DE4343078A1 - Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine, nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen aus der US-PS 4 591 311 be­ kannten Förderaggregat treibt ein elektrischer Antriebsmotor das Laufrad einer als Peripheralpumpe ausgebildeten Förderpumpe rotie­ rend an. Das in einer zylindrischen Pumpkammer umlaufende scheiben­ förmige Laufrad weist dabei einen Kranz von an seinen beiden axial gerichteten Stirnflächen endenden, in Umfangsrichtung des Laufrades mit Abstand voneinander angeordneten Schaufeln auf. In den die Pump­ kammer stirnseitig begrenzenden Kammerwänden sind in Hohe der axial weisenden Schaufelenden teilringförmig um die Drehachse des Laufra­ des verlaufende Förderkanäle angeordnet, die von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung der Pumpkammer führen, wobei die Einlaßöff­ nung in einer durch einen die Pumpe verschließenden Ansaugdeckel ge­ bildeten ersten Kammerwand und die Auslaßöffnung in einer durch ei­ nen Zwischendeckel zum Antriebsmotor gebildeten zweiten Kammerwand an­ geordnet ist. Dabei wird während des Betriebs der bekannten Förder­ pumpe der Kraftstoff über die Einlaßöffnung in die Pumpkammer angesaugt und weiter über den Förderkanal unter einer Er­ höhung des Kraftstoffdruckes infolge des Impulsaustausches zwischen dem im Laufrad beschleunigten und dem im Förderkanal umlaufenden Kraftstoff zur Auslaßöffnung gefördert, von wo aus er zur zu versor­ genden Brennkraftmaschine weitergeleitet wird.

Um dabei auch bei einem hohen Gasblasenanteil im angesaugten Kraft­ stoff, insbesondere bei heißem Kraftstoff, ein ungedrosseltes Ein­ strömen der benötigten Kraftstoffmenge in den Förderkanal zu ermög­ lichen weist der Förderkanal der bekannten Kraftstofförderpumpe an seinem die Einlaßöffnung überdeckenden Ende einen vergrößerten Quer­ schnitt auf, der sich im Anschluß an die Einlaßöffnung über eine Stufe auf einen kleineren Querschnitt verringert, der sich dann kon­ stant über einen Winkelbereich von etwa 70° erstreckt. Im Anschluß an diesen konstanten Bereich verringert sich der Querschnitt des Förderkanals über eine zweite Stufe noch einmal auf einen kleineren Wert, der sich dann wiederum konstant bis zum Bereich der Auslaßöff­ nung fortsetzt. Dabei ist für eine Abführung der Gasblasen aus dem Förderkanal eine mit einem Niederdruckraum verbundene Entgasungsboh­ rung in dem ersten konstanten Bereich des Förderkanals vorgesehen, die in geringem Abstand zur zweiten Stufe in diesen mündet.

Das bekannte Förderaggregat weist dabei jedoch den Nachteil auf, daß die in den Förderkanal angesaugten Gasblasen nicht vollständig abge­ baut bzw. über die Entgasungsbohrung abgeführt werden können und so die Fördercharakteristik insbesondere bei heißem Kraftstoff negativ beeinflussen sowie den Wirkungsgrad der Pumpe verringern.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Aggregat zum Fordern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vorteil, daß der in den Förderkanal einströmende Kraftstoff im Be­ reich der kontinuierlichen Querschnittsverringerung in Verbindung mit der Druckerhöhung der umlaufenden Zirkulationsströmung gleich­ mäßig komprimiert wird, so daß die vorhandenen Gasblasen infolge der Druckerhöhung rasch und sicher abgebaut werden können. Die kontinu­ ierliche Querschnittsverringerung des Förderkanals hat dabei gegen­ über der bekannten Pumpe vor allem den Vorteil, daß dem infolge des Abbaus der Gasblasen bzw. der Lufteinschlüsse geringeren Kraftstoff­ volumen entsprochen wird, was das erneute Entstehen von Hohlräumen infolge eines unbenötigten Totvolumens im Förderkanal vermeidet. Dabei ist es besondere vorteilhaft, den durch die Querschnittsver­ ringerung entstandenen Kompressionskanal über einen Winkelbereich von etwa 90 bis 130° zu erstrecken, wobei sich der Querschnitt des Förderkanals dabei um den Faktor 2 verringert. Dieses Maß der Querschnittsverringerung entspricht dabei dem Kraftstoffvolumen ei­ nerseits bei geringem Druck an der Einlaßöffnung und andererseits bei erhöhtem Druck am Ende des Kompressionskanals, so daß Toträume si­ cher vermieden werden können, wobei der im Anschluß an den Kompres­ sionskanal mit konstantem Querschnitt verlaufende Teil des Förder­ kanals nunmehr lediglich das ungehinderte Durchströmen von flüssigem Kraftstoff gewährleisten muß.

Der Querschnitt des Kompressionskanals kann sich dabei über eine li­ neare oder progressive Funktion verringern, wobei die lineare Ver­ ringerung vorzugsweise über eine Verringerung der Kanaltiefe er­ folgt. Der Übergang zum verbleibenden konstanten Förderkanalquer­ schnitt erfolgt dann über eine geringe Stufe, der zudem eine Entga­ sungsbohrung vorgeschaltet ist.

Die progressive Querschnittsverringerung erfolgt vorzugsweise über eine kontinuierliche Verringerung der Kanal tiefe und Kanalbreite mit einem stufenlosen Übergang zum konstanten Förderkanalquerschnitt.

Dabei kann dort infolge des sicheren Abbaus der Gasblasen auf eine Entgasungsbohrung im Förderkanal verzichtet werden, was den Vorteil hat, daß die über eine solche Bohrung aus dem Förderkanal abfließen­ de Leckmenge vermieden werden kann, was zu einer Erhöhung des Wir­ kungsgrades der Pumpe beiträgt. Um dennoch beim Start des Förderag­ gregates mit heißem Kraftstoff die in der Pumpe vorhandenen Gasbla­ sen sicher abführen zu können ist die Entgasungsbohrung dort in den verbleibenden Stegbereich zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung verlegt.

Um den verschiedenen Kanal- bzw. Laufradausführungen zu entsprechen ist die Anordnung des Kompressionskanals bei Pumpentypen mit gedros­ seltem Überströmverhalten zwischen den in den Kammerwänden angeord­ neten Förderkanälen auf den die Ansaugöffnung aufweisenden Kanal be­ schränkt um das Entstehen zusätzlicher Toträume am gegenüberliegen­ den Kanal zu vermeiden. An Pumpentypen, bei denen der an der Einlaß­ öffnung eintretende Kraftstoff ungedrosselt in den gegenüberliegen­ den Förderkanal gelangt ist der Kompressionskanal in beiden in den gegenüberliegenden Stirnkammerwänden angeordneten Förderkanälen vor­ gesehen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprü­ chen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Aggregats zum För­ dern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu einer Brennkraftmaschi­ ne sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 ein Kraftstofförderaggregat mit einer im Längsschnitt dargestellten Peripheralpumpe, die Fig. 2 und 3 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem linear im Querschnitt verrin­ gerten Kompressionskanal in zwei Ansichten, die Fig. 4 und 5 ein zweites Ausführungsbeispiel des Kompressionskanals in zwei Ansichten, dessen Querschnitt sich dort progressiv verringert, und die Fig. 6 und 7 vergrößerte Ausschnitte aus der Fig. 1 in denen jeweils die Anordnung des Kompressionskanals bei einem geschlossenen und offenen Laufrad dargestellt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein in der Fig. 1 dargestelltes Aggregat 1 dient zum Fördern von Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Vorratstank zu einer eben­ falls nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Dazu weist das Förderaggregat 1 eine als Peripheralpumpe ausgebildete Förderpumpe 3 auf, deren mit einer Vielzahl von sich radial nach au­ ßen erstreckenden Schaufeln 5 versehenes Laufrad 7 von einem nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotor mittels einer Welle 9 ro­ tierend angetrieben wird. Das umlaufende, vorzugsweise kreiszylin­ drische Laufrad 7 ist in einer Pumpkammer 11 angeordnet, die in Achsrichtung des Laufrades 7 beidseitig durch stirnseitige Pumpkam­ merwände begrenzt ist, von denen eine erste Pumpkammerwand 13 an ei­ nem die Förderpumpe 3 nach außen verschließenden Ansaugdeckel 12 und eine zweite Pumpkammerwand 16 an einem die Förderpumpe 3 zum An­ triebsmotor abgrenzenden Zwischendeckel 14 angeordnet ist, wobei in den Pumpkammerwänden 13, 16 jeweils eine einen Teilring von etwa 300° um die Drehachse des Laufrades 7 bildende Ausnehmung vorgesehen ist die zusammen mit dem Laufrad 7 einen Förderkanal 15 bilden, der von einer mit einem Ansaugstutzen 17 am Ansaugdeckel 12 verbundenen Einlaßöffnung 19 an seinem einen Ende zu einer Auslaßöffnung 21 im Zwischendeckel 14 an seinem anderen Ende führt, wobei der aus dem Förderkanal 15 austretende Kraftstoff im weiteren Verlauf das För­ deraggregat 1 durchströmt und an einem Druckstutzen 23 aus diesem austritt.

Die Fig. 2 zeigt den Verlauf des Förderkanals 15 im Ansaugdeckel 12.

Dabei weist der Förderkanal 15 dort, wie in der Fig. 3 in einem Schnitt entlang der Pfeile in Fig. 2 dargestellt, im Bereich der Einlaßöffnung 19 einen vergrößerten Querschnitt auf, der bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise durch eine Vergrößerung der Kanaltiefe im Ansaugdeckel 12 gebildet wird und der etwa um den Faktor 2 großer ist als der übliche Förder­ kanalquerschnitt im Bereich der Auslaßöffnung 21.

Dieser große Querschnitt am einlaßseitigen Ende des Förderkanals 15 ist dabei so ausgelegt, daß der bei hohen Temperaturen und relativ niedrigem Druck mit einem hohen Gasblasenanteil versehene Kraftstoff noch in genügenden Maße ungedrosselt in den Förderkanal 15 angesaugt werden kann.

Der Querschnitt des Förderkanals 15 verringert sich von seinem ein­ laßseitigen Ende aus kontinuierlich in Richtung auslaßseitiges Ende und bildet im Bereich dieser Querschnittsverringerung einen Kompres­ sionskanal 25, der sich über einen Winkelbereich von etwa 90 bis 130° vom einlaßseitigen Ende aus erstreckt. Dabei erfolgt diese kon­ tinuierliche Querschnittsverringerung des Kompressionskanals 25, der Bestandteil des Förderkanals 15 ist, im ersten Ausführungsbeispiel über eine lineare Verringerung der Kanaltiefe T bei im wesentlichen konstanter Kanalbreite B. An seinem der Einlaßöffnung 19 abgewandten Ende hat sich der Querschnitt des Kompressionskanals 25 auf das Maß des verbleibenden Förderkanalbereiches reduziert und geht am Über­ gang 27 in diesen über, wobei dem Übergang 27 eine Entgasungsbohrung 29 innerhalb des Kompressionskanals 25 vorgeschaltet ist, die von einem Niederdruckraum ausgeht und im Bereich des Kompressionskanals 25 in die Pumpkammer 11 mündet. Dabei kann der Übergang 27 vom Kom­ pressionskanal 25 in den verbleibenden Förderkanalbereich 15 mit konstantem Querschnitt alternativ auch über eine Stufe oder Kante erfolgen.

Wird der mit einem hohen Gasblasenanteil behaftete Kraftstoff nun entlang des Kompressionskanals 25 gefördert erhöht sich sein Druck stetig, was wiederum den Gasblasenanteil zurückgehen läßt, bis im Bereich des Übergangs 27 der Kraftstoffdruck derart angestiegen ist, daß alle Gasblasen komprimiert sind und der Querschnitt des Förder­ kanals 15 lediglich den Durchtritt des flüssigen Kraftstoffes ge­ währleisten muß, wobei die kontinuierliche Querschnittsverringerung des Kompressionskanals 25 dabei den bei abnehmendem Druck abnehmen­ den Raumbedarf des Kraftstoffes berücksichtigt.

Eventuell verbleibende Restgasblasen insbesondere bei Heißstart des Aggregates 1 werden dabei über die Entgasungsbohrung 29 am Ende des Kompressionskanals 25 sicher abgeführt.

Das in den Fig. 4 und 5 analog zur Darstellung der Fig. 2 und 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Ausgestaltung der kontinuier­ lichen Querschnittsverringerung des Kompressionskanals 25 und der Anordnung der Entgasungsbohrung 29.

Dabei verringert sich der Querschnitt des Kompressionskanals 25 dort über eine progressive Verringerung der Kanalbreite B und der Kanal­ tiefe T, wobei der Übergang vom Kompressionskanal 25 in den im Quer­ schnitt konstanten Förderkanalbereich 15 dabei stufenlos ausgeführt ist.

Durch diese Ausgestaltung des Kompressionskanalquerschnittes können in diesen einströmende Gasblasen mit Sicherheit abgebaut werden, so daß die für eine Abführung der Gasblasen beim Start des Aggregates 1 benötigte Entgasungsbohrung 29 im zweiten Ausführungsbeispiel in den Bereich eines zwischen der Einlaßöffnung 19 und der Auslaßöffnung 21 verbleibenden Steges 31 verlegt werden kann.

Dabei weist insbesondere das zweite Ausführungsbeispiel den Vorteil auf, daß eine größt mögliche Querschnittsverringerung bei noch guter Zirkulationsströmung des Kraftstoffes im Förderkanal 15 erreicht wird.

Bei dem in der Fig. 6 gezeigten vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 weist das Laufrad 7 einen an die radialen Enden der Schaufeln 5 angrenzenden Ring 33 auf, der das Laufrad 7 radial verschließt. Der Förderkanal 15 erstreckt sich dort lediglich über den Bereich der freien Schaufelenden, wobei die zwischen den einzelnen Schaufeln 5 gebildeten Schaufelkammern 35 in Richtung Laufradachse durch zwei sich in der Mitte der Laufradbreite schneidende konkave Zylinderman­ telflächen 37 begrenzt sind, so daß dort nur ein geringer Durch­ strömquerschnitt am Laufrad 7 gebildet ist über den der Kraftstoff vom die Einlaßöffnung 19 aufweisenden Förderkanal 15 im Ansaugdeckel 12 in den die Auslaßöffnung 21 aufweisenden Förderkanal 15 im Zwi­ schendeckel 14 überströmen kann. Um dabei keine zusätzlichen Tot­ räume im Förderkanal 15 im Zwischendeckel 14 infolge einer langsamen Kraftstoffbefüllung zu schaffen, ist der Kompressionskanal 25 dort nur am Förderkanal 15 im Ansaugdeckel 12 vorgesehen.

Ist der Durchströmquerschnitt am Laufrad 7 alternativ dazu so groß ausgeführt, daß der durch die Einlaßöffnung 19 in den Förderkanal 15 im Ansaugdeckel 12 einströmende Kraftstoff ungedrosselt über das Laufrad 7 in den Förderkanal 15 im Zwischendeckel 14 überströmen kann, ist auch im Förderkanal 15 des Zwischendeckels 14 ein Kompres­ sionskanal 25 vorgesehen, der dem Kompressionskanal 25 im Förderka­ nal 15 des Ansaugdeckels 12 gegenüberliegt.

Gegenüber der Fig. 6 weist das in der Fig. 7 dargestellte offene Laufrad 7 einen zusätzlichen Überströmquerschnitt zwischen seinem radialen Ende und der Pumpkammerwand auf, über das sich der an der Einlaßöffnung 19 in die Pumpkammer 11 einströmende Kraftstoff unge­ drosselt und rasch vom Förderkanal 15 im Ansaugdeckel 12 in den För­ derkanal 15 im Zwischendeckel 14 fortsetzen kann, so daß beide För­ derkanäle gleich befüllt werden, weshalb dort an beiden Förderkanä­ len 15 einander symmetrisch gegenüberliegend Kompressionskanäle 25 vorgesehen werden.

Claims (11)

1. Aggregat zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zu ei­ ner Brennkraftmaschine, mit einem in einer Pumpkammer (11) umlaufen­ den scheibenformigen Laufrad (7), an dessen Umfang eine Vielzahl von sich radial nach außen erstreckenden Schaufeln (5) angeordnet sind und mit wenigstens einem in einer die Pumpkammer (11) stirnseitig begrenzenden, axial an das Laufrad (7) angrenzenden Kammerwände (13, 16)′ im Bereich der Schaufeln (5) des Laufrades (7) angeordneten, zum Laufrad (7) hin offenen Förderkanal (15)′ der sich über einen Teilring um die Drehachse des Laufrades (7) von einer Einlaßöffnung (19) in die Pumpkammer (11) zu einer Auslaßöffnung (21) aus dieser erstreckt und im Verlauf zwischen Einlaßöffnung (19) und Auslaßöff­ nung (21) einen unterschiedlichen Durchströmquerschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Förderkanals (15) von dessen die Einlaßöffnung (19) überdeckenden Ende in Rich­ tung auslaßseitiges Ende zunächst unter Bildung eines Kompressions­ kanals (25) über einen bestimmten Winkelbereich kontinuierlich ver­ ringert und nach Erreichen eines bestimmten Wertes kostant bis an das die Auslaßöffnung (21) überdeckende Ende des Förderkanals (15) fortsetzt.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der am einlaßseitigen Ende des Förderkanals (15) beginnende Kompressionska­ nal (25) vorzugsweise über einen Winkelbereich von etwa 90 bis 130° in Richtung Auslaßöffnung (21) erstreckt, wobei sich der gesamte Förderkanal (15) um etwa 300° um die Achse des Laufrades (7) er­ streckt.

3. Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kompressionskanals (25) an seinem die Einlaßöffnung (19) überdeckenden Ende wenigstens um den Faktor 2 größer ist, als an seinem der Einlaßöffnung (19) abgewandten, an den verbleibenden Förderkanal (15) angrenzenden Ende.

4. Aggregat nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Kompressionskanals (25) über eine lineare Verringerung der Kanaltiefe (T) senkrecht zur Kammerwand verringert.

5. Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kom­ pressionskanal (25) über einen vorzugsweise als Stufe ausgebildeten Übergang (27) in den im Querschnitt konstanten Bereich des Förderka­ nals (15) übergeht.

6. Aggregat nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Kompressionskanals (25) über eine progres­ sive Verringerung der Tiefe (T) und Breite (B) des Kanals in Rich­ tung verbleibender Förderkanal (15) verringert und nach Erreichen dessen Querschnitts kontinuierlich in diesen übergeht.

7. Aggregat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das der Einlaßöffnung (19) abgewandte Ende des Kompressionskanals (25) eine mit einem Niederdruckraum verbundene Entgasungsbohrung (29) mündet.

8. Aggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einlaßseitigen Ende und dem auslaßseitigen Ende des Förderkanals (15) im Ansaugdeckel (12) in Höhe der Schaufeln (5) des Laufrades (7) ein Steg (31) verbleibt, in dem eine mit einem Niederdruckraum verbundene Entgasungsbohrung (29) vorgesehen ist.

9. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der radial auswärts weisenden Umfangsfläche des Laufrades (7) und der Wand der Pumpkammer (11) ein Überströmquerschnitt verbleibt, über den der Kraftstoff nahezu ungedrosselt von dem die Einlaßöff­ nung (19) aufweisenden Förderkanal (15) in einer ersten Kammerwand (13) in den diesem symmetrisch gegenüberliegenden Förderkanal (15) in einer zweiten, die Auslaßöffnung (21) aufweisenden Kammerwand (16) überströmen kann, wobei dabei an beiden Förderkanälen (15) ein­ ander symmetrisch gegenüberliegend jeweils ein Kompressionskanal (25) vorgesehen ist.

10. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial auswärts weisenden Enden der Schaufeln (5) des Laufrades (7) mittels eines das Laufrad (7) radial umschließenden Ringes (33) miteinander verbunden sind und daß die sich über den Bereich der freien Schau­ felenden erstreckenden Förderkanäle (15) in den Pumpkammerwänden (13, 16) über einen geringen Durchströmquerschnitt am Laufrad (7) hydraulisch miteinander verbunden sind, wobei nur in dem die Einlaß­ öffnung (19) aufweisenden Förderkanal (15) ein Kompressionskanal (25) vorgesehen ist.

11. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial auswärts weisenden Enden der Schaufeln (5) des Laufrades (7) mittels eines das Laufrad (7) radial umschließenden Ringes (33) miteinander verbunden sind und daß die sich über den Bereich der freien Schau­ felenden erstreckenden Förderkanäle (15) in den Pumpkammerwänden (13, 16) über das Laufrad (7) hydraulisch miteinan­ der verbunden sind, wobei dabei an beiden Förderkanälen (15) einan­ der gegenüberliegend jeweils ein Kompressionskanal (25) vorgesehen ist.