DE102018217177A1 - Fluid pump, water delivery unit, water injection system, internal combustion engine and vehicle - Google Patents
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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 14 aufweisende Pumpenstufe 6.Die Fluidpumpe 2 weist ferner ein elektrisches Steuerventil 8 auf, welches einen Zulauf 16, 17, 18 zu einem Auslass A der Fluidpumpe 2 bedarfsweise öffnet oder schließt.Das Steuerventil 8 umfasst dabei einen stellbaren Ventilkörper 20, welcher in einer Schließstellung des Steuerventils 8 mittels eines Ausgleichselements in Gestalt einer Feder 22 gegen einen Ventilsitz 24 im Zulauf 16, 17, 18 elastisch vorgespannt ist.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.A fluid pump 2 for conveying a liquid fluid is proposed, comprising: an electric motor 4 and a pump stage 6 driven by the electric motor 4 and having a pump impeller 14. The fluid pump 2 also has an electric control valve 8 which has an inlet 16, 17, 18 to an outlet A of the fluid pump 2 opens or closes as required. The control valve 8 comprises an adjustable valve body 20 which, in a closed position of the control valve 8, by means of a compensating element in the form of a spring 22 against a valve seat 24 in the inlet 16, 17, 18 is elastically pre-tensioned. Furthermore, a water delivery unit with such a fluid pump, a water injection system with such a water delivery unit, an internal combustion engine with such a water injection system and a vehicle with such an internal combustion engine are proposed.
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.The invention relates to a fluid pump for conveying a liquid fluid. The invention further relates to a water delivery unit with such a fluid pump and a water injection system with such a water delivery unit. The invention further relates to an internal combustion engine that is operated with such a water injection system, and a vehicle with such an internal combustion engine.
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.A vehicle is to be understood here to mean any type of vehicle which must be supplied with a liquid fuel for operation, but in particular passenger cars and / or commercial vehicles. Furthermore, the vehicle can also be a partially electric vehicle, but in particular a passenger car and / or commercial vehicle.
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.The use of water in the sense of an additive for injection into an internal combustion engine is known from the prior art. The water injection serves to reduce consumption and to increase the performance of the internal combustion engine.
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.Water injection is about cooling the combustion air further than a charge air cooler in a supercharged internal combustion engine. A water spray is used especially at high speeds - e.g. into the collector of a suction module - which, due to its evaporation, cools down the combustion air before it flows into a cylinder. This is more sensible than ever, especially in today's times of downsizing.
Aus den beiden Druckschriften
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, der Problematik einer Wasservereisung in einer zu diesem Zweck verwendeten Wasserpumpe zu begegnen.One object of the invention is to address the problem of water icing in a water pump used for this purpose.
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 13) . Des Weiteren werden eine Wasserfördereinheit, ein Wassereinspritzsystem, ein Verbrennungsmotor sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Ansprüche 14 bis 17). Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a fluid pump placed under protection according to claim 1. The use of such a fluid pump as a water pump of a water delivery unit is also proposed and placed under protection (cf. claim 13). Furthermore, a water delivery unit, a water injection system, an internal combustion engine and a vehicle are proposed and placed under protection (see
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.An icing-related expansion of the fluid is to be understood as the icing of the fluid, which forms outside of an operation of the fluid pump at correspondingly low temperatures.
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.A liquid fluid is to be understood primarily as water. In principle, however, the proposed fluid pump is also suitable for conveying a urea-water solution for use in an exhaust gas cleaning system (exhaust gas cleaning method → SCR method; SCR = Selective Catalytic Reduction). Such a urea-water solution is available under the trade name AdBlue®. It can e.g. a 32.5% urea-water solution that freezes as such at approx. -11 ° C.
Die als Ausgleichselement fungierende Feder verhindert, dass das Steuerventil durch den Eisgang beschädigt wird. Somit stellt die Feder im Sinne eines Einfrierschutzelements die Funktionsfähigkeit des Steuerventils sicher.The spring acting as a compensating element prevents the control valve from being damaged by the ice. The spring thus ensures the functionality of the control valve in the sense of a freeze protection element.
Dabei wird vorgeschlagen, das Steuerventil bei einer Förderung des Fluids in Richtung des Auslasses der Fluidpumpe nicht zu bestromen bzw. unbestromt zu belassen, wobei das Steuerventil aufgrund eines gegen eine Federvorspannkraft wirkenden Förderdrucks im Zulauf passiv öffnet.It is proposed that the control valve should not be supplied with current or be de-energized when the fluid is being conveyed in the direction of the outlet of the fluid pump, the control valve opening passively in the inlet due to a supply pressure acting against a spring biasing force.
Es wird ferner vorgeschlagen, lediglich bei einer Förderung des Fluids in Richtung eines Einlasses der Fluidpumpe das Steuerventil zu bestromen, um den Zulauf zum Auslass aktiv zu öffnen. Eine derartige Ansteuerung des Steuerventils ermöglicht eine größtmögliche Energieeinsparung.It is also proposed to energize the control valve only when the fluid is conveyed in the direction of an inlet of the fluid pump in order to actively open the inlet to the outlet. Such control of the control valve enables the greatest possible energy saving.
Ferner wird vorgeschlagen, dass sich an ein dem Ventilsitz abgewandtes Ende des Verschlussteils ein Führungselement anschließt, welches mit der Feder zusammenwirkt. Das Führungselement kann dabei in einer Aufnahme geführt sein, die als solche in der Pumpenstufe und/oder in einem Gehäuseteil des Steuerventils ausgebildet ist.It is further proposed that a guide element, which cooperates with the spring, adjoins an end of the closure part facing away from the valve seat. The guide element can be guided in a receptacle which is designed as such in the pump stage and / or in a housing part of the control valve.
Das Verschlussteil - das als solches als Gummielement und/oder Kunststoffelement ausgebildet sein kann - weist eine geschlossen umlaufende Dichtlippe auf, über welche das Verschlussteil gegenüber der Aufnahme des Verschlussteils radial abdichtet.The closure part - which can be designed as such as a rubber element and / or plastic element - has a closed circumferential sealing lip, via which the closure part seals radially from the receptacle of the closure part.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Pumpenstufe ein Pumpenstufengehäuse mit einem Deckel auf, 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.In one embodiment of the invention, the pump stage has a pump stage housing with a cover, a pump stage housing part and the cover forming a receptacle for the pump impeller. It is proposed to admit the Form the fluid pump on the pump stage housing part and the outlet of the fluid pump on the cover.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahme des Verschlussteils nebst ihres Ventilsitzes im Deckel ausgebildet.In a further embodiment of the invention, the receptacle of the closure part is formed in the lid together with its valve seat.
Das Pumpenlaufrad kann in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades und/oder eines Peripheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet sein.The pump impeller can be designed in the form of a side channel pump impeller and / or a peripheral channel pump impeller.
Zur Kosten und Gewichtseinsparung kann die Pumpenstufe vorteilhafterweise zumindest ein aus einem Kunststoff gespritztes Element aufweisen.To save costs and weight, the pump stage can advantageously have at least one element molded from plastic.
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 in1 gezeigte Wasserpumpe in einer Schnittdarstellung.
-
1 a proposed water pump in a first and second perspective view and -
2nd in the1 shown water pump in a sectional view.
Die Wasserpumpe
Die Wasserpumpe
Die Pumpenstufe
Die Wasserpumpe
Außerhalb eines Betriebes der Wasserpumpe
Bei einer Förderung des Wassers in Richtung des Auslasses
Gilt es hingegen die Förderrichtung des Wassers - etwa beim Abstellen eines Fahrzeugs - umzukehren, d.h. in Richtung eines Einlasses
Sofern eine solche Entleerung nicht erfolgt, weil ein Wassereinspritzsystem oder ein Motorsteuerungssystem die Entleerung nicht anfordert, hält das Steuerventil
An ein dem Ventilsitz
Die Strömungspumpenstufe
Aus Fertigungsgründen wird ferner vorgeschlagen, das Pumpenstufengehäuseteil
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, 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.Although exemplary embodiments have been explained in the preceding description, it should be pointed out that a large number of modifications are possible. In addition, it should be pointed out that the exemplary embodiments are only examples which are not intended to restrict the scope of protection, the applications and the structure in any way. Rather, the person skilled in the art is given a guideline for the implementation of at least one exemplary embodiment by the preceding description, it being possible for various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the described components, to be carried out without leaving the scope of protection as it is the claims and these equivalent combinations of features.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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