, dass weder das Gas aus dem Schaummaterial austritt noch das flüssige Wasser in das Schaummaterial eindiffundiert.
„Formstabil“ bedeutet dabei, dass das Schaummaterial im flüssigen Zustand des Wassers stets eine den jeweiligen Druckverhältnissen innerhalb des Eingangs E oder Ausgangs A entsprechende Form annimmt. Das Schaummaterial ist dabei in allen Arbeitsdruckbereichen der Wasserpumpe formstabil. Auch nach einer Stauchung bzw. Verformung durch den besagten Eisgang und nachdem sich das Wasser verflüssigt hat, nimmt das Schaummaterial wieder eine solche Form an.
Die beiden Röhrchen 14, 16 fungieren dabei im Sinne von Einfrierschutzelementen und tragen zur Sicherung eines Betriebs der Wasserpumpe 2 bei, indem sie einen sich im Einlass E bzw. Auslass A, außerhalb eines Betriebs der Wasserpumpe 2 einstellenden Eisgang des Wassers elastisch aufnehmen.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/045452 [0005]
EP 2789839 A2 [0005]

Claims

Fluidpumpe (2) zur Förderung eines flüssigen Fluids, umfassend: einen Elektromotor (4) und eine durch den Elektromotor (4) angetriebene, ein Pumpenlaufrad (12) aufweisende Pumpenstufe (6), wobei ein erstes, als Ausgleichselement fungierendes elastisches Röhrchen (14) in einem Einlass (E) der Fluidpumpe (2) und/oder ein zweites, als Ausgleichselement fungierendes elastisches Röhrchen (16) in einem Auslass (A) der Fluidpumpe (2) angeordnet ist/sind, wobei das jeweilige Röhrchen (14, 16) den Einlass (E) oder den Auslass (A) auskleidet und eine sich im Einlass (E) oder Auslass (A) einstellende, vereisungsbedingte Ausdehnung des Fluids elastisch aufnimmt.
Fluidpumpe (2) nach Anspruch 1, wobei das Röhrchen (14, 16) als formstabiles Schaumelement ausgebildet ist.
Fluidpumpe (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pumpenstufe (6) ein Pumpenstufengehäuse mit einem Deckel (10) aufweist, wobei ein Pumpenstufengehäuseteil (8) und der Deckel (10) eine Aufnahme des Pumpenlaufrades (12) bilden.
Fluidpumpe (2) nach Anspruch 3, wobei der Einlass (E) am Pumpenstufengehäuseteil (10) und der Auslass (A) am Deckel (10) ausgebildet sind.
Fluidpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Pumpenlaufrad (12) in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades und/oder eines Peripheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet ist.
Fluidpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Pumpenstufe (6) zumindest ein aus einem Kunststoff gespritztes Element (8, 10, 12) aufweist.
Verwendung einer Fluidpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Wasserpumpe einer Wasserfördereinheit.
Wasserfördereinheit zur Verwendung in einem Wassereinspritzsystem zur Einspritzung von Wasser in einen Verbrennungsmotor, wobei die Wasserfördereinheit eine Fluidpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
Wassereinspritzsystem zur Einspritzung von Wasser in einen Verbrennungsmotor, wobei das Wassereinspritzsystem eine Wasserfördereinheit nach Anspruch 8 aufweist.
Verbrennungsmotor mit einem Wassereinspritzsystem nach Anspruch 9.
Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 10.