DE10311068A1

DE10311068A1 - Geräuscharme Flügelradpumpen

Info

Publication number: DE10311068A1
Application number: DE10311068A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Miura; Masaki Ikeya
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: DE10311068B4; US6733230B2; JP2003336591A; US20030175111A1

Abstract

Eine Flügelradpumpe weist einen Pumpenabschnitt auf, der eine erste Kammer (21) und eine zweite Kammer (22) definiert. Ein Flügelrad (10) ist drehbar innerhalb des Pumpenabschnitts angebracht. Das Flügelrad weist eine erste Kanalgruppe und eine zweite Kanalgruppe auf gegenüberliegenden Oberflächen auf. Die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe liegen der ersten Kammer und der zweiten Kammer jeweils gegenüber, so dass ein Fluid in die erste Kammer und die zweite Kammer eingesaugt und daraus abgegeben wird, wenn sich das Flügelrad dreht. Die Strömungen des aus der ersten und zweiten Kammer abgegebenen Fluids vereinigen sich am zusammenlaufenden Kanal (26), Pulsationen des aus der Pumpenkammer abgegebenen Fluids heben einander auf, wenn sich die Strömungen am zusammenlaufenden Kanal vereinigen.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldungen mit den Seriennummern 2002-069 149 und 2002-178 991, deren Inhalt hier durch Verweis eingeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flügelradpumpen einer Art, die als Westcopumpen, Fortpflanzungs- oder Reibungspumpen, Kaskadenpumpen und Umfangsströmungspumpen bekannt sind, die sich drehende Flügelräder aufweisen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Flügelradpumpen, die zur Verwendung als Kraftstoffpumpen für Fahrzeuge, z. B. Kraftfahrzeuge, geeignet sind.

Die Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 3-186 88 lehrt eine bekannte Westcopumpe, die ein Pumpengehäuse und ein Flügelrad umfasst, das drehbar innerhalb des Pumpengehäuses angebracht ist. Mehrere Kanäle sind im Außenumfang auf jeder Seite des Flügelrads geformt und in der Umfangsrichtung angeordnet. Das Pumpengehäuse definiert eine Pumpenkammer, die den Kanälen gegenüber liegt. Eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung sind in dem Pumpengehäuse definiert und stehen mit dem Pumpenkanal in Verbindung.

Im allgemeinen werden, wenn geräuscharme Pumpen gewünscht werden, aufgrund ihrer geräuscharmen Eigenschaften im Vergleich zu Verdrängungspumpen, z. B. Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen und Zykloidenpumpen, Westcopumpen gewählt. Wenn eine Pumpe betrieben wird, wird ein Fluid mit einer Druckpulsation aus der Pumpe abgegeben. Im Hinblick auf Westcopumpen erscheint eine Pulsation eines Fluids, das aus einer Westcopumpe abgegeben wird, als periodische Variation der Strömungsrate (als alternierende Komponente oder Variationskomponente), die einer gleichmäßigen Strömungsrate (einer linearen Komponente oder einer konstanten Komponente) überlagert wird. Daher können Westcopumpen verhältnismäßig geringe Geräusche im Vergleich zu Verdrängungspumpen, wie oben beschrieben, erzeugen.

Bekannte Westcopumpe erzeugen jedoch nach wie vor Geräusche aufgrund einer periodischen Variation in der Strömungsrate, die durch die Natur der Flügelräder hervorgerufen werden kann, die Flügelkanäle oder voneinander in der Umfangsrichtung beabstandete Flügel aufweisen.

Zusätzlich besteht aufgrund der kürzlich entstandenen Nachfrage hinsichtlich geräuscharmer Kraftfahrzeuge eine starke Nachfrage nach geräuscharmen Flügelradpumpen, die als Kraftstoffpumpen für Fahrzeuge verwendet werden.

Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Techniken zum Verringern oder Minimieren der Geräusche von Flügelradpumpen zu lehren.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehren werden Flügelradpumpen gelehrt, die mindestens eine Pumpenkammer aufweisen, die jeweils eine erste Kammer und eine zweite Kammer umfassen. Ein Flügelrad ist drehbar innerhalb der Pumpenkammer angebracht. Das Flügelrad weist eine erste Kanalgruppe und eine zweite Kanalgruppe auf gegenüberliegenden Oberflächen auf. Die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe liegen jeweils gegenüber der ersten Kammer und der zweiten Kammer, sodass ein Fluid in die erste und zweite Kammer eingesaugt wird, wenn sich das Flügelrad dreht. Die Strömungen des aus den Pumpenkammern abgegebenen Fluids weisen Pulsationen auf, die einander auslöschen, wenn die Fluidströmungen im zusammenlaufenden Kanal zusammengebracht werden.

Daher können Geräusche, die aufgrund von Pulsationen des Fluids erzeugt werden, verringert oder minimiert werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren können die Pulsationen des Fluids durch das Bestimmen der Relativpositionen der ersten Kanalgruppe und der zweiten Kanalgruppe in der Umfangsrichtung und/oder der Relativpositionen der Auslassöffnungen der ersten und zweiten Kammern aufgehoben werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren sind die Auslassöffnungen der ersten und zweiten Kammer in der gleichen Position in der Umfangsrichtung angebracht. Andererseits können die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe zueinander um einen Abstand versetzt sein, der einem Zwischenraum der Kanäle in der Umfangsrichtung geteilt durch die Anzahl der Kanalgruppen entspricht. Wenn die Pumpe beispielsweise eine einzige Pumpenkammer umfasst, können die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe zueinander um einen Abstand versetzt sein, der der Hälfte des Zwischenraums der Kanäle entspricht. Folglich können die Pulsationsphasen des Fluids aus der ersten und zweiten Kammer zueinander um eine zyklische Periode der Pulsationen geteilt durch die Anzahl der Kanalgruppen versetzt sein. Daher können sich die Pulsationen auslöschen, wenn die Strömungen des Fluids aus der ersten und zweiten Kammer am zusammenlaufenden Kanal zusammenströmen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren sind die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe in der gleichen Position in der Umfangsrichtung angeordnet. Andererseits sind die Auslassöffnungen der ersten und zweiten Kammer zueinander um einen Abstand versetzt, der einem Zwischenraum der Kanäle in der Umfangsrichtung geteilt durch die Anzahl der Kanalgruppen entspricht. Wenn beispielsweise die Pumpe eine einzige Pumpenkammer umfasst, können die Auslassöffnungen zueinander um einen Abstand versetzt sein, der der Hälfte des Zwischenraums der Kanäle entspricht. Folglich können die Phasen der Pulsation des Fluids aus der ersten und zweiten Kammer zueinander um eine zyklische Periode der Pulsationen geteilt durch die Anzahl der Kanalgruppen versetzt sein. Daher können sich die Pulsationen auslöschen, wenn die Strömungen des Fluids aus der ersten und zweiten Kammer in dem zusammenlaufenden Kanal zusammenlaufen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren können die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe zueinander in Umfangsrichtung versetzt sein. Zusätzlich können die Auslassöffnungen der ersten und zweiten Kammer ebenfalls zueinander versetzt sein. Der Abstand des Versatzes kann geeignet in Abhängigkeit von der Anzahl der Kanalgruppen bestimmt werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren stehen die erste Kammer und die zweite Kammer miteinander in Verbindung, so dass der Druck innerhalb der ersten Kammer und der Druck innerhalb der zweiten Kammer miteinander ausgeglichen werden können. Folglich können die Pulsationen in dem abgegebenen Fluid weiter verringert oder minimiert werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren ist das Fluid ein Kraftstoff, der einem Kraftfahrzeugmotor zugeführt wird. Daher kann die Pumpe als eine geräuscharme Kraftstoffpumpe gestaltet werden, die vorteilhaft in ein Kraftfahrzeug eingebaut wird, um Geräusche zu verringern.

Zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind direkt nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen zu verstehen, in denen:
Fig. 1(A) eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht eines Bereichs von einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Flügelradpumpe ist, der ein Flügelrad und ein Pumpengehäuse umfasst;
Fig. 1(B) ein Diagramm ist, das schematisch die Pulsation von Kraftstoff, der aus einer ersten Kammer ausgegeben wird, und die Pulsation von Kraftstoff, der aus einer zweiten Kammer der ersten beispielhaften Flügelradpumpe ausgegeben wird, zeigt;
Fig. 2(A) eine vergrößerte Draufsicht auf ein Gebiet des Flügelrads ist, das durch einen Pfeil IIA in Fig. 2(C) bezeichnet ist, des Flügelrads;
Fig. 2(B) eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIB-IIB aus Fig. 2(A) ist;
Fig. 2(C) eine Draufsicht auf das Flügelrad ist;
Fig. 3(A) eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Pumpenabschnitts ist;
Fig. 3(B) eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIIB-IIIB aus Fig. 3(A) ist;
Fig. 3(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIIC-IIIC aus Fig. 3(A) ist;
Fig. 4 eine vertikale Querschnittsansicht der Flügelradpumpe ist;
Fig. 5(A) ein Diagramm ist, das den gemessenen Druck des aus der ersten Kammer abgegebenen Kraftstoffs zeigt;
Fig. 5(B) ein Diagramm ist, das den den gemessenen Druck des aus der zweiten Kammer abgegebenen Kraftstoffs zeigt;
Fig. 5(C) ein Diagramm ist, das den den gemessenen Druck des Kraftstoffs am Abgabekanal oder in einem zusammenlaufenden Kanal zeigt;
Fig. 5(D) ein Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen einer Pulsationsamplitude und dem Verhältnis einer Querschnittsfläche eines Verbindungslochs zu einem Öffnungsgebiet einer Öffnung jedes der Kanäle des Flügelrads zeigt;
Fig. 6(A) eine vergrößerte vertikale Querschnittsansicht einer Modifikation der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 6(B) ein Diagramm ist, das schematisch eine Pulsation eines aus einer ersten Kammer ausgegebenen Kraftstoffs und eine Pulsation eines aus einer zweiten Kammer ausgegebenen Kraftstoffs gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe zeigt;
Fig. 7(A) eine vergrößerte Draufsicht auf ein Gebiet eines Flügelrads einer zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist, das durch einen Pfeil VIIA in Fig. 7(C) bezeichnet ist;
Fig. 7(B) eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIIB-VIIB aus Fig. 7(A) ist;
Fig. 7(C) eine Draufsicht auf das Flügelrad ist;
Fig. 8(A), 8(B), 8(C) und 8(D) Draufsichten auf Flügelräder gemäß Modifikationen der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe sind;
Fig. 9(A) ein Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen einer Pulsationsamplitude und einem Verhältnis der Anzahl der Verbindungslöcher zur Anzahl der in dem Flügelrad geformten Kanäle ist;
Fig. 9(B) ein Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen der Pulsationsamplitude und einem Verhältnis einer Querschnittsfläche eines Verbindungslochs zu einer Öffnungsfläche einer Öffnung jedes Kanals des Flügelrads ist;
Fig. 10(A) eine Draufsicht auf ein Flügelrad gemäß einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 10(B) eine vergrößerte Draufsicht auf ein Gebiet des in Fig. 10(A) gezeigten Flügelrads ist, das durch einen Pfeil XB in Fig. 10(A) bezeichnet ist;
Fig. 10(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XC-XC aus Fig. 10(B) ist;
Fig. 11(A) eine Draufsicht auf ein Flügelrad gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 11(B) eine vergrößerte Draufsicht auf ein Gebiet des in Fig. 11(A) gezeigten Flügelrads ist, das durch einen Fall XIB in Fig. 11(A) bezeichnet ist;
Fig. 11(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIC-XIC aus Fig. 11(B) ist;
Fig. 12(A) eine Draufsicht auf ein Flügelrad gemäß einer dritten Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 12(B) eine vergrößerte Draufsicht auf ein Gebiet des in Fig. 12(A) gezeigten Flügelrads ist, das durch einen Pfeil XIIB in Fig. 12(A) bezeichnet ist;
Fig. 12(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIIC-XIIC aus Fig. 12(B) ist;
Fig. 13(A) eine Draufsicht auf ein Flügelrad gemäß einer vierten Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 13(B) eine vergrößerte Draufsicht auf ein Gebiet der in Fig. 13(A) gezeigten Flügelradpumpe ist, das durch einen Pfeil XIIIB in Fig. 13(A) bezeichnet ist;
Fig. 13(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIIIC-XIIIC aus Fig. 13(B) ist;
Fig. 14(A) eine Draufsicht auf ein Flügelrad gemäß einer fünften Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 14(B) eine vergrößerte Draufsicht auf ein Gebiet des in Fig. 14(A) gezeigten Flügelrads ist, das durch einen Pfeil XIVB in Fig. 14(A) bezeichnet ist;
Fig. 14(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIVC-XIVC aus Fig. 14(B) ist;
Fig. 15(A) eine Draufsicht auf ein Flügelrad gemäß einer sechsten Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 15(B) eine vergrößerte Draufsicht auf ein Gebiet des in Fig. 15(A) gezeigten Flügelrads ist, das mit einem Pfeil XVB in Fig. 15(A) bezeichnet ist;
Fig. 15(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVC-XVC aus Fig. 15(B) ist;
Fig. 16(A) eine Draufsicht auf ein Flügelrad gemäß einer siebten Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 16(B) eine vergrößerte Draufsicht auf ein durch einen Pfeil XVIB in Fig. 16(A) bezeichnetes Gebiet des in Fig. 16(A) gezeigten Flügelrads ist;
Fig. 16(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIC-XVIC aus Fig. 16(B) ist;
Fig. 17(A) eine Draufsicht auf ein Flügelrad gemäß einer achten Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 17(B) eine vergrößerte Draufsicht auf ein mit einem Pfeil XVIIB in Fig. 17(A) bezeichnetes Gebiet des in Fig. 17(A) gezeigten Flügelrads ist;
Fig. 17(C) eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIIC-XVIIC in Fig. 17(B) ist;
Fig. 18(A) eine schematische Vertikalquerschnittsansicht eines Pumpenabschnitts einer dritten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 18(B) eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht des Pumpenabschnitts ist;
Fig. 18(C) ein Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen den Pulsationsphasen eines aus einer ersten Kammer und einem zweiten Pumpenkanals einer ersten Pumpenstufe abgegebenen Kraftstoffs und Pulsationsphasen eines aus einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer einer zweiten Pumpenstufe abgegebenen Kraftstoffs zeigt;
Fig. 19(A) eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht eines Pumpenabschnitts gemäß einer ersten Modifikation der dritten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 19(B) eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht eines Pumpenabschnitts gemäß einer zweiten Modifikation der dritten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist;
Fig. 20(A) eine schematische Vertikalquerschnittsansicht eines Pumpenabschnitts gemäß einer dritten Modifikation der dritten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist; und
Fig. 20(B) eine vergrößerte Vertikalquerschnittsansicht eines Bereichs ist, der ein zweites Flügelrad umfasst, gemäß der in Fig. 20(A) gezeigten Modifikation.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Lehren umfassen Flügelradpumpen ein Pumpengehäuse und ein innerhalb des Pumpengehäuses angebrachtes Flügelrad. Das Flügelrad kann zur Drehung um eine Rotationsachse angetrieben werden. Eine erste Kanalgruppe ist auf einer Seite des Flügelrads und eine zweite Kanalgruppe auf der anderen Seite des Flügelrads angebracht. Sowohl die erste als auch die zweite Kanalgruppe kann mehrere Kanäle umfassen, die in der Umfangsrichtung des Flügelrads angeordnet sind. Wenn sich das Flügelrad dreht, können die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe Pulsationen in dem abgegebenen Fluid erzeugen, wobei die Pulsationen die gleiche Zyklusdauer aufweisen.
Eine erste Kammer ist innerhalb des Pumpengehäuses definiert und weist eine erste Einlassöffnung und eine erste Auslassöffnung auf. Die erste Kammer liegt der ersten Kanalgruppe des Flügelrads gegenüber. Eine zweite Kammer kann innerhalb des Pumpengehäuses definiert sein und eine zweite Einlassöffnung und eine zweite Auslassöffnung aufweisen. Die zweite Kammer liegt der zweiten Kanalgruppe des Flügelrads gegenüber.
Ein Verbindungsloch kann innerhalb des Flügelrads definiert sein und sich zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer erstrecken.
Ein zusammenführender Kanal ist innerhalb des Pumpengehäuses definiert und steht mit der ersten Auslassöffnung und der zweiten Auslassöffnung in Verbindung, so dass das aus der ersten Auslassöffnung abgegebene Fluid und das aus der zweiten Auslassöffnung abgegebene Fluid im zusammenführenden Kanal zusammenlaufen.
Die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe können bezüglich einander in der Umfangsrichtung versetzt sein und/oder die erste Auslassöffnung der ersten Kammer und die zweite Auslassöffnung der zweiten Kammer können bezüglich einander in der Umfangsrichtung versetzt sein, so dass eine Pulsationsphase des aus der ersten Kammer abgegebenen Fluids relativ zu einer Pulsationsphase des aus der zweiten Kammer abgegebenen Fluids um die Hälfte der Zyklusdauer der Pulsationen versetzt ist.
Da die erste Kammer und die zweite Kammer miteinander über das Verbindungsloch in Verbindung stehen, sind der Druck des Fluids innerhalb der ersten Kammer und der Druck des Fluids innerhalb der zweiten Kammer im wesentlichen gleich. Zusätzlich können sich die Pulsationen des aus der ersten Kammer abgegebenen Fluids und die Pulsationen des aus der zweiten Kammer abgegebenen Fluids aufheben, wenn die Fluidströmungen im zusammenlaufenden Kanal zusammengeführt werden, da die Pulsationsphase des aus der ersten Kammer abgegebenen Fluids relativ zur Pulsationsphase des aus der zweiten Kammer abgegebenen Fluids um die Hälfte der Zyklusdauer der Pulsation, oder etwa 180°, versetzt ist. Folglich können Geräusche der Pumpen, die auf Pulsationen, zurückzuführen sind, verringert oder minimiert werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehren umfassen Pumpen mehrere Pumpenabschnitte. Jeder der Pumpenabschnitte umfasst ein innerhalb des Pumpengehäuses angebrachtes Flügelrad. Die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe auf beiden Seiten jedes Flügelrads können bezüglich einander in der Umfangsrichtung versetzt sein und/oder die erste Auslassöffnung der ersten Kammer und die zweite Auslassöffnung der zweiten Kammer können bezüglich einander in der Umfangsrichtung versetzt sein, so dass die Pulsationsphase des aus der ersten Kammer abgegebenen Fluids relativ zur Pulsationsphase des aus der zweiten Kammer abgegebenen Fluids um eine vorbestimmte Periode versetzt ist. Zusätzlich ist die erste Auslassöffnung der ersten Kammer von jedem der Pumpenabschnitte in der Umfangsrichtung relativ zur ersten Auslassöffnung der ersten Kammer des benachbarten Pumpenabschnitts versetzt, so dass die Pulsationsphasen des aus den ersten Kammern von zwei benachbarten Pumpenabschnitten abgegebenen Fluids im wesentlichen um die halbe Zyklusdauer versetzt sind.
Wenn daher die Pulsationsphase des aus der ersten Pumpenkammer für das Flügelrad der ersten Stufe abgegebenen Fluids als Referenz gewählt wird, sind die Pulsationsphase des aus der ersten Kammer für das Flügelrad der zweiten Stufe abgegebenen Fluids - und die Pulsationsphase des aus der ersten Kammer für das Flügelrad der n-ten Stufe abgegebenen Fluids - wiederum in Bezug aufeinander um eine halbe Zyklusdauer (180) versetzt.
Wenn in ähnlicher Weise die Pulsationsphase des aus der zweiten Kammer für das Flügelrad der ersten Stufe abgegebenen Fluids als Referenz gewählt wird, sind die Pulsationsphase des Fluids aus der zweiten Kammer für das Flügelrad der zweiten Stufe - und die Pulsationsphase des Fluids aus der zweiten Kammer für das Flügelrad der n-ten Stufe - wiederum zueinander um die Hälfte der Zyklusdauer (180°) versetzt.
Zusätzlich können die Pulsationsphase des Fluids aus der ersten Pumpenkammer und die Pulsationsphase des Fluids aus der zweiten Kammer jeder Stufe um eine vorbestimmte Dauer versetzt sein.
Daher können in jeder Stufe die Pulsation des Fluids aus der ersten Kammer und die Pulsation des Fluids aus der zweiten Kammer einander aufheben, wenn das Fluid an dem zusammenlaufenden Kanal zusammengeführt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehren kann ein Verbindungsloch gebildet werden, das sich zwischen einem der Kanäle der ersten Kanalgruppe und dem entsprechenden Kanal der zweiten Kanalgruppe erstreckt, die einander in der Axialrichtung gegenüber liegen, d. h. in der Richtung parallel zur Rotationsachse des Flügelrads.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehren kann das Verbindungsloch mit den axial gegenüberliegenden Kanälen an einem Innenrand oder Außenrand der Kanäle in radialer Richtung des Flügelrads in Verbindung stehen. Anderenfalls kann das Verbindungsloch in einer Position entfernt von dem inneren oder äußeren Rand der axial gegenüberliegenden Kanäle definiert sein und mit diesen Kanälen über zusätzliche Kanäle in Verbindung stehen, die sich an diese Kanäle anschließend ausgebildet sind.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehren ist das Verbindungsloch in einer Position vorgesehen, die nicht mit den Kanälen in Wechselwirkung tritt. Vorzugsweise ist das Verbindungsloch in einer Position benachbart zu einem Paar der axial einander gegenüberliegenden Kanäle vorgesehen. Beispielsweise ist das Verbindungsloch in einer Position benachbart zu inneren und äußeren Rändern der gegenüberliegenden Kanäle definiert.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehren sind die erste und zweite Kammer so konfiguriert, dass sie sich über das Verbindungsloch erstrecken.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehren sind mehrere Verbindungslöcher vorgesehen und stehen mit dem Paar der gegenüberliegenden Nuten in Verbindung oder stehen damit nicht in Verbindung. Vorzugsweise ist die Anzahl der Paare, der einander gegenüberliegenden Kanäle, die mit den entsprechenden Verbindungslöchern in Verbindung stehen, größer als die Anzahl der Paare der gegenüberliegenden Kanäle, die nicht mit den Verbindungslöchern in Verbindung stehen. Weiter bevorzugt ist, dass alle Kanäle auf einer Seite und der anderen Seite des Flügelrads miteinander über Verbindungslöcher in Verbindung stehen.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Lehren ist das Verhältnis der Querschnittsfläche des Verbindungslochs zur Öffnungsfläche jedes Kanals in einen Bereich von etwa 1%-70% festgelegt und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 3%-18%, so dass die Pulsation weiter verringert werden kann.
Jedes der zusätzlichen Merkmale und jede der oben und unten beschriebenen Lehren kann getrennt oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden, um verbesserte Flügelradpumpen vorzusehen und solche Flügelradpumpen zu verwenden. Repräsentative Beispiele der vorliegenden Erfindung, wobei die Beispiele viele dieser zusätzlichen Merkmale und Lehren sowohl einzeln als auch in Verbindung verwenden, werden nun im einzelnen unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung soll lediglich einem Fachmann weitere Einzelheiten zum Ausführen von bevorzugten Aspekten der vorliegenden Lehren geben und soll den Rahmen der Erfindung nicht begrenzen. Nur die Ansprüche definieren den Rahmen der beanspruchten Erfindung. Daher ist es möglich, dass Merkmalskombinationen und in der folgenden detaillierten Beschreibung beschriebene Schritte nicht erforderlich sind, um die Erfindung im breitesten Sinn auszuführen, und statt dessen lediglich gelehrt werden, um insbesondere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben. Ferner können die verschiedenen Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen und die abhängigen Ansprüche so kombiniert werden, wie es nicht im einzelnen aufgezählt ist, um zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Lehren vorzusehen.
Eine erste Ausführungsform der Flügelradpumpe wird nun unter Verweis auf Fig. 1(A) und 1(B), Fig. 2(A) bis 2(C), Fig. 3(A) bis 3(C), Fig. 4, Fig. 5(A) bis 5(D) und Fig. 6(A) und 6(B) beschrieben. Die erste Ausführungsform der Flügelradpumpe kann eine Westcopumpe sein und als Kraftstoffpumpe ausgestaltet sein, die in einem Fahrzeug angebracht ist, um einen Kraftstoff, z. B. Benzin, an einen Motor, z. B. einen Verbrennungsmotor, abzugeben. Insbesondere kann die erste Ausführungsform der Flügelradpumpe so gestaltet sein, dass sie innerhalb eines Kraftstofftanks des Kraftfahrzeugs angebracht ist.
Unter Verweis auf Fig. 4 umfasst die erste Ausführungsform der Flügelradpumpe einen Pumpenabschnitt 1 und einen Motorabschnitt 2. Der Motorabschnitt 2 kann ein Flügelrad 10 des Pumpenabschnitts 1 drehen.
Der Motorabschnitt 2 ist als Gleichstrombürstenmotor gestaltet und weist Magnete 3 und einen Anker 5 auf, die innerhalb eines im wesentlichen zylindrischen röhrenförmigen Pumpengehäuses 3 angeordnet sind. Der Anker 5 weist eine Welle 5a auf.
Eine Pumpenabdeckung 6 ist innerhalb eines ersten Endbereichs (unterer Endbereich betrachtet in Fig. 4) des Pumpengehäuses 3 angebracht. Ein Ende (unteres Ende betrachtet in Fig. 4) der Welle 5a des Ankers 5 ist drehbar durch das Pumpengehäuse 6 gelagert.
Eine Motorabdeckung 7 ist innerhalb eines zweiten Endbereichs (oberer Endbereich betrachtet in Fig. 4) des Pumpengehäuses 3 angebracht. Das andere Ende (oberes Ende betrachtet in Fig. 4) des Ankers 5 wird drehbar durch die Motorabdeckung 7 gelagert.
Eine Abgabeöffnung 8 kann innerhalb der Motorabdeckung 7 definiert werden, so dass ein Innenraum 2a innerhalb des Motorabschnitts 2 mit der Umgebung über die Abgabeöffnung 8 in Verbindung steht. Eine Kraftstoffabgabeleitung (nicht gezeigt) kann mit der Abgabeöffnung 8 verbunden werden, um den Kraftstoff einem Kraftfahrzeugmotor (nicht gezeigt), z. B. einer Verbrennungsmaschine, zuzuführen.
Der Motorabschnitt 2 ist so gestaltet, dass sich der Anker 5 drehen kann, wenn Strom einer Spule (nicht gezeigt) des Ankers 5 über Anschlüsse (nicht gezeigt) zugeführt wird, die auf der Motorabdeckung 7 montiert sind. Da ein Gleichstrommotor mit einem Anker, der sich durch die Zufuhr eines Stroms dreht, im Stand der Technik gut bekannt ist, ist eine detailliertere Erklärung des Motorabschnitts 2 nicht nötig. Zusätzlich kann der Motorabschnitt 2 durch jeden anderen bekannten Motor oder Antriebsmechanismus ersetzt werden, der sich hinsichtlich seiner Art vom Motorabschnitt 2 unterscheidet.
Der Pumpenabschnitt 1 der Ausführungsform der Flügelradpumpe wird nun beschrieben.
Bezugnehmend auf Fig. 3(A) weist der Pumpenabschnitt 1 ein einziges Flügelrad 10 auf, das innerhalb des Pumpengehäuses 6 angebracht ist. Das Pumpengehäuse 6 kann durch mehrere Gehäuseelemente gebildet werden, die, betrachtet in Fig. 3(A), voneinander in der Richtung nach oben und unten getrennt sind, d. h. in einer Axialrichtung der Welle 5a des Ankers 5. Die Gehäuseelemente können miteinander zusammengefügt werden, so dass sie einen Aufnahmeraum für das Flügelrad definieren.
Das Flügelrad 10 ist drehbar innerhalb des Aufnahmeraums für das Flügelrad angebracht. Vorzugsweise weist das Flügelrad 10 eine im wesentlichen scheibenartige Gestalt auf und weist eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke auf. Eine im wesentlichen D-förmiges Axialloch 10c kann in der Mitte des Flügelrads 10 geformt sein (siehe Fig. 2(C)). Die Welle 5a des Ankers 5 des Motorabschnitts 2 ist in Eingriff mit dem Axialloch 10c in der Rotationsrichtung, so dass sich das Flügelrad 10 um die Achse der Welle 5a dreht, wenn sich der Anker 5 dreht.
Bezugnehmend auf Fig. 2(A) bis 2(C) kann eine Gruppe von Kanälen 12 im Umfangsbereich auf sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des Flügelrads 10 geformt sein. Die Kanäle 11 auf sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des Flügelrads 10 können in gleichmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet sein. Mit anderen Worten, können die Kanäle 11 voneinander um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sein, so dass ein Flügel oder eine Lamelle zwischen zwei benachbarten Kanälen 11 definiert wird. Wie es jedoch in Fig. 2(B) gezeigt ist, ist die Gruppe der Kanäle 11 auf einer Seite, d. h. der oberen Fläche, des Flügelrads 10 um einen Abstand, der der Hälfte oder im wesentlichen der Hälfte des Abstands zwischen den Kanälen 11 entspricht, versetzt.
Wie es in Fig. 2(A) gezeigt ist, weist jeder der Kanäle 12 eine Öffnung 13 auf, die sich auf einer Seite des Flügelrads 10 in der Axialrichtung öffnet. Die Öffnung 13 kann durch einen Vorderrand 13f auf der Vorderseite in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10, einen Hinterrand 13b auf der Rückseite in der Rotationsrichtung, einen Innenrand 13e auf der inneren Seite in der Radialrichtung des Flügelrads 10 und einen äußeren Rand 13r auf der äußeren Seite in der Radialrichtung definiert werden. Die Ränder 13f, 13e, 13b und 13r können miteinander über gekrümmte Ränder 13a verbunden sein.
Sowohl der Vorderrand 13f als auch der Hinterrand 13b können einen inneren Teil (auf der Seite des Innenrands 13e) aufweisen, der sich im wesentlichen in Radialrichtung erstreckt. Zusätzlich können der Vorderrand 13f und der Hinterrand 13e einen Außenteil aufweisen (auf der Seite des Außenrands 13r), der in Richtung auf die Vorderseite in der Rotationsrichtung gekrümmt ist. Ferner weist jeder der Kanäle 12 eine Bodenwand 14 und eine Seitenwand 15 auf. Wie es in Fig. 2(B) gezeigt ist, erstreckt sich ein Teil der Seitenwand 15, der den Hinterrand 13(b) definiert, im wesentlichen vertikal relativ zur oberen und unteren Oberfläche des Flügelrads 10. Zusätzlich ist ein Teil der Seitenwand 15, der den Vorderrand 13f definiert, im Querschnitt gekrümmt. Somit wird die Kanaltiefe 12 am Hinterrand 13b oder in einer Position in der Nähe des Hinterrands 13b maximal.
Bezugnehmend auf Fig. 2(A) steht jeder der Kanäle 12 auf der oberen Seite des Flügelrads 10 mit einem der Kanäle 12 auf der unteren Seite des Flügelrads über ein Verbindungsloch 18 in Verbindung. Mit anderen Worten ist jedes Paar der Kanäle 12, die einander in der Axialrichtung des Flügelrads 10 gegenüberliegen, miteinander über das Verbindungsloch 18 in Verbindung. Vorzugsweise weist das Verbindungsloch 18 eine Querschnittsfläche S1 auf (eine Querschnittsfläche innerhalb einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Flügelrads 10), die etwa 1% bis etwa 70% einer Öffnungsfläche S0 der Öffnung 13 entspricht (der Öffnungsfläche 13 innerhalb einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Flügelrads 20). Wie unten beschrieben wird, wird die Querschnittsfläche S1 vorzugsweise auf einen Bereich zwischen etwa 3% und etwa 18% der Öffnungsfläche S0 festgelegt.
Bezugnehmend auf Fig. 3(A) und 3(B) ist eine im wesentlichen bogenförmige erste Kanalnut 21 in einer oberen Wand des Aufnahmeraums für das Flügelrad des Pumpengehäuses 6 geformt und liegt den Kanälen 12 gegenüber, die auf der oberen Seite des Flügelrads 10 ausgebildet sind, betrachtet in Fig. 3(A).
Die erste Kanalnut 21 wirkt mit den Nuten 12 der oberen Seite des Flügelrads 10 zusammen, um eine erste Kammer zu definieren. Daher wird die erste Kanalnut 21 unten auch als "erste Kammer 21" bezeichnet.
Das Pumpengehäuse 6 definiert eine erste Einlassöffnung 21e, die an einem Ende der ersten Kammer 21 in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Flügelrads 10 angebracht ist. Eine erste Auslassöffnung 21p ist am anderen Ende der ersten Kammer 21 in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 definiert.
Die erste Einlassöffnung 21e und die erste Auslassöffnung 21p sind voneinander durch eine Trennwand 6m des Pumpengehäuses 6 getrennt.
Bezugnehmend auf Fig. 3(A) und 3(C) ist in ähnlicher Weise eine im wesentlichen bogenförmige zweite Kanalnut 22 in einer unteren Wand des Aufnahmeraums für das Flügelrad des Pumpengehäuses 6 geformt und liegt den Nuten 12 gegenüber, die auf der unteren Seite des Flügelrads 10 geformt sind, betrachtet in Fig. 3(A).
Die zweite Kanalnut 22 wirkt mit den Kanälen der unteren Seite 12 des Flügelrads 10 zusammen, um eine zweite Kammer zu definieren. Daher wird die zweite Kanalnut 22 unten auch als "zweite Kammer 22" bezeichnet. Die erste Kammer 21 und die zweite Kammer 22 definieren eine Pumpenkammer.
Das Pumpengehäuse 6 definiert eine zweite Einlassöffnung 21e, die an einem Ende der zweiten Kammer 22 in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Flügelrads 10 angebracht ist. Eine zweite Auslassöffnung 22p kann am anderen Ende der zweiten Kammer 22 in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 definiert sein.
Die zweite Einlassöffnung 22e und die zweite Auslassöffnung 22p sind voneinander durch eine Trennwand 6q des Pumpengehäuses 6 getrennt.
Bezugnehmend auf Fig. 4 ist ein Saugkanal 24 in dem Pumpengehäuse 6 definiert und das Ende des Saugkanals 24 auf der stromaufwärtigen Seite öffnet sich nach außen über die Ansaugöffnung 25. Die Ansaugöffnung 25 kann am unteren Ende des Pumpengehäuses 6 platziert sein. Die stromabwärtige Seite des Ansaugkanals 24 kann in einen oberen Zweigkanal 24a und einen unteren Zweigkanal 24b verzweigt sein. Der obere Zweigkanal 24a steht mit der ersten Einlassöffnung 21e des ersten Pumpenkanals 21 in Verbindung. Der untere Zweigkanal 24b steht mit der zweiten Einlassöffnung 22e der zweiten Kammer 22 in Verbindung. Vorzugsweise sind die erste Einlassöffnung 21e und die zweite Einlassöffnung 22e in der gleichen Position betrachtet in der Draufsicht, d. h. betrachtet in der Richtung parallel zur Rotationsachse des Flügelrads 10, positioniert.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 4 ist ein Abgabekanal 26 in dem Pumpengehäuse 6 definiert, und das Ende an der stromabwärtigen Seite des Abgabekanals 26 öffnet sich in den Innenraum 2a über eine Abgabeöffnung 27. Die Abgabeöffnung 27 ist am oberen Ende des Pumpengehäuses 6 angebracht. Die stromaufwärtige Seite des Abgabekanals 26 kann in einen oberen Zweigkanal 26a und einen unteren Zweigkanal 26b verzweigt sein. Der obere Zweigkanal 26a steht mit der ersten Auslassöffnung 21p der ersten Kammer 21 in Verbindung. Der untere Zweigkanal 26b steht mit der zweiten Auslassöffnung 22p der zweiten Kammer 22 in Verbindung. Vorzugsweise sind die erste Auslassöffnung 21p und zweite Auslassöffnung 22p in der gleichen Position betrachtet in der Draufsicht, d. h. betrachtet in der Richtung parallel zur Axialrichtung der Rotationsachse des Flügelrads 10, platziert (siehe auch Fig. 1(A)).
Die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe wird nun beschrieben. Der Anker 5 dreht sich, wenn Strom an die Spule (nicht gezeigt) des Ankers 5 über die Anschlüsse und Bürsten zugeführt wird. Daher drehen sich das Flügelrad 10 ebenso wie die Welle 5a des Ankers 5 in der Richtung, die durch umrandete Pfeile in Fig. 1(A) und Fig. 2(A) bis 2(C) angegeben ist. Es wird ein Pumpen durchgeführt, wenn sich das Flügelrad 10 dreht. Somit kann Kraftstoff, z. B. Benzin, der innerhalb eines Kraftstofftanks (nicht gezeigt) gespeichert ist, in das Pumpengehäuse 6 über den Ansaugkanal 24 eingesaugt werden, wenn sich das Flügelrad 10 dreht. Der Kraftstoff kann dann irr den oberen Zweigkanal 24a und den unteren Zweigkanal 24b strömen. Der Kraftstoff kann weiter in die erste Kammer 21 und die zweite Kammer 22 über jeweils die erste Einlassöffnung 21e und die zweite Einlassöffnung 22e strömen.
Der Kraftstoff, der in die erste Kammer 21 und die zweite Pumpenkammer 22 gelangt, kann dann unter Druck gesetzt werden, um in Richtung auf die erste Auslassöffnung 21p und die zweite Auslassöffnung 22p aufgrund der kinetischen Energie, die durch die Kanäle 12 oder die Flügel, die durch die Kanäle 12 definiert werden, aufgebracht wird. Da jeder der Kanäle 12, der auf einer Seite des Flügelrads 10 gebildet ist, mit einem der Kanäle 12 auf der gegenüberliegenden Seite über das Verbindungsloch 18 in Verbindung steht, stehen die erste Kammer 21 und die zweite Kammer 22 miteinander in Verbindung. Folglich werden der Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 21 und der Kraftstoffdruck in der zweiten Kammer 22 im wesentlichen gleich zueinander.
Da die Gruppe der Kanäle 12 auf einer Seite des Flügelrads 10 um die Länge von im wesentlichen dem halben Abstand zwischen zwei benachbarten Kanälen 12 in der Umfangsrichtung versetzt ist, ist die Pulsationsphase des Kraftstoffs, der aus der ersten Abgabeöffnung 21p der ersten Kammer 21 abgegeben wird, in der Phase um die Hälfte oder etwa die Hälfte der Zyklusdauer (etwa 180°) bezüglich der Pulsationsphase des Kraftstoffs, der aus der zweiten Auslassöffnung 22p der zweiten Kammer 22 ausgegeben wird, versetzt.
Eine Pulsation P1 des aus der ersten Auslassöffnung 21p der ersten Kammer 21 abgegebenen Kraftstoffs ist schematisch in einem Diagramm im oberen Teil von Fig. 1(B) gezeigt. Eine Pulsation P2 des aus der zweiten Auslassöffnung 2p der zweiten Kammer 22 abgegebenen Kraftstoffs ist schematisch in dem Diagramm im unteren Teil von Fig. 1(B) gezeigt. In Fig. 1(B) stellt die Ordinatenachse den Kraftstoffdruck dar, und die Abszissenachse die Zeit. Der aus der ersten Auslassöffnung 21p der ersten Kammer 21 abgegebene Kraftstoff strömt in den Abgabekanal 26 über den oberen Zweigkanal 26a. Andererseits strömt der aus der zweiten Auslassöffnung 22p der zweiten Kammer 22 abgegebene Kraftstoff in den Abgabekanal 26 über den unteren Zweigkanal 26b.
Wie oben beschrieben, ist die Pulsationsphase des Kraftstoffs, der in den Abgabekanal 26 über den oberen Zweigkanal 26a strömt, in der Phase um die Hälfte oder etwa die Hälfte der Zyklusdauer (etwa 180) relativ zur Pulsationsphase des Kraftstoffs, der in den Abgabekanal 26 über den unteren Zweigkanal 26b strömt, versetzt. Daher löschen die Pulsation des aus dem oberen Zweigkanal 26a abgegebenen Kraftstoffs und die Pulsation des aus dem unteren Zweigkanal 26b abgegebenen Kraftstoffs einander aus, wenn sich die Strömungen des Kraftstoffs am Abgabekanal 26 treffen oder zusammenlaufen, d. h. an einem Punkt, an dem die Strömungen zusammenfließen. Folglich können Geräusche, die durch die Pulsationen des Kraftstoffs erzeugt werden, verringert oder minimiert werden.
Der am Abgabekanal 26 zusammengeführte Kraftstoff strömt in den Innenraum 2a des Motorabschnitts 2 über die Abgabeöffnung 27. Der Kraftstoff kann weiterströmen, um vom Innenraum 2a über die Abgabeöffnung 8, die in der Motorabdeckung 7 definiert ist, an die Kraftstoffleitung (nicht gezeigt) abgegeben zu werden. Der Strömungsweg des Kraftstoffs ist durch Pfeile in Fig. 4 angegeben.
Bezüglich der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist die Pulsation des Kraftstoffs, der aus der ersten Kammer 21 über die erste Auslassöffnung 21p abgegeben wird, um die Hälfte der Impulslänge relativ zur Pulsationsphase des Kraftstoffs versetzt, der aus der zweiten Kammer 22 über die zweite Auslassöffnung 22p abgegeben wird die Pulsationen können sich aufheben oder minimiert werden, wenn sich die Kraftstoffströmungen an dem Abgabekanal 26 oder dem Punkt, an dem die Strömungen zusammenfließen, vereinigen.
Fig. 5(A) bis 5(C) zeigen experimentelle Ergebnisse einer Flügelradpumpe, die gemäß den Lehren der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe gestaltet ist. Fig. 5(A) zeigt die Variation des Drucks (lediglich die Pulsationskomponente) des Fluids, das aus der ersten Auslassöffnung 21p der ersten Kammer 21 abgegeben wird. Fig. 5(B) zeigt die Druckvariation. (lediglich Pulsationskomponente) des Fluids, das aus der zweiten Abgabeöffnung 22p der zweiten Kammer 22 abgegeben wird. Fig. 5(C) zeigt die Druckvariation des Kraftstoffs, nachdem die Strömungen des Kraftstoffs am Abgabekanal 26 zusammengelaufen sind.
Die experimentellen Ergebnisse geben an, dass die Pulsationsamplitude auf weniger als 2 kPa verringert werden kann.
Fig. 5(D) zeigt auch das experimentelle Ergebnis im Hinblick auf die Beziehung zwischen dem Verhältnis (S1/S0) (in %) (Verhältnis der Querschnittsfläche S1 des Verbindungslochs 18 zur Öffnungsfläche S0 jedes Kanals 21) und der Amplitude der Pulsation. Dieses experimentelle Ergebnis gibt an, dass die Pulsationsamplitude auf weniger als 2 kPa verringert werden kann, wenn das Verhältnis S1/S0 im Bereich von etwa 3% bis etwa 18% gewählt wird. Selbst wenn das Verhältnis S1/S0 innerhalb des Bereichs von etwa 1% bis etwa 70% liegt, wird die Pulsationsamplitude noch auf weniger als etwa 4,5 kPa verringert. Bei den herkömmlichen Flügelradpumpen (Westcopumpen) liegt die Pulsationsamplitude bei etwa 8 kPa. Daher sieht eine Wahl des Verhältnisses S1/S0 auf einen Bereich von etwa 1% bis etwa 70% noch eine beträchtliche Wirkung im Hinblick auf das Verringern der Pulsation vor. Um die Pulsationsphase des aus der ersten Kammer 21 abgegebenen Kraftstoffs um die Hälfte der Zyklusdauer der Pulsation relativ zur Pulsationsphase des aus der zweiten Kammer 22 abgegebenen Kraftstoffs zu versetzen, ist die Kanalgruppe 12 auf einer Seite des Flügelrads 10 der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe um eine Länge, der der Hälfte des Abstands der Kanäle 12 entspricht, relativ zur Gruppe der Kanäle 12 auf der anderen Seite des Flügelrads 10 versetzt. Ein solcher Phasenversatz kann jedoch auch durch die Fig. 6(A) gezeigte Anordnung erreicht werden.
Fig. 6(A) zeigt somit eine Querschnittsansicht eines Teil einer Flügelradpumpe, die eine Abwandlung der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist. Bei dieser Abwandlung sind die Kanäle 12 auf einer Seite des Flügelrads 10 so positioniert, dass sie in der Axialrichtung mit den entsprechenden Kanälen 12 auf der anderen Seite des Flügelrads 10 ausgerichtet sind (oder in der Draufsicht betrachtet ausgerichtet sind). Andererseits ist die erste Auslassöffnung 21p der ersten Kammer 21 um eine Länge, die dem halben Abstand der Kanäle 12 entspricht, relativ zur zweiten Auslassöffnung 22p des zweiten Pumpenkanals 22 versetzt. Eine Pulsation P3 des aus der ersten Auslassöffnung 21p der ersten Kammer 21 der modifizierten Flügelradpumpe abgegebenen Kraftstoffs kann schematisch durch eine Darstellung im oberen Teil von Fig. 6(B) angegeben werden. Ein Pulsation P3 des aus der zweiten Auslassöffnung 22p der zweiten Kammer 22 abgegebenen Kraftstoffs kann schematisch durch ein Diagramm auf der unteren Seite von Fig. 6(B) dargestellt werden. In Fig. 6(B) stellt die Ordinatenachse den Druck des Kraftstoffs dar und die Abszissenachse die Zeit. Wie aus Fig. 6(B) zu erkennen ist, ist die Pulsationsphase des aus der zweiten Kammer 22 abgegebenen Kraftstoffs um die Hälfte des Zyklusdauer-Impulses der Pulsation relativ zur Pulsationsphase des aus der ersten Kammer 21 abgegebenen Kraftstoffs versetzt.
Zusätzlich können der Vorderrand 13f und der Hinterrand 13b der Öffnung 13 jedes Kanals 12 des Flügelrads 10 innere Bereiche auf der Seite des Innenrands 13e aufweisen, die sich im wesentlichen in der Radialrichtung des Flügelrads 10 erstrecken. Ferner weisen der Vorderrand 13f und der Hinterrand 13b Außenbereiche auf der Seite des Innenrands 13e auf, die in Richtung auf die Vorderseite in der Rotationsrichtung des Flügelrads 10 gekrümmt sind. Daher kann die Pumpeneffizienz verbessert werden.
Die Gestaltung der Öffnung 13 des Kanals 12 kann auf verschiedene Arten modifiziert werden, solange die Öffnung den Vorderrand 13f und den Hinterrand 13b aufweist, die wie oben beschrieben ausgebildet sind. Beispielsweise kann die Öffnung 13 eine im wesentlichen quadratische oder rechteckige Gestalt aufweisen.
Eine zweite Ausführungsform der Flügelradpumpe wird nun unter Verweis auf Fig. 7(A) und 7(B) bis Fig. 17(A), 17(B) und 17(C) beschrieben. Die zweite Ausführungsform der Flügelradpumpe unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe, die in Fig. 1(A) und 1(B) bis Fig. 4 gezeigt ist, hinsichtlich der Anordnung und der Anzahl der Verbindungslöcher, die sich zwischen den Kanälen auf den gegenüberliegenden Seiten des Flügelrads erstrecken. Des weiteren ist die zweite Ausführungsform der Flügelradpumpe gleich zur ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe. Daher sind in Fig. 7(A) und 7(B) bis Fig. 17(A), 17(B) und 17(C) gleichen Elementen dieselben Referenzziffern zugewiesen und die Erklärung dieser Elemente wird weggelassen.
Bezugnehmend auf Fig. 7(A) bis 7(C) weist ein Flügelrad 40 der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe eine Gruppe von Kanälen 42 auf, die in sowohl der oberen als auch unteren Oberfläche des Flügelrads 40 gebildet sind. Nahezu alle Kanäle 42 auf einer Seite des Flügelrads 40 stehen mit den entsprechenden axial gegenüberliegenden Kanälen 42 über Verbindungslöcher 48 in Verbindung. Daher steht ein erster Pumpenkanal oder eine erste Pumpenkammer 51 (siehe Fig. 10(C)) mit einem zweiten Pumpenkanal oder einer zweiten Kammer 52 (siehe ebenfalls Fig. 10(C)) über die Verbindungslöcher 48 in Verbindung.
Gemäß Fig. 7(C) ist die Anzahl der Kanäle 42, die mit den Verbindungslöchern 48 in Verbindung stehen, größer als die Anzahl der Kanäle 42, die nicht mit den Verbindungslöchern 48 in Verbindung stehen. Das Paar der gegenüberliegenden Kanäle 42, die mit den Verbindungslöchern 48 in Verbindung stehen, wird nachfolgend als "erstes Kanalpaar R" bezeichnet. Die gegenüberliegenden Kanäle 42, die nicht mit den Verbindungslöchern 48 in Verbindung stehen, werden nachfolgend "zweite Kanalpaare S" bezeichnet. Bei der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe sind drei zweite Kanalpaare S vorgesehen, wenn auch vier oder mehr zweite Kanalpaare S vorgesehen werden können. Die zweiten Kanalpaare S des Flügelrads 40 können voneinander in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sein, so dass der Druckausgleich in der Umfassungsrichtung erreicht werden kann.
Verschiedene Modifikationen der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe sind in Fig. 8(A) bis 8(D) gezeigt. Bei der in Fig. 8(A) gezeigten Modifikation sind die ersten Kanalpaare R und die zweiten Kanalpaare S wechselweise in der Umfangsrichtung angeordnet. Bei den in Fig. 8(B) bis 8(D) gezeigten Modifikationen ist die Anzahl der zweiten Kanalpaare S größer als die Anzahl der ersten Kanalpaare R. Bei der in Fig. 8(B) gezeigten Modifikation sind vier erste Kanalpaare R angeordnet, so dass sie in der Umfangsrichtung gleich beabstandet sind. Bei der in Fig. 8(C) gezeigten Modifikation ist nur ein erstes Kanalpaar R vorgesehen. Bei der in Fig. 8(D) gezeigten Modifikation sind acht Kanalpaare R angeordnet, die in der Umfangsrichtung gleich beabstandet sind.
Fig. 9(A) und 9(B) zeigen Diagramme, die die Ergebnisse von Experimenten darstellen, die für verschiedene Flügelradpumpen ausgeführt wurden, die gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform gestaltet sind. Insbesondere zeigt das Diagramm von Fig. 9(A) die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Anzahl (N1) der Verbindungslöcher 48 (d. h. der Anzahl der ersten Kanalpaare R) zur Anzahl (N2) aller Kanäle 42 und der resultierenden Amplitude der Pulsation (kPa). Für alle Experimente ist das Verhältnis S1/S0 (das Verhältnis der Querschnittsfläche S1 des Verbindungslochs 48 zur Öffnungsfläche des Kanals 42) auf etwa 5% festgelegt.
Wie aus Fig. 9(A) zu erkennen ist, wird die Pulsationsamplitude minimal, wenn das Verhältnis N1/N2 l ist, d. h. wenn alle Paare der gegenüberliegenden Kanäle 42 als erste Kanalpaare R gestaltet sind, bei denen eine Verbindung mit den Verbindungslöchern 48 besteht.
Fig. 9(B) ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhältnis S1/S0 (%) und der Pulsationsamplitude (kPa) zeigt. Eine durchgezogene Linie J gibt die Beziehung für den Fall an, dass das Verhältnis N1/N2 1 ist. Eine gestrichelte Linie K gibt die Beziehung für den Fall an, dass das Verhältnis N1/N2 0,5 ist.
Die in Fig. 9(A) und 9(B) gezeigten experimentellen Ergebnisse geben an, dass die Pulsationsamplitude minimal wird, wenn (1) das Verhältnis N1/N2 1 ist, d. h. alle Paare der Kanäle 42 als erste Kanalpaare gestaltet sind, und (2) das Verhältnis S1/S0 etwa 5% ist.
Eine andere Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist in Fig. 10(A) bis 10(C) gezeigt. Bei dieser Abwandlung erstreckt sich das Verbindungsloch 48 nicht von den Innenräumen des axial gegenüberliegenden Paars der Kanäle 42, sondern erstreckt sich von den Innenrändern der gegenüberliegenden Kanäle 42.
Wenn auch nur ein Paar der axial gegenüberliegenden Kanäle 42 in dieser Modifikation mit dem Verbindungsloch 48 in Verbindung steht, können auch zwei oder mehrere oder alle der gegenüberliegenden Paare der Kanäle 42 mit ihren jeweiligen Verbindungslöchern 48 in Verbindung stehen.
Eine zusätzliche Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist in Fig. 11(A) bis 11(C) gezeigt. Bei dieser Modifikation erstreckt sich das Verbindungsloch 48 nicht vom Innenraum des axial gegenüberliegenden Paars der Kanäle 42, sondern erstreckt sich von den Außenrändern der gegenüberliegenden Kanäle 42.
Eine weitere Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist in Fig. 12(A) bis 12(C) gezeigt. Bei dieser Modifikation sind seichte Kanäle 42h auf sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des Flügelrads 40 gebildet. Die seichten Kanäle 42h können fortgesetzt an die Innenränder des axial gegenüberliegenden Paars der Kanäle 42 des Flügelrads 40 geformt sein. Das Verbindungsloch 48 erstreckt sich von den seichten Kanälen 42h, so dass die erste Kammer 51 auf einer Seite des Flügelrads 40 mit der zweiten Kammer 52 auf der anderen Seite des Flügelrads 40 über die seichten Kanäle 48 und das Verbindungsloch 48 in Verbindung steht. Wenn auch die seichten Kanäle 48 und das Verbindungsloch 48 zugehörig zu nur einem gegenüberliegenden Paar der Kanäle 42 bei dieser Modifikation ausgebildet ist, sind die seichten Kanäle 42h und das Verbindungsloch 48 so geformt, dass sie zu jedem der mehreren Paare der gegenüberliegenden Kanäle 42 gehören.
Eine weitere Modifikation der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist in Fig. 13(A) bis 13(C) gezeigt. Diese Modifikation unterscheidet sich von der in Fig. 12(A) bis 12(C) gezeigten Modifikation dadurch, dass die seichten Kanäle 42h sich an die Außenränder des axial gegenüberliegenden Paars der Kanäle 42 anschließend geformt sind.
Weitere verschiedene Modifikationen der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe sind in Fig. 14(A), 14(B) und 14(C) bis Fig. 17(A), 17(B) und 17(C) gezeigt. Bei jeder dieser Modifikationen ist das Verbindungsloch 48 benachbart zu den Außenrändern oder den Innenrändern des axial gegenüberliegenden Paars der Kanäle 42 positioniert, wobei es jedoch nicht mit dem Kanal 42 in Wechselwirkung tritt. In diesem Zusammenhang ist die erste Kammer S1 so gestaltet, dass sie sich über das Verbindungsloch 42 ebenso wie die Gruppe der Kanäle 42 auf der Seite des Flügelrads 40 erstreckt. In ähnlicher Weise ist die zweite Kammer so gestaltet, dass sie sich über das Verbindungsloch 42 ebenso wie die Gruppe der Kanäle 42 auf der anderen Seite des Flügelrads 40 erstreckt. Diese Anordnungen ermöglichen es auch, dass die erste Kammer 51 und die zweite Kammer 52 miteinander über das Verbindungsloch 48 in Verbindung stehen.
Insbesondere ist gemäß der in Fig. 14(A) bis 14(C) gezeigten Modifikation das Verbindungsloch 48 benachbart zu den Außenrändern des gegenüberliegenden Paars der Kanäle 42 positioniert. Wie es in Fig. 14(C) gezeigt ist, ist ein erster seichter Umfangskanal 51f in der oberen Wand des Aufnahmeraums für das Flügelrad in einer Position benachbart zu den Außenrändern der Kanäle 42 geformt und erstreckt sich kontinuierlich zum ersten Pumpenkanal 51. Ein zweiter seichter Umfangskanal 52f ist in der unteren Wand des Aufnahmeraums für das Flügelrad in einer Position benachbart zu den Außenrändern der Kanäle 42 geformt und erstreckt sich kontinuierlich zum zweiten Pumpenkanal 52.
Die in Fig. 15(A) bis 15(C) gezeigte Modifikation unterscheidet sich von der in Fig. 14(A) bis 14(C) gezeigten Modifikation dadurch, dass das Verbindungsloch 48 benachbart zu den Innenrändern des axial gegenüberliegenden Paars der Kanäle 42 positioniert ist. Zusätzlich ist jeder der Umfangskanäle 51f und 52f benachbart zu den Innenrändern des gegenüberliegenden Paars der Kanäle 42 positioniert, wie es in Fig. 15(C) gezeigt ist.
Die in Fig. 16(A)bis 16(C) gezeigten Modifikation unterscheidet sich von der in Fig. 14(A) bis 14(C) gezeigten Modifikation dadurch, dass die seichten Umfangskanäle 51f und 52f nicht eingebracht sind. Stattdessen ist die Breite in der Axialrichtung von sowohl dem ersten Pumpenkanal 51 als auch dem zweiten Pumpenkanal 52 bis über das Verbindungsloch 48 vergrößert, wie es in Fig. 16(C) gezeigt ist.
Die in Fig. 17(A) bis 17(C) gezeigte Modifikation unterscheidet sich von der in Fig. 15(A) bis 15(C) gezeigten Modifikation dadurch, dass keine seichten Umfangskanäle 51f und 52f eingebracht sind. Stattdessen ist die Breite in der Radialrichtung von sowohl dem ersten Pumpenkanal 51 als auch dem zweiten Pumpenkanal bis über das Verbindungsloch 48 vergrößert, wie es in Fig. 17(C) gezeigt ist.
In den in Fig. 14(A) bis 14(C) bis Fig. 17(A) bis 17(C) gezeigten Modifikationen ist das Verbindungsloch 48 zwar nur zu einem Paar der gegenüberliegenden Kanäle 42 zugehörig. Zwei oder mehr Verbindungslöcher 48 können jedoch zugehörig zu mehreren Paaren der gegenüberliegenden Kanäle 42 geformt sein.
Wenn auch die zweite Ausführungsform der Flügelradpumpe und ihre Modifikationen so gestaltet sind, dass sie ein Verbindungsloch 48 aufweisen, das zugehörig zu einem oder jedem Paar der gegenüberliegenden Kanäle 42 geformt ist, können auch zwei oder mehrere Verbindungslöcher 48 zugehörig zu einem oder jedem Paar der gegenüberliegenden Kanäle 42 geformt sein.
Eine dritte Ausführungsform der Flügelradpumpe wird nun unter Verweis auf Fig. 18(A), 18(B) und 18(C) bis Fig. 20(A) und 20(B) beschrieben.
Die dritte Ausführungsform der Flügelradpumpe ist als zweistufige Pumpe gestaltet und unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe durch die Konstruktion eines Pumpengehäuses. Des weiteren ist die Konstruktion der dritten Ausführungsform der Flügelradpumpe im wesentlichen gleich zu derjenigen der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe. Daher sind in Fig. 18(A), 18(B) und 18(C) bis Fig. 20(A) und 20(B) gleichen Elementen die gleichen Referenzziffern, wie bei der ersten Ausführungsform des Flügelrads zugewiesen, und eine Erklärung dieser Elemente ist nicht erforderlich.
Bezugnehmend auf 18(A) weist die dritte Ausführungsform der Flügelradpumpe zwei Flügelräder 60 auf, die innerhalb des Pumpengehäuses 6 angebracht sind. Diese zwei Flügelräder 60 weisen die gleiche Konstruktion im Hinblick aufeinander auf. Die Welle 5a des Ankers 5 ist in Eingriff mit den Flügelrädern 60 in der Rotationsrichtung auf die gleiche Weise wie mit dem Flügelrad 10 der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe (siehe Fig. 4), so dass sich die Flügelräder 60 um die gleiche Achse drehen können.
Da die Flügelräder 60 die gleiche Konstruktion aufweisen, wird nur die Konstruktion von einem der Flügelräder 60 beschrieben.
Eine Gruppe von Kanälen 62 ist im Umfangsbereich auf sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des Flügelrads 60 geformt. Die Kanäle 62 auf jeder Seite des Flügelrads 60 sind in gleichmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet. Mit anderen Worten, sind zwei benachbarte Kanäle 62 voneinander um einen vorbestimmten Abstand getrennt. Wie es in Fig. 18(B) gezeigt ist, ist jedoch die Kanalgruppe 62 auf einer Seite des Flügelrads 60 um die Länge eines Viertels des Abstands der Kanäle 62 relativ zur Kanalgruppe 62 auf der anderen Seite versetzt.
Die Konfiguration der Kanäle 62 ist gleich wie die der Kanäle 12 der ersten Ausführungsform der Flügelradpumpe. Daher ist eine Erklärung der Kanäle 62 nicht erforderlich.
Jedes Paar der Kanäle 62, die einander in der Axialrichtung gegenüberliegen, ist miteinander über ein Verbindungsloch 68 in Verbindung. Wie es im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform der Flügelradpumpe und deren Modifikationen beschrieben wurde, können zwei oder mehr Verbindungslöcher 68 zugehörig zu den entsprechenden Paaren der gegenüberliegenden Kanäle 62 vorgesehen werden.
Ein erster Pumpenkanal oder eine erste Kammer 71 und ein zweiter Pumpenkanal oder eine zweite Kammer 72 sind in dem Pumpengehäuse 6 definiert und jeweils auf der oberen Seite und der unteren Seite, betrachtet in Fig. 18(A) und 18(B), von einem der Flügelräder 60 angebracht, das auf der oberen Seite, betrachtet in Fig. 18(A) und 18(B), positioniert ist. Das auf der oberen Seite angebrachte Flügelrad 60 wird nachfolgend auch als "oberes Flügelrad 60" oder "Flügelrad 60 der ersten Stufe" bezeichnet, und das auf der unteren Seite angebrachte Flügelrad 60 wird nachfolgend auch als "unteres Flügelrad 60" oder "Flügelrad 60 der zweiten Stufe" bezeichnet.
Eine Abgabeöffnung 71p der ersten Kammer 71 und eine Auslassöffnung 72p der zweiten Kammer 72 für das Flügelrad 60 der ersten Stufe sind in der gleichen Position betrachtet in der Draufsicht, d. h. betrachtet in der Axialrichtung der Flügelräder 60, positioniert.
Daher kann eine Phase PS1 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 72 abgegebenen Fluids, wie es in Fig. 18(C) gezeigt ist, um etwa ein Viertel der Zyklusdauer der Pulsation relativ zu einer Phase PS2 der Pulsation des aus der ersten Kammer 71 abgegebenen Fluids verzögert werden.
Ein erster Pumpenkanal oder eine erste Kammer 73 und ein zweiter Pumpenkanal oder eine zweite Kammer 74 sind in dem Pumpengehäuse 6 definiert und jeweils auf der oberen Seite und der unteren Seite, betrachtet in Fig. 18(A) und 18(B), des Flügelrads 60 der zweiten Stufe angebracht.
Eine Auslassöffnung 73p der ersten Kammer 73 und ein Auslassöffnung 74p der zweiten Kammer 74 für das Flügelrad 60 der zweiten Stufe sind in der gleichen Position betrachtet in der Draufsicht angebracht, d. h. betrachtet in der Axialrichtung der Flügelräder 60.
Zusätzlich sind die Position der Auslassöffnung 73p der ersten Pumpenkammer 73 (und die Auslassöffnung 74p der zweiten Kammer 74) für das Flügelrad 60 der zweiten Stufe in Umfangsrichtung zur Position der Auslassöffnung 71p der ersten Pumpenkammer 71 (und der Auslassöffnung 72p der zweiten Kammer 72) für das Flügelrad 60 der ersten Stufe um die Länge des halben Abstands der Kanäle 62 versetzt.
Daher eilt eine Phase PS3 der Pulsation des aus der ersten Pumpenkammer 73 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs um die Hälfte der Zyklusdauer der Pulsation relativ zur Phase PS1 der Pulsation des aus der ersten Kammer 71 der ersten Stufe abgegebenen Kraftstoffs voraus. Zusätzlich eilt eine Phase PS4 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 74 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs um ein Viertel der Zyklusdauer relativ zur Phase PS3 der Pulsation des aus der ersten Pumpenkammer 73 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs voraus.
Wenn die Phase PS1 der Pulsation des aus der ersten Kammer 71 der ersten Stufe abgegebenen Kraftstoffs als Referenz gewählt wird, sind folglich der Reihe nach die Phase PS2 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 72 der ersten Stufe abgegebenen Kraftstoffs, die Phase PS3 der Pulsation des aus der ersten Kammer 73 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs und die Phase PS4 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 74 abgegebenen Kraftstoffs um ein Viertel der Zyklusdauer verzögert.
Mit anderen Worten, ist die Phase PS3 um die Hälfte der Zyklusdauer relativ zur Phase PS1 verzögert und die Phase PS4 um die Hälfte der Zyklusdauer relativ zur Phase PS2 verzögert.
Der aus den ersten Kammern 71 und 73 abgegebene Kraftstoff und der aus den zweiten Kammern 72 und 74 abgegebene Kraftstoff kann in einen Abgabekanal 75 (siehe Fig. 18(A)) strömen und zusammenlaufen. Folglich können die Pulsationen des aus den ersten Kammern 71 und 73 und den zweiten Kammern 72 und 74 abgegebenen Kraftstoffs einander aufheben.
Gemäß der dritten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist die Gruppe der Kanäle 62 auf einer Seite des Flügelrads 60 relativ zur Gruppe der Kanäle 62 auf der anderen Seite des Flügelrads 60 um die Länge eines Viertels des Abstands der Kanäle 62 versetzt. Die dritte Ausführungsform der Flügelradpumpe kann, wie es in Fig. 19(A) gezeigt ist, modifiziert werden, wobei die Kanäle 62 auf einer Seite des Flügelrads 60 in der gleichen Position wie die Kanäle 62 auf der anderen Seite des Flügelrads 60 positioniert sind. Bei dieser Modifikation sind die Auslassöffnungen 71p, 72p, 73p und 74p der jeweiligen Pumpenkammern 71, 72, 73 und 74 um die Länge eines Viertels des Abstands der Kanäle 62 versetzt.
Insbesondere ist die Auslassöffnung 72p der zweiten Kammer 72 für das Flügelrad 60 der ersten Stufe in Richtung auf die stromaufwärtige Seite relativ zur Auslassöffnung 71p der ersten Kammer 71 um die Länge eines Viertels des Abstands der Kanäle 62 versetzt. Die Auslassöffnung 73p des ersten Pumpenkanals 73 für das Flügelrad 60 der zweiten Stufe ist in Richtung auf die stromaufwärtige Seite relativ zur Auslassöffnung 72p der zweiten Kammer 72 für das Flügelrad 60 der ersten Stufe um die Länge eines Viertels des Abstands der Kanäle 62 versetzt. Die Auslassöffnung 74p der zweiten Kammer 74 für das Flügelrad 60 der zweiten Stufe ist relativ zur Auslassöffnung 73p der ersten Kammer 73 für das Flügelrad 60 der zweiten Stufe um die Länge eines Viertels des Abstands der Kanäle 62 versetzt.
Wenn die Phase PS1 der Pulsation des aus der ersten Kammer 71 der ersten Stufe abgegebenen Kraftstoffs als Referenz gewählt wird, sind auch bei dieser Anordnung die Phase PS2 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 72 der ersten Stufe abgegebenen Kraftstoffs, die Phase PS3 der Pulsation des aus der ersten Kammer 73 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs und die Phase PS4 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 74 abgegebenen Kraftstoffs in der Reihe um ein Viertel der Zyklusdauer verzögert. Daher können die Pulsationen des aus den ersten Kammern 71 und 73 und den zweiten Kammern 72 und 74 abgegebenen Kraftstoffs einander aufheben, wenn die Kraftstoffströmungen am Abgabekanal 75 zusammengeführt werden.
Eine andere Modifikation der dritten beispielhaften Ausführungsform ist in Fig. 19(B) gezeigt, bei der die Gruppe der Kanäle 62 auf einer Seite des Flügelrads 60 in der Rotationsrichtung relativ zu den Kanälen 62 auf der anderen Seite des Flügelrads 60 um eine Länge des halben Abstands der Kanäle 62 versetzt ist. Ein oder jedes Paar der axial gegenüberliegenden Kanäle 62 steht miteinander über das Verbindungsloch 68 in Verbindung.
Die Auslassöffnung 71p der ersten Kammer 71 und die Auslassöffnung 72p der zweiten Kammer 72 für das Flügelrad 60 der ersten Stufe sind in der gleichen Position in der Richtung betrachtet in der Draufsicht oder in der Axialrichtung angebracht. Daher eilt die Phase PS1 der Pulsation des aus der ersten Kammer 71 abgegebenen Kraftstoffs um die Hälfte der Zyklusdauer relativ zur Phase PS2 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 72 abgegebenen Kraftstoffs voraus.
Die Auslassöffnung 73p der ersten Kammer 73 und die Auslassöffnung 74p der zweiten Kammer 74 für das Flügelrad 60 der zweiten Stufe sind in der gleichen Position in der Richtung betrachtet in der Draufsicht oder in der Axialrichtung angebracht. Zusätzlich ist die Auslassöffnung 73p der ersten Kammer 73 für das Flügelrad 60 der zweiten Stufe auf der stromabwärtigen Seite relativ zur Auslassungsöffnung 71p der ersten Kammer 71 für das Flügelrad 60 der ersten Stufe um eine Strecke, die einem Viertel des Abstands der Kanäle 62 entspricht, angebracht.
Daher kann die Phase PS3 der Pulsation des aus der ersten Pumpenkammer 73 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs relativ zur Phase PS1 der Pulsation des aus der ersten Kammer 71 abgegebenen Kraftstoffs um ein Viertel der Zyklusdauer verzögert werden. Zusätzlich ist die Phase PS4 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 74 abgegebenen Kraftstoffs relativ zur Phase PS3 der Pulsation des aus der ersten Kammer 73 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs um die Hälfte der Zyklusdauer verzögert.
Wenn folglich die Phase PS1 der Pulsation des aus der ersten Kammer 71 der ersten Stufe abgegebenen Kraftstoffs als Referenz gewählt wird, sind die Phase PS3 der Pulsation des aus der ersten Kammer 73 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs, die Phase PS2 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 72 der ersten Stufe abgegebenen Kraftstoffs und die Phase PS4 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 74 abgegebenen Kraftstoffs in der Reihe um ein Viertel der Zyklusdauer verzögert. Daher heben die Pulsationen des aus den ersten Kammern 71 und 73 und den zweiten Kammern 72 und 74 abgegebenen Kraftstoffs einander auf, wenn die Strömungen des Kraftstoffs am Abgabekanal 75 zusammenlaufen.
Eine weitere Modifikation der dritten Ausführungsform der Flügelradpumpe ist in Fig. 20(A) und 20(B) gezeigt. Bei dieser Modifikation weist das obere Flügelrad 60 die Konfiguration auf, die in Fig. 19(B) gezeigt ist, bei der die Gruppe von Kanälen 62 auf einer Seite des Flügelrads 60 relativ zur Gruppe von Kanälen 62 auf der anderen Seite des Flügelrads 60 um eine Länge, die der Hälfte des Abstands der Kanäle 62 entspricht, versetzt ist.
Zusätzlich weist ein Flügelrad 80 für die zweite Stufe eine Gestalt auf, die sich von der Konfiguration des oberen Flügelrads 60 unterscheidet. Ferner sind die erste Kammer 71 und die zweite Kammer 72 für das obere Flügelrad 60 in Reihe mit einer ersten Kammer 81 und einer zweiten Kammer 82 verbunden, die jeweils auf der oberen Seite und der unteren Seite des unteren Flügelrads 80 definiert sind.
Ähnlich zum Flügelrad 60 ist eine Gruppe von Kanälen 84 im Umfangsbereich von sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche des Flügelrads 80 geformt. Die Kanäle 84 auf jeder Seite des Flügelrads 80 sind in gleichmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Kanälen 84 ist gleich zum Abstand zwischen zwei benachbarten Kanälen 62.
Die Gruppe der Kanäle 84 auf einer Seite des Flügelrads 80 und die Gruppe der Kanäle 84 auf der anderen Seite des Flügelrads 80 ist jedoch in der gleichen Position in Bezug aufeinander betrachtet in der Draufsicht, oder betrachtet in der Axialrichtung, angebracht. Zusätzlich steht jedes Paar der axial gegenüberliegenden Kanäle 84 miteinander über einen Verbindungskanal 84t in Verbindung.
Der Kraftstoff kann in die zweite Kammer 82 über eine Einlassöffnung 82e gelangen. Dann wird der Kraftstoff innerhalb der zweiten Kammer 82 aufgrund der Arbeitsweise der Kanäle 84, die auf der unteren Seite des Flügelrads 80 geformt sind, unter Druck gesetzt. Gleichzeitig kann der Kraftstoff durch die Verbindungslöcher 84t strömen und in die erste Kammer 81 gelangen. Der Kraftstoff, der in den ersten Pumpenkanal 81 gelangt ist, kann durch die Arbeitsweise der Kanäle 84 unter Druck gesetzt werden, die auf der oberen Seite des Flügelrads 80 geformt sind. Der innerhalb der ersten Kammer 81 unter Druck gesetzten Kraftstoff wird dann aus der ersten Kammer 81 über eine Auslassöffnung 81p abgegeben. Andererseits wird der innerhalb der zweiten Kammer 82 unter Druck gesetzte Kraftstoff aus der zweiten Kammer 82 über die Verbindungslöcher 84t und die Auslassöffnung 81p abgegeben.
Der aus der Auslassöffnung 81p abgegebene Kraftstoff kann durch einen unteren Zweigkanal 84 und einen oberen Zweigkanal 85 strömen und dann in die erste Kammer 71 und die zweite Kammer 72 für das obere Flügelrad 60 jeweils über die erste Einlassöffnung 71e und die zweite Einlassöffnung 72e gelangen.
Der Kraftstoff, der in die erste Kammer 71 und die zweite Kammer 72 gelangt ist, wird weiter durch die kinetische Energie unter Druck gesetzt, die durch die Kanäle 62 des Flügelrads 60 aufgebracht wird, und strömt dann jeweils aus der ersten Kammer 71 und der zweiten Kammer 72 in Richtung auf die Auslassöffnungen 71p und 72p (siehe Fig. 19(B)).
Wie oben beschrieben, ist die Gruppe der Kanäle 62 auf der oberen Seite des Flügelrads 60 in Umfangsrichtung relativ zur Gruppe der Kanäle 62 auf der unteren Seite des Flügelrads 60 um eine Strecke versetzt, die der Hälfte des Abstands der Kanäle 62 entspricht. Daher sind die Pulsationsphase des aus der ersten Kammer 71 über die erste Auslassöffnung 71p abgegebenen Kraftstoffs und die Pulsationsphase des aus der zweiten Kammer 72 über die zweite Auslassöffnung 72p abgegebenen Kraftstoffs um die Hälfte der Zyklusdauer der Pulsation versetzt.
Wenn die Kraftstoffströmung, die aus der ersten Kammer 71 abgegeben wird, und die Kraftstoffströmung, die aus der zweiten Kammer 72 abgegeben wird, am Abgabekanal 75 zusammengeführt werden, können sich daher die Pulsationen des Kraftstoffs aufheben.
Die dritte beispielhafte Ausführungsform und ihre Modifikationen wurden zwar in Verbindung mit Flügelradpumpen beschrieben, die zwei Flügelräder aufweisen. Die dritte beispielhafte Ausführungsform kann jedoch weiter modifiziert werden, so dass sie drei oder mehrere Flügelräder und jeweilige Paare von ersten und zweiten Kammern aufweist.
Zusätzlich sind gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform die Phase PS1 der Pulsation des aus der ersten Kammer 71 abgegebenen Kraftstoffs und die Phase PS2 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 72 der ersten Stufe abgegebenen Kraftstoffs bezüglich einander um ein Viertel der Zyklusdauer versetzt, und die Phase PS3 der Pulsation des aus der ersten Kammer 73 abgegebenen Kraftstoffs und die Phase PS4 der Pulsation des aus der zweiten Kammer 74 der zweiten Stufe abgegebenen Kraftstoffs sind bezüglich einander um ein Viertel der Zyklusdauer versetzt. Der Versatz zwischen den Phasen PS1 und PS2 und der Versatz zwischen den Phasen PS3 und PS4 muss jedoch nicht auf ein Viertel der Zyklusdauer eingeschränkt sein, solange der Versatz zwischen den Phasen PS1 und PS3 und der Versatz zwischen den Phasen PS2 und PS4 auf die Hälfte der Zyklusdauer festgelegt werden kann.
Wenn auch oben beispielhafte Ausführungsformen und Modifikationen in Verbindung mit Flügelradpumpen beschrieben worden sind, die als Kraftstoffpumpen zum Liefern von Kraftstoff an Fahrzeugmotoren beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung auch auf jede Art von Flügelradpumpen zum Pumpen von anderen Fluiden außer Kraftstoff, beispielsweise Hydraulikfluid und Wasser, anwendbar.

Claims

1. Flügelradpumpe, umfassend:
ein Pumpengehäuse (6), das mindestens eine Pumpenkammer definiert, wobei die Pumpenkammer eine erste Kammer (21; 51; 71; 73) und eine zweite Kammer (22; 52; 72; 74) umfasst, wobei ein Flügelrad (10; 40; 60; 80) innerhalb der Pumpenkammer angebracht ist und um eine Rotationsachse drehbar ist,
eine erste Kanalgruppe und eine zweite Kanalgruppe, die jeweils mehrere Kanäle (12; 42; 62) umfassen, wobei die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe auf gegenüberliegenden Oberflächen in einer Richtung der Rotationsachse des Flügelrads definiert sind, und die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe jeweils der ersten Kammer und der zweiten Kammer gegenüberliegen, so dass ein Fluid jeweils in sowohl die erste als auch die zweite Kammer eingesaugt und daraus abgegeben wird, wenn sich das Flügelrad dreht, wobei das Fluid aus der ersten Kammer und der zweiten Kammer mit Pulsationen in einer vorbestimmten Zyklusdauer abgegeben wird,
einen zusammenführenden Kanal (26; 75), der mit der ersten Kammer und der zweiten Kammer der mindestens einen Pumpenkammer verbunden ist, wobei die Pulsationsphasen des aus der ersten und zweiten Kammer der mindestens einen Pumpenkammer abgegebenen Fluids justiert werden, so dass sich die Pulsationen im wesentlichen aufheben, wenn die Pulsationen einander überlagert werden.

2. Flügelradpumpe nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Mittel (18; 48; 68) für das Herstellen einer Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer (21, 22; 51, 52; 71, 72, 73, 74), so dass Drücke innerhalb der ersten und zweiten Kammern ausgeglichen werden.

3. Flügelradpumpe nach Anspruch 2, wobei das Verbindungsmittel mindestens ein Verbindungsloch (18; 48; 68) umfasst, das innerhalb des Flügelrads (10; 40; 60) definiert ist.

4. Flügelradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kanäle (12; 42; 62) von sowohl der ersten als auch der zweiten Kanalgruppe voneinander um einen vorbestimmten Abstand in der Umfangsrichtung getrennt sind.

5. Flügelradpumpe nach Anspruch 4, wobei sowohl die erste als auch die zweite Kammer (21, 22; 51, 52; 71, 72, 73, 74) eine Einlassöffnung (21e, 22e) und eine Auslassöffnung (21p, 22p; 71p, 72p, 73p, 74p) umfassen, und die Relativpositionen in der Umfangsrichtung der Auslassöffnungen der ersten und zweiten Kammer und die Relativpositionen in der Umfangsrichtung der ersten Kanalgruppe und der zweiten Kanalgruppe so bestimmt sind, dass die Phasen der Pulsationen justiert werden.

6. Flügelradpumpe nach Anspruch 5, wobei die Auslassöffnungen (21p, 22p) der ersten und zweiten Kammer (21, 22) in der gleichen Position in Bezug aufeinander in der Umfangsrichtung angebracht sind, und die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe bezüglich einander um eine Länge versetzt sind, die dem Abstand der Kanäle (12; 42; 62) geteilt durch die Anzahl der Kanalgruppen entspricht, so dass die Pulsationsphasen des aus der ersten und zweiten Kammer abgegebenen Fluids bezüglich einander um eine Zyklusdauer der Pulsationen geteilt durch die Anzahl der Kanalgruppen versetzt sind.

7. Flügelradpumpe nach Anspruch 6, wobei die Pumpe einen einzigen Pumpenabschnitt umfasst, und die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe bezüglich einander um einen Abstand versetzt sind, der der Hälfte des Abstands der Kanäle (12) entspricht.

8. Flügelradpumpe nach Anspruch 5, wobei die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe in der gleichen Position in der Umfangsrichtung angebracht sind und die Positionen der Auslassöffnungen (21p, 22p) der ersten und zweiten Kammer (21, 22) der mindestens einen Pumpenkammer in der Umfangsrichtung so bestimmt sind, dass sie bezüglich einander um eine Strecke versetzt sind, die dem Abstand der Kanäle (2; 42; 62) geteilt durch die Anzahl der Kanalgruppen entspricht, so dass die Pulsationsphasen des aus der ersten und zweiten Kammer abgegebenen Fluids bezüglich einander um die Zyklusdauer der Pulsationen geteilt durch die Anzahl der Kanalgruppen versetzt sind.

9. Flügelradpumpe nach Anspruch 8, wobei die Pumpe eine einzige Pumpenkammer umfasst und die Positionen der Auslassöffnungen in der Umfangsrichtung um einen Abstand versetzt sind, der der Hälfte des Abstands der Kanäle entspricht.

10. Flügelradpumpe nach Anspruch 3, wobei mehrere Verbindungslöcher (18; 48; 68) vorgesehen sind und jedes der Verbindungslöcher sich zwischen dem entsprechenden Paar der axial gegenüberliegenden Kanäle (12; 42; 62) der ersten und zweiten Kanalgruppe des Flügelrads (10; 40; 60) erstreckt.

11. Flügelradpumpe nach Anspruch 10, wobei die Anzahl der Paare der axial gegenüberliegenden Kanäle (12; 42; 62), die durch die Verbindungslöcher in Verbindung stehen, größer als die Anzahl der Paare der axial gegenüberliegenden Kanäle, die nicht durch die Verbindungslöcher (18; 48; 68) in Verbindung stehen, ist.

12. Flügelradpumpe nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verbindungsloch (48) mit dem Paar der axial gegenüberliegenden Kanäle an den ersten Rändern der Öffnungen der Kanäle (42) in Verbindung steht, wobei die ersten Ränder auf der Innenseite der Kanäle in Radialrichtung des Flügelrads (40) positioniert sind.

13. Flügelradpumpe nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verbindungsloch (48) mit dem Paar der axial gegenüberliegenden Kanäle an zweiten Rändern der Öffnungen der Kanäle (42) in Verbindung steht, wobei die zweiten Ränder auf der Außenseite der Kanäle in einer Radialrichtung des Flügelrads (40) positioniert sind.

14. Flügelradpumpe nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verbindungsloch (48) bezüglich des Paars der axial gegenüberliegenden Kanäle (42) versetzt ist und mit den gegenüberliegenden Kanälen über Zusatzkanäle (42h) in Verbindung steht, die in gegenüberliegenden Oberflächen des Flügelrads (40) definiert sind.

15. Flügelradpumpe nach Anspruch 3 oder 10, wobei sich das Verbindungsloch (48) nicht zur Verbindung zu den Kanälen (42) der ersten und zweiten Kanalgruppe erstreckt.

16. Flügelradpumpe nach Anspruch 15, wobei das Verbindungsloch (48) angrenzend zu einem Paar von axial gegenüberliegenden Kanälen (42) der ersten und zweiten Kanalgruppe angebracht ist.

17. Flügelradpumpe nach Anspruch 16, wobei das Verbindungsloch (48) angrenzend zu ersten Rändern der Öffnungen des Paars von axial gegenüberliegenden Kanälen (42) angebracht ist, und die ersten Ränder auf der Innenseite der Kanäle in einer Radialrichtung des Flügelrads positioniert sind.

18. Flügelradpumpe nach Anspruch 16, wobei das Verbindungsloch (48) angrenzend zu zweiten Rändern der Öffnungen des Paars der axial gegenüberliegenden Kanäle (42) angebracht ist, und die zweiten Ränder auf der Außenseite der Kanäle in einer Radialrichtung des Flügelrads positioniert sind.

19. Flügelradpumpe nach Anspruch 17 oder 18, wobei die erste und zweite Kammer (51, 52) so angeordnet und konstruiert sind, dass sie sich über das Verbindungsloch (48) erstrecken.

20. Flügelradpumpe nach Anspruch 5, wobei die Pumpe zwei Pumpenkammern umfasst, die jeweils ein Paar der ersten und zweiten Kammern (71, 72, 73, 74) umfassen, und die Phasen der Pulsationen bezüglich einander um ein Viertel der Zyklusdauer der Pulsationen versetzt sind.

21. Flügelradpumpe nach Anspruch 20, wobei
die erste Kanalgruppe relativ zur zweiten Kanalgruppe um eine Länge eines Viertels des Abstands der Kanäle (62) in der Umfangsrichtung versetzt ist,
die Auslassöffnungen (71p, 72p, 73p, 74p) der ersten und zweiten Kammern (71, 72, 73, 74) in jedem Paar der ersten und zweiten Kammern in der gleichen Position in der Umfangsrichtung angebracht sind, und
die Auslassöffnungen eines der Paare der ersten und zweiten Kammern relativ zu den Auslassöffnungen des anderen Paares der ersten und zweiten Kammern um eine Strecke entsprechend der Hälfte des Abstands der Kanäle versetzt sind.

22. Flügelradpumpe nach Anspruch 20, wobei
die erste Kanalgruppe und die zweite Kanalgruppe in der gleichen Position in Umfangsrichtung angebracht sind, und
die Auslassöffnungen (71p, 72p, 73p, 74p) der ersten und zweiten Kammern (71, 72, 73, 74) in jedem Paar der ersten und zweiten Kammern relativ zueinander um eine Länge entsprechend einem Viertel des Abstands der Kanäle versetzt sind.

23. Flügelradpumpe nach Anspruch 20, wobei
die erste Kanalgruppe relativ zur zweiten Kanalgruppe um eine Länge entsprechend der Hälfte des Abstands der Kanäle versetzt ist,
die Auslassöffnungen (71p, 72p, 73p, 74p) der ersten und zweiten Kammern (71, 72, 73, 74) in jedem Paar der ersten und zweiten Kammern in der gleichen Position in Umfangsrichtung angebracht sind, und
die Auslassöffnungen eines der Paare der ersten und zweiten Kammern um eine Länge entsprechend einem Viertel des Abstands der Kanäle versetzt sind.

24. Flügelradpumpe nach einem der Ansprüche 3 und 10 bis 19, wobei ein Verhältnis einer Querschnittsfläche des Verbindungslochs (18; 48; 68) zu einer Öffnungsfläche jedes der Kanäle (12; 42; 62) des Flügelrads (10; 40; 60) auf einen Wert innerhalb eines Bereichs von etwa 1% bis etwa 40% festgelegt ist.

25. Flügelradpumpe nach Anspruch 24, wobei das Verhältnis festgelegt ist, dass es innerhalb eines Bereichs von 3% bis etwa 18% liegt.

26. Flügelradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen zusätzlichen Pumpenabschnitt (80, 81, 82), der in Reihe an eine stromaufwärtige Seite der Pumpenkammer angeschlossen ist.

27. Flügelradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid ein Kraftstoff ist, der einem Kraftfahrzeugmotor zugeführt wird.