DE10332006A1

DE10332006A1 - Flügelrad mit gestaffelten Flügeln für eine Kraftstoffpumpe in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10332006A1
Application number: DE10332006A
Authority: DE
Inventors: DeQuan Ann Arbor Yu; Paul Edward Dexter Fisher; Stephen Thomas Canton Kempfer; Norman N. Milford Krieger
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2004-02-12
Also published as: GB2392212A; US6824361B2; GB0315704D0; US20040018080A1; GB2392212B

Abstract

Ein Flügelrad (20) für eine Kraftstoffpumpe (10), die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zum Motor (14) eines Fahrzeugs fördert, weist einen Flügelrad-Körper (46) auf, der substanziell scheibenförmig ist, mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen und einem äußeren Umfang. Der Flügelrad-Körper (46) definiert eine Rotationsachse, die durch ihn hindurch läuft und senkrecht ist zu der ersten und zweiten Oberfläche. Eine Vielzahl von radial nach außen reichenden Flügeln (50) erstreckt sich aus dem äußeren Umfang des Flügelrad-Körpers (46) weg. Die Flügel (50) sind, auf den Umfang bezogen, im Abstand voneinander um den Flügelrad-Körper (46) herum angeordnet. Jeder Flügel (50) hat eine erste Hälfte (54), die sich an der Seite der ersten Oberfläche um den Umfang herum erstreckt, und eine zweite Hälfte (56), die sich an der Seite der zweiten Oberfläche um den äußeren Umfang herum erstreckt. Die zweiten Hälften sind bezüglich der Rotation um die Rotationsachse relativ zu den ersten Hälften verschoben. Die Flügel (50) haben einen ungleichmäßigen Abstand um den äußeren Umfang des Flügelrad-Körpers (46), der Abstand folgt einem sich nicht wiederholenden Muster.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Kraftstoffpumpen für Fahrzeuge und im Besonderen auf ein rotierendes Flügelrad vom Typ einer regenerativen Turbine.
Regenerative Kraftstoffpumpen, die ein Flügelrad besitzen mit einem Ring, der den äußeren Umfang bildet, werden viel gebraucht in Anwendungen für Fahrzeuge wegen ihres robusten Herstellungsprozesses, geringer Kosten und hoher Effizienz. Diese Vorteile treten besonders hervor in Anwendungen mit geringer Spannung und hohem Druck. Allerdings weist die Ausführung dieser Flügelräder unvorteilhafte Charakteristiken auf, wenn sie in einem elektrischen Kraftstoffsystem (ERFS) ohne Rücklauf eingesetzt werden. Wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet, dreht sich die Kraftstoffpumpe eines elektrischen Kraftstoffsystems typisch mit ungefähr 3000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute (RPM), während die Kraftstoffpumpe eines traditionellen Systems sich mit ungefähr 8000 bis 9000 Umdrehungen pro Minute dreht. Bei der geringeren Umdrehungsgeschwindigkeit erzeugt das Flügelrad Geräusche in der Kraftstoffpumpe, die durch Pulsieren des Druckes hervorgerufen werden.
Daher besteht ein Bedarf für eine Kraftstoffpumpe mit einem Flügelrad, das das Pulsieren des Druckes innerhalb der Kraftstoffpumpe dämpft und dabei trotzdem die Effizienz des ringförmigen Flügelrades aufweist.
1 ist eine querschnittliche Ansicht einer Kraftstoffpumpe entsprechend der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführung eines Flügelrades der Kraftstoffpumpe, die in 1 gezeigt ist;
2a ein vergrößerter Ausschnitt der Ansicht von 2;
3 eine seitliche Ansicht des Flügelrades, das in 2 dargestellt ist;
4 eine seitliche Ansicht ähnlich 3 einer zweiten bevorzugten Ausführung des Flügelrades;
4a eine seitliche Ansicht ähnlich 4, worin alle Flüge die gleiche radiale Höhe aufweisen; und
5 eine Explosionszeichnung des Pumpenkörpers, Flügelrades und Pumpendeckels der Kraftstoffpumpe, die in 1 dargestellt ist.
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung beabsichtigt nicht, den Geltungsumfang der Erfindung auf diese bevorzugten Ausführungen zu beschränken, sie soll vielmehr jeden Fachmann des Anwendungsgebietes in die Lage versetzen, die Erfindung herzustellen und anzuwenden.
Mit Bezug auf 1 ist eine Kraftstoffpumpe der vorliegenden Erfindung ganz allgemein dargestellt als 10. Die Kraftstoffpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 auf und einen Motor 14, der innerhalb des Gehäuses 12 montiert ist. Bevorzugt ist der Motor 14 ein elektrischer Motor mit einer Welle 18, die aus dem Motor heraus tritt. Ein Flügelrad 20 ist auf die Welle 18 aufgesetzt und ist eingeschlossen innerhalb des Pumpengehäuses 12 zwischen dem Pumpenkörper 22 und dem Pumpendeckel 24. Das Flügelrad 20 ist so auf der Welle 18 aufgesetzt, dass das Flügelrad 20 sich frei auf der Welle 18 axial bewegen kann und dass es mit der Welle 18 rotiert. Daher „schwimmt" das Flügelrad 20 zwischen dem Pumpendeckel 24 und dem Pumpenkörper 22. Die Kraftstoffpumpe ist eine konventionelle Ausführung, die weitergehend beschrieben ist in den US Patenten 6,210,102 ; 6,296,439 ; und 6,299,406 , die alle demselben Patentinhaber wie die vorliegende Erfindung gehören, die als Referenz für die vorliegende Erfindung verwendet werden, und deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich zur vorliegenden Offenbarung gehört.
Das Flügelrad 20 hat eine zentrale Achse, die mit der Achse der Welle 18 zusammenfällt. Die Achse 18 läuft durch eine Wellen-Öffnung 26 im Pumpenkörper 22, durch das Flügelrad 20, in eine Aussparung im Deckel 28, und stößt auf ein Drucklager 30. Die Welle 18 ist mit Hilfe eines Lagers 32 gelagert. Eine Pumpen-Kammer 36 ist ausgeformt innerhalb der Peripherie des Flügelrades 20 durch einen ringförmigen Kanal im Deckel 38 des Pumpendeckels 24 und einen ringförmigen Gehäuse-Kanal 40 des Pumpenkörpers 22. Der Pumpenkörper 22 hat einen Kraftstoff-Auslass (nicht gezeigt), der von der Pumpen-Kammer 36 wegführt. Unter Druck gesetzter Kraftstoff wird durch den Kraftstoff-Auslass 34 zum Motor 14 abgeleitet und kühlt den Motor 14, während er über den Motor 14 hinweg läuft, auf dem Weg zum Kraftstoffpumpen-Auslass 42 am Ende der Pumpe 10, das axial dem Kraftstoff-Einlass 44 gegenüber liegt.
Mit Bezug auf 2 hat das Flügelrad 20 einen Flügelrad-Körper 46, der im Wesentlichen scheibenförmig bzw. diskusförmig ausgeführt ist. Der Flügelrad-Körper 46 hat eine Vielzahl von Flügeln 50, die sich radial von einem äußeren Umfangs 52 des Flügelrades nach außen erstrecken. Bevorzugt ist die Anzahl der Flügel 50 eine Primzahl, und die Flügel 50 haben einen ungleichmäßigen Abstand voneinander entlang des äußeren Umfangs 52 des Flügelrades 20. In anderen Worten ist der Abstand zwischen beliebigen zwei nebeneinander liegenden Flügeln 50 nicht eine Konstante, er variiert in einem sich nicht wiederholenden Muster entlang des Umfangs des Flügelrades 20. Da das Flügelrad eine durch eine Primzahl gegebene Anzahl von Flügeln 50 aufweist und diese Flügel einen ungleichmäßigen Abstand haben, werden harmonische Pulsationen innerhalb des Flügelrades 20 reduziert. Weiterhin ist das Muster des Abstandes der Flügel 50 ein sich nicht wiederholendes Muster, um harmonische Pulsierungen weiterhin zu reduzieren.
Mit Bezug auf 2a weist jeder der Flügel 50 eine erste Hälfte 54 und eine zweite Hälfte 56 auf. Die erste Hälfte 54 erstreckt sich vom äußeren Umfang 52 in Nachbarschaft zu einer ersten Oberfläche 58 des Flügelrades 20 radial nach außen, die zweite Hälfte 56 erstreckt sich radial nach außen vom äußeren Umfang 52 in Nachbarschaft zu einer zweiten Oberfläche 60 des Flügelrades 20. Die zweite Hälfte 56 jedes der Flügel 50 ist auf den Drehsinn bezogen relativ zur ersten Hälfte 54 versetzt. Bevorzugt ist die zweite Hälfte 56 jedes Flügels um ungefähr den halben Abstand zwischen der ersten Hälfte 54 dieses Flügels 50 und der ersten Hälfte 54 des nächsten benachbarten Flügels 50 verschoben. Anderes gesagt, jede zweite Hälfte 56 befindet sich im Abstand auf halbem Wege zwischen zwei beieinander liegenden ersten Hälften 54.
Bevorzugt hat jeder der Flügel 50 eine radial nach außen sich erstreckende, verbindende Wand 66. Die verbindende Wand 66 verläuft radial vom äuße ren Umfang 52 des Flügelrad-Körpers 46 nach außen und erstreckt sich auf den Umfang bezogen zwischen den ersten und zweiten Hälften 54, 56 des Flügels 50. Die radiale Höhe der verbindenden Wand 66 ist die gleiche wie die radiale Höhe der ersten und zweiten Hälften 54, 56, zwischen denen sich die verbindende Wand 66 erstreckt.
Mit Bezug auf 3 können die Flügel 50 in zwei verschiedene Gruppen, nämlich eine Gruppe von ersten Flügeln 62 und eine Gruppe von zweiten Flügeln 64, aufgeteilt werden. Die ersten Flügel 62 haben eine erste radiale Höhe, die zweiten Flügel 64 haben eine zweite radiale Höhe. Bevorzugt sind die radialen Höhen der zweiten Flügel 64 ungefähr zwei Drittel der Höhe der ersten Flügel 62. Die ersten und zweiten Hälften 54, 56 jedes einzelnen Flügels 50 haben bevorzugt die gleiche radiale Höhe.
Die ersten und zweiten Flügel 62, 64 befinden sich im Abstand voneinander und sind miteinander vermischt auf dem äußeren Umfang 52 des Flügelrad-Körpers 46 angeordnet. Ähnlich zum Abstand der Flügel 50 ist das Muster der miteinander vermischen ersten und zweiten Flügel 62, 64 bevorzugt ein sich nicht wiederholendes Muster. Bevorzugt ist außerdem die Anzahl der ersten Flügel 62, die die erste radiale Höhe aufweisen, eine Primzahl.
Mit Bezug auf 4 hat eine zweite bevorzugte Ausführung des Flügelrades einen äußeren ringförmigen Abschnitt 76 um den äußeren Umfang 52, der mit den Flügeln 50 verbunden ist. In der zweiten bevorzugten Ausführung ist die erste radiale Höhe so, dass die ersten Flügel 62 sich voll nach außen von dem äußeren Umfang 52 des Flügelrad-Körpers 46 erstrecken und mit dem äußeren, ringförmigen Abschnitt 76 verbunden sind. Die zweite radiale Höhe ist kleiner als die erste radiale Höhe, so dass sich die zweiten Flügel 64 der zweiten Gruppe vom äußeren Umfang 52 des Flügelrad-Körpers 46 nach außen erstrecken und nicht so weit reichen, dass sie sich mit dem äußeren ringförmigen Abschnitt 76 verbinden könnten
Das Flügelrad 20 mit dem äußeren ringförmigen Abschnitt 76 kann erste und zweite Flügel 64 enthalten, wie in 4 dargestellt, oder alternativ kann das Flügelrad 20 mit dem äußeren ringförmigen Abschnitt 76 ausschließlich Flügel 50 enthalten, die sich radial nach außen erstrecken und sich mit dem äußeren ringförmigen Abschnitt 76 verbinden, wie in 4a gezeigt.
Mit Bezug auf 5 enthält der Pumpenkörper 22 einen Abstreif-Bereich 68. Der ringförmige Kanal 40 des Pumpenkörpers 22 hat einen Kanal-Eingang 41 und er erstreckt sich ringförmig vom Kanal-Eingang 41 um den Pumpenkörper 22 herum zum Kraftstoff-Auslass 34. Der Abstreif-Bereich 68 ist definiert als die Fläche zwischen dem Kanal-Eingang 41 des ringförmigen Kanals 40 im Pumpenkörper und dem Kraftstoff-Auslass 34, und erstreckt sich teilringförmig vom Kanal-Eingang 41 des ringförmigen Gehäuse-Kanals 40 im Pumpenkörper vom ringförmigen Kanals 40 im Pumpenkörper gesehen weg zum Kraftstoff-Auslass 34 hin. Bevorzugt ist der auf den Umfang bezogene Abstand zwischen beliebigen zwei benachbart liegenden Flügeln 50 der ersten radialen Höhe kleiner als 1/2 der auf den Umfang bezogenen Breite des Abstreif-Bereichs 68. Wenn der Abstand zwischen zwei benachbarten Flügeln 50 der ersten radialen Höhe größer ist als die Hälfte der auf den Umfang bezogenen Breite des Abstreif-Bereiches 68, kann Undichtigkeit und Kommunikation zwischen dem Kanal-Eingang 41 des ringförmigen Kanals im Pumpenkörper 40 und dem Kraftstoff-Auslass 34 entstehen.
Das Flügelrad 20 wird bevorzugt mit Hilfe von Spritzgussverfahren aus Kunststoff-Material hergestellt, wie zum Beispiel aus phenolischen, acetylischen, PDS, oder anderen Kunststoff-Materialien. Dies ist so zu verstehen, dass das Flügelrad 20 auch aus anderen Materialien als Plastik hergestellt werden kann, wie es Fachleuten bekannt ist, wie zum Beispiel aus Aluminium oder Stahl. Die Kraftstoffpumpe 10 kann innerhalb eines Kraftstofftanks montiert sein (nicht gezeigt) montiert sein oder alternativ kann sie auf der Verbindung zwischen dem Kraftstofftank und dem Motor des Fahrzeugs.
Die vorangehende Diskussion legt zwei bevorzugte Ausführungen der Erfindung offen und beschreibt sie. Fachleute werden schnell aus der Diskussion und den begleitenden Zeichnungen und Patentansprüchen erkennen, dass Veränderungen und Modifikationen zur Erfindung möglich sind, ohne vom Geltungsumfang der Erfindung abzugehen, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist. Die Erfindung ist beschrieben in einer illustrativen Art und Weise, und so zu verstehen, dass die Terminologie, die verwendet ist, der Natur nach beschreibende Worte darstellt und keine Einschränkungen bedeutet

Claims

Ein Flügelrad (20) für eine Kraftstoffpumpe (10), um Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zum Motor (14) eines Fahrzeugs zu fördern, das aufweist: – einen Flügelrad-Körper (46), der im Wesentlichen scheibenförmig ist, mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen und einem äußeren Umfang, wobei der Flügelrad-Körper (46) eine Rotationsachse definiert, die sich durch den Flügelrad-Körper (46) erstreckt und senkrecht steht zu den ersten und zweiten Oberflächen; und – eine Vielzahl von radial sich nach außen erstreckenden Flügeln (50), die sich von dem äußeren Umfang des Flügelrad-Körpers (46) aus nach außen erstrecken und auf dem Umfang im Abstand herum verteilt sind, wobei jeder der Flügel (50) eine erste Hälfte (54), die sich vom äußeren Umfang, der benachbart ist zu der ersten Oberfläche, erstreckt, und eine zweite Hälfte (56) auf weist, die sich vom äußeren Umfang, der benachbart ist zu der zweiten Oberfläche, erstreckt, wobei die zweiten Hälften rotationsmäßig um die Rotationsachse relativ zu den ersten Hälften versetzt sind, und die Flügel (50) voneinander einen ungleichmäßigen Abstand besitzen mit einem sich nicht wiederholenden Muster um den Umfang des Flügelrad-Körpers (46) herum;
Das Flügelrad (20) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flügel (50) eine Primzahl ist.
Das Flügelrad (20) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen äußeren ringförmigen Abschnitt aufweist, der sich bezüglich des Umfangs um das Flügelrad (20) herum erstreckt und an den außen liegenden Enden der Vielzahl von Flügeln (50) befestigt ist.
Das Flügelrad (20) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hälfte (56) jedes der Flügel (50) bezüglich der Rotation in Richtung des nächsten daneben liegenden Flügel (50) so verschoben ist, dass die zweite Hälfte (56) ungefähr um die Hälfte der Distanz zwischen der ersten Hälfte dieses Flügels (50) und der ersten Hälfte des nächsten benachbart liegenden Flügels (50) versetzt ist.
Das Flügelrad (20) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Hälften jedes der Flügel (50) eine im Wesentlichen gleiche radiale Höhe aufweisen;
Das Flügelrad (20) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Flügel (50) eine erste Höhe aufweist, so dass die Flügel (50) des ersten Teils sich radial nach au ßen vom äußeren Umfang des Flügelrad-Körpers (46) weg erstrecken, und ein zweiter Teil der Flügel (50) eine zweite Höhe hat, die geringer ist als die erste Höhe.
Das Flügelrad (20) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Höhe ungefähr zwei Drittel der ersten Höhe ist.
Das Flügelrad (20) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (50), die die erste Höhe aufweisen, und die Flügel (50), die die zweite Höhe aufweisen, um den Umfang des Flügelrad-Körpers (46) herum miteinander vermischt angeordnet sind in einem sich nicht wiederholenden Muster.
Das Flügelrad (20) nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flügel (50), die die erste Höhe besitzen, eine Primzahl ist.
Das Flügelrad (20) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (20) eingerichtet ist zur Montage innerhalb eines Pumpen-Gehäuses (12) mit einem Pumpendeckel (24) und einem Pumpenkörper (22), wobei der Pumpenkörper (22) einen Auslass, einen Auslass-Kanal, der sich ringförmig um den Pumpenkörper (22) herum erstreckt und in den Auslass hineinleitet, und einen Abstreif-Bereich (68) aufweist, der definiert ist als die auf den Umfang bezogene Fläche zwischen einem Anfang des Auslass-Kanals und dem Auslass, wobei der auf den Umfang bezogene Abstand zwischen beliebigen zwei nebeneinander liegenden Flügeln (50) mit der ersten Höhe kleiner ist als die auf den Umfang bezogene Ausdehnung des Abstreif-Bereichs (68) des Pumpenkörpers (22).
Das Flügelrad (20) nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel (50) weiterhin eine radial nach außen sich erstreckende verbindende Wand (66) aufweist, die sich radial nach außen vom Umfang des Flügelrad-Körpers (46) erstreckt, und die sich auf den Umfang bezogen zwischen den ersten und zweiten (54, 56) Hälften erstreckt.
Das Flügelrad (20) nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der verbindenden Wände eine radiale Höhe aufweist, die im Wesentlichen gleich ist der der ersten und zweiten Hälften (54, 56), zwischen denen sich die verbindende Wand (66) erstreckt.