DE2831437A1

DE2831437A1 - Elektromagnetische kraftstoff-foerder- und dosierpumpe

Info

Publication number: DE2831437A1
Application number: DE19782831437
Authority: DE
Inventors: Joseph Glass; Karl Panick
Original assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Current assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: JPS6131317B2; IT7924264A0; DE2831437C2; US4309153A; IT1122125B; US4496292A; FR2431615A1; SE7905150L; FR2431615B1; SE437700B; JPS5517684A

Description

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Für die Dosierung von flüssigen Kraftstoffen werden normalerweise Kolbenpumpen verwendet, da im wesentlichen nur mit Kolbenpumpen Kraftstoffe mit stark unterschiedlicher Viskosität volumetrisch dosiert werden können. Bei diesen Dosierpumpen treten jedoch in der Praxis erhebliche Probleme auf, die einen störungsfreien Betrieb meist nicht gewährleisten. Zunächst können diese Dosierpumpen, wenn überhaupt, so nur geringe Saughöhen überwinden. Besonders bei Kraftstoffen mit niedrigem Siedebeginn treten bereits bei einer Saughöhe von wenigen Zentimetern in starkem Maße Dampfblasen auf, durch welche die Fördermenge und damit der hydraulische Wirkungsgrad wesentlich verringert werden. Je nach Ausführung und Umweltbedingungen kann der Einfluß von Dampfblasen so groß sein, daß der hydraulische Wirkungsgrad auf Null absinkt.

Ein weiterer Nachteil dieser Pumpen ist besonders bei der Förderung von Kraftstoffen mit niedrigem Siedebeginn eine große Abhängigkeit der Fördermenge durch die Umgebungstemperatur. Diese Pumpen müssen im Kraftfahrzeug immer an möglichst kalten Stellen montiert werden, was oft zu Schwierigkeiten und falscher Montage führt. Bei Umgebungstemperaturen über 10 C steigt der Anteil an Dampfblasen erheblich an, wodurch die geringe Saugfähigkeit noch weiter verschlechtert wird. Ähnliche Schwierigkeiten treten auch bei Leitungslängen von mehreren Metern auf, die in der Praxis üblich sind. Außerdem ist die Füllzeit trockener Leitungen erheblich, da der hydraulische Wirkungsgrad dieser Pumpen sehr gering ist, wenn diese Gas fördern müssen. Um die vorstehend aufgeführten Schwierigkeiten zu beheben, wird in der Praxis der Dosierpumpe vielfach eine zweite Pumpe vorgeschaltet. Diese zweite Pumpe ist meist eine Membranpumpe mit eigenem elektrischem Antrieb. Dadurch sollen erhöhte Leitungswiderstände kompensiert, zu lange FüUzeiten der bei Betriebsbeginn noch trockenen Leitungen vermie-

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den und größere Saughöhen erreicht werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Fördermenge der Dosierstufe nach wie vor von den auftretenden Förderhöhen stark abhängig ist. Eine Förderhöhenänderung durch Veränderung des Flüssigkeitsstandes im Vorratstank bringt bereits unzulässige Fördermengenänderungen. Die bei hohen Umgebungstemperaturen auftretenden Probleme werden durch das Vorschalten einer zweiten Pumpe ebenfalls nicht gelöst. Die von der Membranstufe angebotene Fördermenge kann in der erwärmten Dosierstufe nicht weiter verarbeitet werden. Das bedeutet, daß auch bei dieser Lösung die Dosierpumpe an einer möglichst kühlen Stelle montiert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Kraftstoff-Förder- und Dosierpumpe zu schaffen, bei der die Dosiermenge auch bei großen Leitungslängen bis beispielsweise 1Om₁ grossen Saughöhen bis beispielsweise 1 m und Umgebungstemperaturen von beispielsweise 60 C konstant bleibt. Außerdem ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine derartige Pumpe mit einer möglichst geringen Anzahl von Einzelteilen zu verwirklichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pumpe gelöst, die eine im Überschuß fördernde Membranpumpe und eine Dosierkolbenpumpe aufweist, deren Arbeitsräume miteinander in Verbindung bringbar sind, wenn die Membranpumpe ihren Förderhub und die Dosierkolbenpumpe ihren Saughub ausführt, daß der Kolben der Dosierkolbenpumpe mit einem Anker eines Elektromagneten verbunden ist und daß eine gemeinsame Rückholfeder für den Förderhub der Membranpumpe und den Saughub der Kolbendosierpumpe vorgesehen ist.

Über die Membranpumpe wird eine Übermenge an Kraftstoff aus dem Vorratstank angesaugt. Diese Übermenge kann über den Hub der Membran in Abhängigkeit vom gegebenen Durchmesser je nach Bedarf eingestellt werden. Entscheidend für diese Einstellung sind die physika-

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" *"".£.■ 283U37

lischen Eigenschaften des Kraftstoffes, die Umgebungstemperatur und die Strömungswiderstände des Pumpenkreislaufes. Diese Übermenge ist in allen Betriebszuständen gewährleistet, damit der Dosierstufe immer Flüssigkeit angeboten wird. Die Membran saugt das Fördermedium über ein Saugventil an und fördert es über ein Druckventil und einen Verbindungskanal in einen Flüssigkeitsspeicher vor der Dosierstufe. Die beiden Ventile sind erforderlich, um die Dosierstufe möglichst unabhängig von Widerständen des Pumpenkreislaufes zu machen und um die Gasförderfähigkeit zu gewährleisten. Das Ansaugen durch die Kolbendosierpumpe aus dem Flüssigkeitsspeicher erfolgt aus einem unteren Bereich, während der Rücklauf zum Tank von einem oberen Bereich des Speichers ausgeht. Dadurch wird gewährleistet, daß etwa vorhandene Dampfblasen in dem Speicher abgeschieden werden und nicht von der Dosierkolbenpumpe angesaugt werden können. Alternativ kann die Kolbendosierpumpe auch direkt aus dem Arbeitsraum der Membranpumpe über ein Saugventil ansaugen. Dabei kann die Membran der Membranpumpe direkt auf einer Verlängerung des Kolbens der Dosierkolbenpumpe angebracht sein. Das in den Arbeitsraum der Membranpumpe ragende Ende der Kolbenverlängerung kann in an sich bekannter Weise in der Ruhestellung der Pumpe von der Rückholfeder an eine Dichtung angedrückt sein, wodurch ein Null- oder Tankabschluß erreicht wird, um bei einem höher liegenden Tank eine Entleerung desselben im Ruhezustand zu verhindern.

Bei der Anbringung der Membran auf einer Verlängerung des Kolbens der Dosierkolbenpumpe wird der Saughub der Membranpumpe zwangsläufig zusammen mit dem Förderhub der Dosierkolbenpumpe durchgeführt. Um jedoch eine unabhängige Einstellung der Fördermengen der Membranpumpe und der Dosierkolbenpumpe zu ermöglichen, kann die

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Membran zur Durchführung des Saughubes von einer eigenen Feder beaufschlagt werden. Wenn voneinander unabhängig einstellbare Mittel zur Begrenzung der Kolbenbewegung in beiden Richtungen vorgesehen werden, so kann damit auf der einen Seite der durch die gemeinsame Rückholfeder bewirkte Förderhub der Membranpumpe und andererseits der Förderhub des Kolbens der Dosierkolbenpumpe eingestellt werden. Die gemeinsame Rückholfeder hat eine entsprechend große Kraft, um die Gegenkraft der den Saughub der Membranpumpe durchführenden Feder zu überwinden. Demnach kann diese letztgenannte Feder erst dann zur Wirkung kommen, wenn an die Magnetspule Spannung angelegt wird und sich der Kolben der Dosierkolbenpumpe bewegt.

Wenn sich der Kolben der Dosierkolbenpumpe bei angelegter Spannung an die Magnetspule bewegt, wird das im Pumpenraum vorhandene Fördermedium über ein Druckventil zum "Verbraucher ausgeschoben. Nach dem Ausschalten der Magnetspule schiebt die Rückholfeder den Kolben wieder in die Ausgangsstellung zurück, dabei öffnet sich das Saugventil der Dosierkolbenpumpe und es wird Fördermedium aus der von der Membranpumpe geförderten Menge angesaugt.

Durch die große Förderkapazität der Membranpumpe füllen sich die Saugleitungen und ggf. der Speicherraum schnell mit Flüssigkeit.

Besonders bei leicht siedenden Brennstoffen entstehen immer Dampfblasen in der Saugleitung und in den Ventilen. Diese Blasen werden durch die Membran in den Flüssigkeitsspeicher gedrückt und hier abgeschieden. Die Dosierkolbenpumpe saugt daher stets nur Flüssigkeit an. Die Membranpumpe gewährleistet nicht nur einen konstanten Vordruck vor der Dosierkolbenpumpe. Durch die wählbare Übermenge an Flüssigkeit werden auch Eigenwärme und Fremdwärme abgeführt. Demzufolge wird die Tendenz zur Dampfblasenbildung grundsätzlich auch bei höheren Umgebungstemperaturen verringert.

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Da die Membran der Membranpumpe zumindest in einer Richtung zusammen mit dem Kolben der Dosierkolbenpumpe bewegt wird, ist für die Membranpumpe kein eigener Antrieb erforderlich. Dadurch wird die angestrebte Vereinfachung und Verbilligung erreicht.

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In der Rücklauf leitung, durch die/zuviel geförderte Kraftstoff menge zum Tank zurückgeführt wird, können ein Rückschlagventil und stromaufwärts dieses Rückschlagventils ein Windkessel vorgesehen werden. Dadurch werden Druckschwankungen auf der Saugseite der Dosierkolbenpumpe gedämpft. Diese Druckschwankungen treten durch pulsierende Strömungen auf., die durch die Membran und den Kolben hervorgerufen werden. Das Rückschlagventil unterbindet Druckschwankungen, die in der Rücklaufleitung eintreten können. Solche Drucks chwan-

kungen können durch ein sich veränderndes Niveau im Vorratstank unlassen

terschiedliche Drücke auftreten/, die sich ohne das Rückschlagventil direkt auf die Saugseite der Dosierkolbenpumpe auswirken würden. Anstelle eines Rückschlagventils könnte auch eine Drossel vorgesehen werden, die eine ähnliche Wirkung hat.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine kombinierte Membran- und Dosierkolbenpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine kombinierte Membran-Dosierkolbenpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der mit 1 eine Membranpumpe und mit 2 eine Dosierkolbenpumpe bezeichnet ist. Die beiden Pumpen sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das aus einem topfförmigen Gehäuseteil 3 mit einem Umfangsflansch 4 und

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einem an diesen Umfangsflansch 4 angeschraubten Deckel 5 besteht. Zwischen dem Umfangsflansch 4 und dem Deckel 5 ist die Membran 6 der Membranpumpe eingeklemmt. Der Deckel 5 enthält einen Saugraum 7, der über einen Saugstutzen 8 mit dem nicht dargestellten Vorratsbehälter verbunden ist, und einen Druckraum 9, der über einen Druckstutzen 10 mit einer zum Vorratsbehälter führenden Rücklauf leitung verbunden ist. Die beiden Räume 7 und 9 sind gegenüber der Arbeitskammer 11 der Membranpumpe 1 durch eine Platte 12 getrennt, die über eine Dichtung 13 auf Schultern 14 an den Wänden der Räume 7 und 9 aufliegt und an einem den Saugraum 7 vom Druckraum 9 trennenden Steg 15 angeschraubt ist. In der Platte 12 sind gegensinnig wirkende federbelastete Rückschlagventile 16 und 17 angeordnet, über die der Arbeitsraum 11 einerseits mit dem Saugraum 7 und andererseits mit dem Druckraum 9 in Verbindung steht.

Der Boden 18 des topf artigen Gehäuseteils 3 ist mit einer zentralen Öffnung 19 versehen, in welche ein in das Innere des Gehäuseteils 3 hineinragendes Rohr 20 aus permeablem Material eingesetzt ist. Dieses Rohr 20 umgebend ist in dem Gehäuseteil 3 die Spule eines Elektromagneten angeordnet. In das Rohr 20 ist eine Laufbüchse 22 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Messing, eingesetzt, in welcher der Kolben 23 der Dosierkolbenpumpe 2 verschiebbar ist. Der Arbeitsraum 24 der Dosierkolbenpumpe 2 wird von einem Einsatz 25 begrenzt, der von oben her in das Rohr 20 einschraubbar ist. Das untere Ende 26 des Einsatzes 25 bildet einen Anschlag für den Kolben 23. Durch entsprechendes Heraus» oder Hereinschrauben des Einsatzes 25 läßt sich also der Kolbenhub und damit die Fördermenge der Dosierkolbenpumpe verändern.

Der Kolben 23 ist fest mit der Ankerplatte 27 des Elektromagneten sowie mit der Membran 6 verbunden. Mit 28 ist eine gemeinsame

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Rückholfeder bezeichnet, die sich auf der Ankerplatte 27 abstützt. Der Kolben 23 erstreckt sich durch die Membran 6 hindurch bis in den Arbeitsraum 11 der Membranpumpe. Sein unteres Ende 29 ragt in eine mit der Arbeitskammer 11 in Verbindung stehende Vertiefung 30 in dem Steg 15 hinein und liegt im Ruhezustand der Pumpe auf einer Dichtung 31 auf. Der Kolben 23 ist mit einer Längsbohrung 32 versehen, die durch ein federbelastetes Saugventil 33 beherrscht wird. Das federbelastete Druckventil 34 der Dosierkolbenpumpe 2 ist in dem Einsatz 25 angeordnet. Es beherrscht die Förderleitung 35, die zum Verbraucher, beispielsweise zu dem Brenner eines Fahrzeug-Zusatzheizgerätes führt.

Die Wirkungsweise der dargestellten kombinierten Membran- und Kolbenpumpe ist folgende:

Wird an die Spule 21 des Elektromagneten Spannung angelegt, so wird die Ankerplatte 27 in der Zeichnung nach oben gezogen, um den magnetischen Kraftfluß, der von dem aus permeablem Material bestehenden Gehäuse 3 über das Rohr 20 und die Ankerplatte 27 verläuft, zu schließen. Die Ankerplatte 27 nimmt den Kolben 23 und mit diesem auch die Membran 6 mit, was zur Folge hat, daß der im dem Arbeitsraum 24 der Kolbenpumpe 2 befindliche Kraftstoff durch die Leitung 35 ausgeschoben wird, während gleichzeitig Kraftstoff aus dem Saugraum 7 über das sich öffnende Rückschlagventil 16 in die Arbeitskammer 11 der Membranpumpe 1 eingesaugt wird. Wird nun die Stromzufuhr zur Spule 21 unterbrochen, so schiebt die Rückholfeder 28 den Anker 27 nach unten, wodurch die Membran 6 ihren Förderhub und der Kolben 23 seinen Saughub ausführt. Während dieses Saughubes wird Kraftstoff aus der Arbeitskammer 11 durch den Kanal 32 und das sich öffnende Saugventil 33 in die Arbeitskammer 24 der Kolbenpumpe 2 gesaugt. Durch entsprechende Bemessung der Federbelastung des Rückschlagventils 17 bzw. des Querschnitts der Rücklauf leitung 10 kann erreicht werden, daß mit einem gewissen Vordruck angesaugt wird. Etwa vor-

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handene Dampfblasen in dem von der Membranpumpe 1 angesaugten Kraftstoff können keinesfalls in die Kolbenpumpe 2 gelangen, da die Ansaugung von der tiefsten Stelle der Arbeitskammer 11 erfolgt.

Die elektrischen Impulse für die Spule 21 des Elektromagneten werden in üblicher Weise durch einen Impulsgeber erzeugt, der entsprechend der gewünschten Fördermenge der Dosierkolbenpumpe 2 gesteuert wird.

In Fig. 2 sind für gleiche oder gleichartige Teile wie in Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem Index a bez eichnet. Unterschiedlich gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 1 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zunächst, daß der Kolben 23a und der Anker 27a mit der Membran 6a nicht fest verbunden sind und für den Saughub der Membranpumpe la eine eigene Feder 36 vorgesehen ist. Der Förderhub der Membranpumpe la wird dagegen in der gleichen "Weise wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 durch die gemeinsame Rückholfeder 28a durchgeführt. Diese Trennung der Membran 6a von dem Kolben 23a ermöglicht eine getrennte Einstellung der Fördermengen der Membranpumpe la und der Kolbenpumpe 2a. Zu diesem Zweck ist in dem Gehäusedeckel 5a eine Einstellschraube 37 angeordnet, welche den Förderhub der Membran 6a begrenzt. Auf der anderen Seite wird durch eine Einstellschraube 38, die wirkungsmäßig dem Einsatz 25 in Fig. 1 entspricht, der Förderhub des Kolbens 23a begrenzt.

Unterschiedlich gegenüber dem Beispiel von Fig. 1 ist auch die Führung des Kraftstoffes innerhalb der kombinierten Pumpe. Die Förderleitung 39 der Membranpumpe la führt zu einem Flüssigkeitsspeicher-Raum 40 im Gehäuseteil 3a, von dem. aus die Dosierkolbenpumpe 2a über ihre Saugleitung 41 ansaugt. Die Ansaugung erfolgt im unteren Bereich des Speicherraumes 40, um das Ansaugen von Dampfblasen mit Sicherheit zu vermeiden. Vom oberen Bereich des Speichers 40 führt eine Rücklauf leitung 42 zurück zürn Vorratstank. Eine Trennwand 43

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im Speicherraum 40 sorgt dafür, daß eine vollständige Abscheidung eventuell vorhandener Dampfblasen erfolgt.

An die Rücklaufleitung 42 ist ein Windkessel 44 angeschlossen, und stromabwärts dieses Windkessels ist in der Rücklaufleitung 41 ein Rückschlagventil 45 angeordnet. Der Windkessel 44 dämpft Druckschwankungen auf der Saugseite der Dosierkolbenpumpe 2a, die durch pulsierende Strömungen auftreten können, welche durch die Membran 6a und den Kolben 23a hervorgerufen werden können. Das Rückschlagventil 45 unterbindet die Auswirkung von Druckschwankungen in der Rücklaufleitung auf die Saugseite der Dosierkolbenpumpe. Derartige Druckschwankungen in der Rücklaufleitung 41 können durch Veränderung des Niveaus im Vorratstank auftreten. Anstelle des Rückschlagventils 45 könnte auch eine Drossel vorgesehen werden, die die erwähnten Druckschwankungen dämpft.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird eine besonders intensive Kühlung der Dosierkolbenpumpe 2-a durch den von dem Kraftstoff durchströmten Speicherraum 40 gewährleistet. Außerdem wird eine Aufheizung des von der Dosierkolbenpumpe 2a direkt angesaugten Kraftstoffes vermieden, die beim Ausführungsbeipsiel gemäß Fig. 2 durch die Stromwärme der Spule 21a und die dadurch bewirkte Erwärmung des Kolbens 23a eintreten kann.

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Leerseite

Claims

HP 11/78 Sp/ta

Webasto-Werk W. Baier GmbH & Co

Elektromagnetische Kraftstoff-Förderund Dosierpumpe

PATENTANSPRÜCHE

Elektromagnetische Kraftstoff-Förderpumpe ,dadurch gekennzeichnet , daß sie eine im Überschuß fördernde Membranpumpe und eine Dosierkolbenpumpe aufweist, deren Arbeitsräume miteinander in Verbindung bringbar sind, wenn die Membranpumpe ihren Förderhub und die Dosierkolbenpunape ihren Saughub ausführt, daß der Kolben (23, 23a) der Dosierkolbenpumpe (2, 2a) mit einem Anker (27, 27a) eines Elektromagneten verbunden ist und daß eine gemeinsame Rückholfeder (28, 28a) für den Förderhub der Membranpumpe (1, la) und den Saughub der Kolbendosierpumpe (2, 2a) vorgesehen ist.
2. Elektromagnetische Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranpumpe (1, la), die Dosierkolbenpumpe (2, 2a) und die Spule des Elektromagneten in einem gemeinsamen Gehäuse (3, 3a) angeordnet sind.
3. Elektromagnetische Kraftstoff-Förderpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) der Membranpumpe (1) direkt auf einer Verlängerung des Kolbens (23) der Dosierkolbenpumpe (2^ angebracht ist.

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4. Elektromagnetische Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) und seine Verlängerung eine durchgehende Längsbohrung (32) aufweisen, in der ein Saugventil (33) angeordnet ist und die in den Arbeitsraum (11) der Membranpumpe ^fl) mündet, und daß das in den Arbeitsraum (11) der Membranpumpe (1) ragende Ende (29) der Kolbenverlängerung in an sich bekannter Weise in der Ruhestellung der Pumpe von der Rückholfeder (28) an eine Dichtung (31) angedrückt ist.
5. Elektromagnetische Kraftstoff-Förder pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6a) der Membranpumpe (la) zur Durchführung des Saughubes von einer eigenen Feder (36) beaufschlagt ist.
6. Elektromagnetische Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß voneinander unabhängig einstellbare Mittel (37, 38) zur Begrenzung der Kolbenbewegung in beiden Richtungen vorgesehen sind.
7. Elektromagnetische Kraftstoff-Förderpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und 5, 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsräume der Membranpumpe (la)und der Dosierkolbenpumpe (2a) durch einen Kanal (39) im Pumpengehäuse (3a) miteinander verbunden sind.
8. Elektromagnetische Kraftstoff-Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Speicherraum (40) aufweist, der einerseits mit dem Arbeitsraum der Membranpumpe (la) und andererseits mit der Saugseite der Dosierkolbenpumpe (2a) und mit der den zuviel geförderten Kraftstoff abführenden Rücklaufleitung (41) in Verbindung steht.

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9. Elektromagnetische Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (41Ϊ ein Rückschlagventil (45) und stromauf dieses Rückschlagventils ein Windkessel (44) vorgesehen sind.

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