DE4203121C2 - Zweistufige Kraftstoffpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Elektrisch betriebene Kraftstoffpumpen werden zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen eingesetzt. In neuerer Zeit ist es üblich, diese Kraftstoffpumpen im Inneren des Kraftstofftankes des Fahrzeuges anzuordnen, manchmal innerhalb eines vertikalen Behälters, der Kraftstoff empfängt, der aus einem Kreis mit einem Druckentlastungs- und Rückführventil zurückläuft. In Gegenden, in denen zumindest zeitweise hohe Temperaturen herrschen, wirft das Fördern von heißem Kraftstoff Schwierigkeiten auf, da der Kraftstoff die Tendenz hat, zu verdampfen. Dies trifft insbesondere für leichteren Kraftstoff zu, der Alkohol oder andere leichte Zusätze enthalten kann. Wenn eine Kraftstoffpumpe einen Ansaugdruck auf flüssigen Kraftstoff, insbesondere heißen Kraftstoff ausübt, tendiert der Kraftstoff zum Verdampfen. Dampf in einer Pumpe verringert deren Wirkungsgrad beträchtlich. Wenn ein Fahrzeug in der heißen Sonne steht, kann die Temperatur im Kraftstofftank bis in die Nähe des Siedepunktes ansteigen.

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten und aus Wirkungsgradgründen sieht eine neuere Entwicklung vor, zwei Pumpen in Reihe zu schalten, d. h. eine erste Pumpe, die Kraftstoff aus dem Tank ansaugt und den Kraftstoff an eine zweite Pumpe abgibt, die den Kraftstoff zur Brennkraftmaschine fördert.

Eine derartige Kraftstoffpumpe, die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zugrundeliegt, ist aus der US-PS 4 336 002 bekannt. Bei dieser Kraftstoffpumpe ist in dem radial äußeren Ringkanal des Einlaßgehäuses eine Dampfauslaßöffnung vorgesehen, die zur Saugseite der Kraftstoffpumpe bzw. zum Kraftstofftank führt.

Aus der EP 252 616 A2 und der GB 2 134 598 A sind zweistufige Kraftstoffpumpen bekannt, bei denen jeweils Dampfauslaßöffnungen in einem zentralen Bereich vorgesehen sind, die über ringförmige Gleitspalte mit den Pumpräumen verbunden sind, so daß in diesen zentralen Bereichen ein entsprechender Niederdruck (Atmosphärendruck) herrscht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß die Gefahr von Dampfblasenbildung weiter verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffpumpe ist die Dampfauslaßöffnung in einer zentralen Kammer radial innerhalb der beiden Ringkanäle angeordnet und über eine Strömungsverbindung mit dem zweiten (also radial inneren) Ringkanal verbunden. Diese Dampfauslaßöffnung in der zentralen Kammer kann als einzige Dampfauslaßöffnung oder zusätzlich zu einer in dem ersten (radial äußeren) Ringkanal vorgesehenen Dampfauslaßöffnung vorgesehen werden.

Gemäß der Erfindung ist somit die Dampfauslaßöffnung mit der Druckseite der ersten Pumpenstufe verbunden. Da im Betrieb der flüssige Kraftstoff durch die Zentrifugalwirkung radial nach außen gedrückt wird, drückt der flüssige Kraftstoff seinerseits im Kraftstoff vorhandene Dampfblasen radial nach innen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß Dampfblasenbildung im System weitestgehend vermieden wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine zweistufige Kraftstoffpumpe;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht einer Seite eines Läufers der ersten Pumpenstufe;

Fig. 4 eine Ansicht der anderen Seite des Läufers der ersten Pumpenstufe,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Ablenkplatte;

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Ablenkplatte entlang der Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Pumpen-Einlaßgehäuse, das eine Modifikation des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 hinsichtlich der Dampfabführung darstellt;

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 7;

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein Pumpen-Einlaßgehäuse, das eine zweite Modifikation hinsichtlich der Dampfabführung darstellt;

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 in Fig. 9;

Fig. 11 eine dritte Modifikation eines Pumpen-Einlaßgehäuses;

Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie 12-12 in Fig. 11;

Fig. 13 eine vierte Modifikation eines Pumpeneinlaßgehäuses;

Fig. 14 einen Querschnitt entlang der Linie 14-14 in Fig. 13.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Kraftstoffpumpe mit einem Einlaßgehäuse 20 an einem Ende und einem Auslaßgehäuse 22 am anderen Ende. Derartige Pumpen werden üblicherweise in vertikaler Ausrichtung in einem Fahrzeug-Kraftstofftank angebracht, wobei das Einlaßgehäuse sich am Boden befindet. Direkt angrenzend am Einlaßende befindet sich ein Abstandsring 24, der neben einem plattenförmigen Einlaßgehäuse 26 für die Hauptpumpe angeordnet ist. Am Einlaßgehäuse 26 ist durch Schrauben 32 ein Gehäuse 30 für die Hauptpumpe angebracht.

Ein zylindrischer Magnetflußring 34 sitzt mit einem Ende in einer ringförmigen Ausnehmung 36 des Einlaßgehäuses 26 und mit dem anderen Ende mit einer ringförmigen Ausnehmung 38 des Auslaßgehäuses 22. Die gesamte Anordnung ist in einem Mantel 40 eingekapselt, der mit nach innen gedrehten Enden 42, 44 am Einlaßgehäuse 20 und Auslaßgehäuse 22 versehen ist. Ein als Dichtring dienender O-Ring 46 liegt unter dem einwärts gedrehten Ende 44. Zwischen einem schrägverlaufenden, vorstehenden, ringförmigen Rand 50 und einer Ringnut 52 mit einem konischen Außendurchmesser in dem Einlaßgehäuse 26 befindet sich ein als Dichtring dienender O-Ring. Die zweifache Schräge des Randes 50 und der Ringnut 52 drückt den O-Ring nach außen gegen den Mantel 40. Diese Anordnung vermeidet die Notwendigkeit einer Nut in einem Gußteil, und die Dichtung verhindert, daß Auslaßdruck in den Pumpbereich zurückgelangt.

Das Auslaßgehäuse 22 ist mit einem herkömmlichen Auslaßnippel 60 sowie Bürsten 62, 64 versehen, die am Kommutator eines Ankers 70 anliegen, der innerhalb von Permanentmagneten 72 arbeitet. Der Anker 70 besitzt eine Lagerwelle 74, die in einer Buchse 76 in einer zentralen Ausnehmung des Auslaßgehäuses 22 umläuft. Die Bürsten 62, 64 sind mit Anschlüssen 78, 80 versehen.

Am anderen Ende des Ankers 70 befindet sich eine Welle 82, die durch eine Öse 84 und eine Drehrichtung 86 verläuft, die den Läufer einer Pumpe 90 zugewandt ist, die als Hauptpumpe dient und eine Gerotorpumpe sein kann, welche sich in dem Pumpengehäuse 30 befindet. Der innere Läufer 91 der Pumpe 90 innerhalb des äußeren Läufers 92 sitzt vorzugsweise mit Preßsitz auf der Welle 82, und die Welle 82 ist in dem Einlaßgehäuse 26 drehbar gelagert. Zwischen den Magneten 72 und der Pumpe 90 befindet sich ein hohler flexibler Torus 94, der als Impulsdämpfer dient.

Zurück zum Einlaßgehäuse 20. Das Einlaßgehäuse 20 bildet eine Seite einer Seitenkanalpumpe, die als erste Pumpenstufe bezeichnet werden kann und der Kraftstoff an die als Hauptpumpe dienende Pumpe 90 abgibt. Das Einlaßgehäuse 20 besitzt einen ersten Ringkanal 100, der mit einem Einlaß 102 in einem Ansatz 104 verbunden ist. Ein entsprechender Ansatz ist in Fig. 8 mit 204, in Fig. 10 mit 304 und in Fig. 12 mit 404 bezeichnet. Eine Dampfauslaßöffnung 106 ist außermittig zu einer zentralen Ausnehmung 108 angeordnet, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Eine zweite Dampfauslaßöffnung 110 befindet sich in der Nähe des Auslasses 112 (Fig. 2), der zu dem Ringkanal 126 führt.

Der Abstandsring 24 besitzt unmittelbar neben dem Einlaßgehäuse 20 einen sich verjüngenden zentralen Flansch 116, der in den Hohlraum oberhalb des Einlaßgehäuses 20 vorsteht. Innerhalb des Hohlraumes 118, der von dem Flansch 116 gebildet und mit einer gekrümmten Wand versehen ist, befindet sich ein Läufer der Seitenkanalpumpe, der die Form eines Torus von halbkreisförmigem Querschnitt besitzt und mit inneren radialen Schaufeln 121 versehen ist, wie in Fig. 4 zu sehen ist. Der Läufer 120, von der Schaufelseite aus in Fig. 4 gesehen, besitzt vier zentrale Viertelsegmente, von denen jedes mit einem Durchlaß in Form eines gekrümmten Schlitzes 122 nahe an einem inneren Rand 124 versehen ist. Die Schlitze 122 münden in den Raum innerhalb des Flansches 116. Die Schlitze 122 sind ferner radial zu einem zweiten Ringkanal 126 in Form einer Ausnehmung in der inneren Stirnfläche des Einlaßgehäuses 20 ausgerichtet. Zusätzliche Durchlässe in Form gekrümmter Schlitze 130 münden an einem Ende in einer um die Welle 82 verlaufenden flachen Ausnehmung 131 und am anderen Ende auf der Schaufelseite des Läufers 120 in der Ausnehmung 108 des Einlaßgehäuses 20. Der zentrale Achsabschnitt 132 (Fig. 4) des Läufers 120 besitzt eine Öffnung 133 für die Antriebsverbindung mit einem flachen Ende 134 an der Welle 82. Das Material im Läufer 120 zwischen dem zentralen Achsabschnitt 132 und den Schaufelzwischenräumen dient somit als "Speichen" für den Antrieb des Läufers 120.

Auf einer Seite des Flansches 116 befindet sich eine Ausnehmung 140 unmittelbar neben dem Einlaßgehäuse 26, das mit einem zentralen Ansatz 142 versehen ist. Ein Siebfilter 150 ist zentral auf dem Ansatz 142 angebracht, und sein Außenumfang liegt eben an dem plattenförmigen Einlaßgehäuse 26 an, das mit einer ausgesparten Wand hinter dem Siebfilter versehen ist. Das Filtersieb 150 wird gegen das Gehäuse 26 durch eine weitwinklige konische Ablenkplatte 160 angedrückt, die in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Ein zentrales Loch 162 mit einem einwärts gedrehten Flansch 163 nimmt die Ablenkplatte 160 ebenfalls auf dem Ansatz 142 mit Preßsitz auf, wodurch der Flansch 163 auf dem Ansatz 142 durch einen scharfen Rand gehalten wird, der sich in den Ansatz 142 eingräbt. Ein axial äußerer Flansch 164 ist einwärts gekrümmt an in Umfangsrichtung regelmäßig beabstandeten Zwischenräumen 166, um in Umfangsrichtung verteilte Fenster 168 zu bilden.

Die Ausnehmungen unter den einwärts gekrümmten Abschnitten 166 können als Schmutzfallen dienen.

Wenn die Kraftstoffpumpe arbeitet und der Anker umläuft, treibt die Welle 82 den inneren Läufer 91 der Gerotorpumpe an, der mit Preßsitz auf der Welle 82 angebracht ist. Der Läufer 120 der ersten Pumpenstufe wird ebenfalls von der Welle 82 mit der gleichen Drehzahl angetrieben.

Eine Aufgabe der oben beschriebenen mehrstufigen Pumpenanordnung besteht darin, so viel Dampf wie möglich aus dem System zu entfernen, wenn die Umgebungstemperatur und die Kraftstofftemperatur hoch sind. Der Zweck der als erste Stufe dienenden Seitenkanalpumpe besteht somit darin, dampffreien flüssigen Kraftstoff an die Hauptpumpe abzugeben. Üblicherweise sollte die erste Pumpenstufe eine um 60% größere Kapazität als die Hauptpumpe haben; die überschüssige Kapazität wird jedoch vollständig als Dampf bzw. in eine Entlastungsphase abgeführt.

Eine Eigenschaft der Seitenkanalpumpe besteht darin, einen Primärdruck in dem Ringkanal 100 (Fig. 2), dem Auslaß 112, dem Ringkanal 126 und den Schlitzen 122 zu entwickeln, die zu dem Strömungskanal vor und am Umfang der konischen Ablenkplatte 160 führen, wo das Strömungsmittel in die Fenster 168 (Fig. 1 und 6) eintritt und die Einlaßseite der Pumpe 90 erreicht. Dieser Primärdruck erreicht außerdem den mit einer gekrümmten Wand versehenen Hohlraum 118 unter dem Flansch 116. Der unter der ringförmigen Ablenkplatte 160 herrschende Druck drückt den Läufer 120 gegen das Einlaßgehäuse 20. Wenn der Läufer 120 abhebt, entwickelt sich unter dem Flansch 116 ein äußerer Druck, der den Läufer 120 niederdrückt. Der Flansch 116 kann bei entsprechender Bemessung eine mechanische Begrenzung für die Abhebebewegung des Läufers 120 bilden, bei Vollastbetrieb sollte jedoch auch der Druck auf der Außenseite des Läufers 120 und auf der Innenseite im wesentlichen gleich sein, so daß keine Berührung mit dem Flansch 116 und somit keine Abnutzung eintreten.

Eine weitere Eigenschaft der Seitenkanalpumpe ist in der radial auswärts verlaufenden Krümmung der Schlitze 122 zu sehen, die die radial auswärts gerichtete Strömung des Kraftstoffes zum Umfang der Ablenkplatte 160 unterstützt. Der reine (d. h. flüssige) Kraftstoff bewegt sich nach außen, und Dampf oder Luft werden radial nach innen getrieben, wo sie in die flache Ausnehmung 131 eintreten und durch die axialen Durchlässe 130 zur Ausnehmung 108 gelangen. Die konisch geformte Ablenkplatte 160 dient ferner dazu, den flüssigen Kraftstoff nach außen zu bewegen, während sie die leichteren Dampfanteile zu der zentralen Ausnehmung 131 treibt. Der Dampf kann die Pumpe durch die axiale Dampfauslaßöffnung 106 verlassen. Es kann somit eine konstante Dampfabscheidung erfolgen, während die erste Pumpe flüssigen Kraftstoff an die zweite Pumpe abgibt. Diese Dampfentlüftung ist von Bedeutung insbesondere in Bereichen, in denen die Außentemperatur z. B. 27°C bis 49°C erreicht.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Hilfs-Dampfauslaß 110 am Innenradius des Ringkanales 100 neben dem Auslaß 112 gezeigt. Auch hier treibt der flüssige Kraftstoff den Dampf zur Innenseite des Ringkanals, wo er den Dampfauslaß 110 erreicht. Das Siebfilter befindet sich zwischen der ersten und zweiten Pumpenstufe, um Fremdkörper aus dem Kraftstoff auszufiltern. Eine in Fig. 2 zu sehende Rampe 113 radial außerhalb des Ringkanals 100 treibt Luft und Dampf zur Innenseite, während der flüssige Kraftstoff zur Außenseite fließt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Modifikation des Einlaßgehäuses 20 hinsichtlich der Dampfauslässe. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Einlaßgehäuse 220 einen Ringkanal 200, einen Ringkanal 226 und eine zentrale flache Ausnehmung 208 innerhalb des Ringkanals 226 zum Ansammeln von Dampf, der durch eine zentrale Auslaßöffnung 206 entweichen kann. Ein zusätzlicher Dampfauslaß 210 kann zur Innenseite des Ringkanals 200 hin angeordnet werden, und dieser Dampfauslaß bildet einen Auslaßweg für den Dampf, wenn der zentrifugal nach außen fliegende flüssige Kraftstoff den mitgenommenen Dampf nach innen treibt.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eeine zweite Modifikation, bei der das Einlaßgehäuse 320 einen Ringkanal 300 besitzt, der in Umfangsrichtung zu einem inneren Ringkanal 326 führt. Zwischen dem Ringkanal 326 und der flachen zentralen Ausnehmung 308 befindet sich eine zentral angeordnete Trennwand 330, die an ihrem Rand mehrere radiale Durchlässe 334 besitzt, die zur letzten Hälfte des Ringkanal 326 hin angeordnet sind. Die Durchlässe 334 lassen den Dampf in den Ringkanal 326 abströmen, wo wiederum die Zentrifugalkraft den flüssigen Kraftstoff zur Außenseite des Ringkanals 326 und den Dampf zu den Anlässen auf der Innenseite des Ringkanals 326 bewegt. Eine zentrale axiale Dampfauslaßöffnung 306 führt den Dampf nach außen ab.

Das in den Fig. 11 und 12 dargestellte Einlaßgehäuse 420 besitzt einen Einlaß 402 und einen Ringkanal 400, der zu dem einwärts gerichteten Kanal innerhalb der ansteigenden Rampe 413 verläuft. Die Dampfauslaßöffnung 406 befindet sich zentral innerhalb der Kammer 408.

Der Dampf erreicht die zentrale Kammer 408 in der gleichen Weise, wie er in Fig. 1 die Kammer 108 erreicht.

Die Fig. 13 und 14 zeigen noch eine Modifikation des Einlaßgehäuses 520 hinsichtlich der Dampfabführung. Der Dampf erreicht die zentrale Kammer 508 vom Pumpenauslaß aus, wie in Fig. 1 dargestellt. Eine relativ große zentrale Öffnung 506 in der Wand der Kammer 508 mündet in einem Ventilkäfig 540, in dem sich eine Ventilplatte 542 befindet. Die Ventilplatte 542 wird von einer Schraubenfeder 544 in Richtung auf die Öffnung 506 gedrückt. Die Platte 542 besitzt eine kleine Zentralöffnung 550, die sehr viel kleiner als die Öffnung 506 ist. Der Käfig 540 ist bei 552 offen. Die Öffnung 550 ist ein Dampfauslaß, der wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen funktioniert. Die federbelastete Platte kann sich jedoch öffnen, um eine überschüssige Fördermenge der ersten Pumpenstufe abzulassen und die Pumpenlast zu verringern. Wenn kein Dampf vorhanden ist, verringert das Ventil beständig die Motorlast und den Strombedarf. Wenn Dampf auftritt, schließt sich die Ventilplatte, und der Dampf wird durch das Loch 550 abgeführt. Das Ventil verringert die auf den Läufer der Seitenkanalpumpe ausgeübte axiale Druckkraft und mindert somit die Abnutzung des Läufers beträchtlich. Dies hält den Strombedarf auf einem Minimum.

Claims (6)

1. Elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe mit zwei Pumpenstufen in Reihenanordnung zur Abgabe von Kraftstoff an eine Brennkraftmaschine, mit einem Einlaßgehäuse, dem Kraftstoff zuführbar ist und das eine Stirnfläche mit einem ersten Ringkanal der als Seitenkanalpumpe ausgebildeten ersten Pumpenstufe aufweist, der an einem ersten Ende mit einem Kraftstoffeinlaß und an einem zweiten Ende mit einem Kraftstoffauslaß verbunden ist, wobei der Kraftstoffauslaß einen radial innerhalb des ersten Ringkanals im Einlaßgehäuse angeordneten und mit diesem verbundenen zweiten Ringkanal umfaßt, mit einem Abstandsring, der angrenzend an der Stirnfläche des Einlaßgehäuses angeordnet und mit einem Ringraum versehen ist, und mit einem in dem Ringraum angeordneten, antreibbaren Pumpenläufer der ersten Pumpenstufe, der dem ersten Ringkanal gegenüberliegend beschaufelt ist und Auslaßkanäle aufweist, die den zweiten Ringkanal des Einlaßgehäuses mit dem Ringraum des Abstandsringes zur Zufuhr des Kraftstoffs zu der zweiten Pumpenstufe verbinden, wobei das Einlaßgehäuse eine Dampfauslaßöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Einlaßgehäuse (20, 220, 320, 420, 520) radial innerhalb des zweiten Ringkanals (126; 226; 326; 426; 526) eine mit der Dampfauslaßöffnung (106; 206; 306; 406; 506) versehene zentrale Kammer (108; 208; 308; 408; 508) angeordnet ist, die über eine Strömungsverbindung (122, 140, 131, 130; 334) mit dem zweiten Ringkanal (126) verbunden ist.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein radialer Durchlaß zwischen dem ersten Ringkanal (100; 200; 300; 400; 500) und dem zweiten Ringkanal (126; 226; 326; 426; 526) einen rampenförmigen Abschnitt (113; 213, 313, 413, 513) umfaßt, der den flüssigen Kraftstoff radial nach außen und dadurch Kraftstoffdampf radial nach innen drückt.

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkanäle (122) des Pumpenläufers (120) nach außen gekrümmt sind, um Kraftstoff von dem Pumpenläufer (120) nach radial außen zu der zweiten Pumpe zu lenken.

4. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennwand (330) zwischen dem zweiten Ringkanal (326) und der zentralen Kammer (308) mit in Umfangsrichtung verteilten, die Strömungsverbindung bildenden radialen Durchlässen (334) versehen ist, die mit der zentralen Kammer (326) verbunden sind.

5. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung durch die Auslaßkanäle (122) des Pumpenläufers (120), den Ringraum (Ausnehmung 140) des Abstandsringes (24) und Durchlässe (130) im Pumpenläufer (120) verläuft.

6. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Dampfauslaßöffnung (506) ein Ventil vorgesehen ist, das eine elastisch angedrückte Ventilplatte (542) mit einer kleinen Öffnung (550) zum Ableiten von Dampf aus den zentralen Kammer (508) aufweist, wobei die Ventilplatte (542) bei Überdruck entgegen der Vorspannung öffnet, um von dem Pumpenläufer (120) zuviel geförderte Flüssigkeit abzuleiten.