DE102018217178A1

DE102018217178A1 - Fluidpumpe, Wasserfördereinheit, Wassereinspritzsystem, Verbrennungsmotor und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018217178A1
Application number: DE102018217178.5A
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
Also published as: WO2020074432A1

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.Der Elektromotor 4 ist dabei als Trockenläufer ausgebildet. Die Pumpenstufe 6 ist dabei in einem Bereich eines pumpenseitigen, sich in die Pumpenstufe 6 bis durch das Pumpenlaufrad 12 erstreckenden Wellenendes 5 eines Rotors des Elektromotors 4 mittels einer Dichtung gegenüber dem Elektromotor 4 abgedichtet.Dabei wird vorgeschlagen, an der Pumpenstufe 6, angrenzend an den Elektromotor 4, einen Wasserabfluss 16 mit zumindest einem Schlitz 18 zur Abführung von über die Dichtung hinaustretendem Fluid auszubilden, um einer Undichtheit der Dichtung zu begegnen.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 Betriebs-verfahren einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem Wasser in einen Brennraum eingespritzt wird.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, einen Trockenlauf eines eine Pumpenstufe antreibenden Elektromotors zu gewährleisten.
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 9). Des Weiteren werden eine Wasserfördereinheit, ein Wassereinspritzsystem, ein Verbrennungsmotor sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Ansprüche 10 bis 13) . Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im Falle einer z.B. alterungsbedingten Undichtheit der Pumpenstufe stellt der vorgeschlagene Wasserabfluss sicher, dass ein über die Dichtung hinaustretendes Fluid entsprechend abfließen kann. Der Trockenlauf des Elektromotors wird dadurch sichergestellt . Indem der vorgeschlagene Wasserabfluss Leckagen abführt, schützt er den Elektromotor vor Korrosion.
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.
In einer Ausführungsform umfasst der Wasserabfluss eine zum Elektromotor vorspringende, umlaufende Wandung, in welcher der zumindest eine Schlitz ausgebildet ist, über welchen das Fluid abfließen kann. Dabei können in der Wandung z.B. zwei, drei oder mehr Schlitze vorgesehen sein, über welche das Fluid abfließen kann.
Der Schlitz/die Schlitze kann/können dabei derart ausgebildet sein, dass er/sie das Fluid zumindest im Wesentlichen quer zu einer Längsrichtung der Anordnung abführt/abführen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Pumpenstufe ein Pumpenstufengehäuse mit einem Deckel aufweisen, wobei ein Pumpenstufengehäuseteil und der Deckel eine Aufnahme des Pumpenlaufrades bilden. Dabei sind ein Einlass der Fluidpumpe am Pumpenstufengehäuseteil und ein Auslass der Fluidpumpe am Deckel ausgebildet. Dabei kann der Wasserabfluss am Deckel ausgebildet sein.
Das Pumpenlaufrad kann 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:

1 eine vorgeschlagene, erste Wasserpumpe in einer ersten und zweiten perspektivischen Darstellung,
2 die in 1 gezeigte Wasserpumpe in einer Schnittdarstellung und
3 eine vorgeschlagene, zweite 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 Kofferraums.
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 5 des Rotors mittels einer z.B. dreiteiligen Dichtung 14 gegenüber dem Elektromotor 4 abgedichtet. Die Dichtung 14 umfasst dabei eine geschlossen umlaufende Dichtschale 14a, in welcher eine geschlossen umlaufende Dichtscheibe 14b und ein Stützelement 14c angeordnet sind. Die Dichtung 14 ist dabei in einen Pumpendeckel bzw. Deckel 10 eingepresst, durch den sich das Wellenende 5 in die Pumpenstufe 6 erstreckt. Die Dichtung 14 wirkt dabei gegenüber dem Deckel 10 statisch und gegenüber dem Wellenende 5 dynamisch dichtend.
Alternativ zu einer solch vorgeschlagenen, mehrteiligen Dichtung 14 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 weist ein Pumpenstufengehäuse mit dem Deckel 10 auf. Ein Pumpenstufengehäuseteil 8 ist dabei mit dem Deckel 10 gefügt, wobei das Pumpenstufengehäuseteil 8 und der Deckel 10 eine Aufnahme des Pumpenlaufrades 12 bilden. Ein Einlass E der Wasserpumpe 2 bzw. der Pumpenstufe 6 ist am Pumpenstufengehäuseteil 8 angeformt, wohingegen ein Auslass A der Wasserpumpe 2 bzw. der Pumpenstufe 6 am Deckel 10 angeformt ist.
Am Deckel 10 ist dabei, angrenzend an den Elektromotor 4, ein Wasserabfluss 16 angeformt, um einer Undichtheit der Dichtung 15 bzw. der Pumpenstufe 2 zu begegnen. Der Wasserabfluss 16 umfasst dabei eine zum Elektromotor 4 vorspringende, umlaufende Wandung 20, in welcher z.B. drei, gleichmäßig zueinander beabstandete, radial verlaufende Schlitze 18 vorgesehen sein können, über welche das aus der Pumpenstufe 2 hinaustretende Wasser quer zu einer Längsrichtung X - X der Wasserpumpe 2 abfließen kann. Die Wandung 20 bildet dabei eine Art Auffangwanne für das Wasser.
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.
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 der Elektromotor (4) als Trockenläufer ausgebildet ist, wobei die Pumpenstufe (6) in einem Bereich eines pumpenseitigen, sich in die Pumpenstufe (6) bis durch das Pumpenlaufrad (12) erstreckenden Wellenendes (5) eines Rotors des Elektromotors (4) mittels einer Dichtung gegenüber dem Elektromotor (4) abgedichtet ist und wobei an der Pumpenstufe (6), angrenzend an den Elektromotor (4), ein Wasserabfluss (16) mit zumindest einem Schlitz (18) zur Abführung von über die Dichtung hinaustretendem Fluid ausgebildet ist, um einer Undichtheit der Pumpenstufe (6) zu begegnen.
Fluidpumpe (2) nach Anspruch 1, wobei der Wasserabfluss (16) eine zum Elektromotor (4) vorspringende, umlaufende Wandung (20) umfasst, in welcher der zumindest eine Schlitz (18) ausgebildet ist, über welchen das Fluid abfließt.
Fluidpumpe (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schlitz (18) derart ausgebildet ist, dass er das Fluid zumindest im Wesentlichen quer zu einer Längsrichtung (X - X) der Fluidpumpe (2) abführt.
Fluidpumpe (2) nach Anspruch 2 oder 3, wobei in der Wandung (20) zumindest zwei oder drei Schlitze (18) vorgesehen sind, über welche das Fluid abfließt.
Fluidpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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, wobei ein Einlass (E) der Fluidpumpe (2) am Pumpenstufengehäuseteil (8) und ein Auslass (A) der Fluidpumpe (2) am Deckel (10) ausgebildet sind.
Fluidpumpe (2) nach Anspruch 5, wobei der Wasserabfluss (16) am Deckel (10) ausgebildet ist.
Fluidpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Pumpenlaufrad (12) in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades und/oder eines Peripheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet ist.
Fluidpumpe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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 8 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 8 aufweist.
Wassereinspritzsystem zur Einspritzung von Wasser in einen Verbrennungsmotor, wobei das Wassereinspritzsystem eine Wasserfördereinheit nach Anspruch 10 aufweist.
Verbrennungsmotor mit einem Wassereinspritzsystem nach Anspruch 11.
Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 12.