DE4441746A1 - Kraftstoffpumpe mit Impulsdämpfer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, die mit einem Impulsdämpfer versehen ist.

Als Rotationspumpen ausgebildete Kraftstoffpumpen, die von einem elektrischen Motor angetrieben werden, werden seit einigen Jahren in einigen Fahrzeugen entweder als ursprüng­ liche Ausrüstung oder als Sonderausstattung eingesetzt, um das ursprüngliche Kraftstoff-Zuführsystem zu unterstützen. Die Pumpe und der Motor sind häufig in einem gemeinsamen Ge­ häuse untergebracht, wie dies beispielsweise in der US- 4,401,416 dargestellt ist.

Da die Kraftstoffpumpen häufig in dem Kraftstofftank des Fahrzeugs untergebracht sind, ist der Geräuschfaktor extrem wichtig. Eine unter Last arbeitende Pumpe erzeugt normaler­ weise mehr Geräusch, und dies kann als Summgeräusch für die Insassen des Fahrzeugs in unangenehmer Weise hörbar sein.

Bei dem Pumpenzyklus gibt normalerweise eine Pumpenzelle Kraftstoff ab, während eine andere Pumpenzelle Kraftstoff ansaugt. Mit anderen Worten stehen die Einlaß- und Auslaß- Druckwellen zeitlich zueinander in Beziehung, und norma­ lerweise ist die Menge der von jeder Zelle abgegebenen Flüssigkeit gleich der Menge der von einer anderen Zelle angesaugten Flüssigkeit. Es wurde festgestellt, daß Druck­ wellen bzw. -impulse bei allen Betriebsdrücken sowohl am Einlaß wie auch am Auslaß vorhanden sind.

Es ist eine typische Eigenschaft einer Verdrängerpumpe, ge­ ringfügige Druckimpulse jedesmal dann zu erzeugen, wenn eine der Schaufeln ihren Pumpzyklus durchläuft. Beispielsweise erzeugt eine Rollenschaufelpumpe ein hörbares Summgeräusch, wenn sie bei Systemdruck arbeitet. Dieses Geräusch neigt dazu, größer zu werden, wenn der Auslaßdruck größer wird.

Man muß diesen extremen Druckunterschied zwischen der Ein­ lag- und Auslaßseite der Pumpe berücksichtigen und sich mit ihm befassen. Beispielsweise herrscht in dem Einlaßbereich ein durchschnittlicher Druck in der Nähe des Atmosphären­ drucks, und der durchschnittliche Druck des Auslaßbereichs ist wesentlich höher, z. B. 4,1 bar (60 psig) oder mehr, je nach der Druckerfordernis der Pumpe.

Es ist wünschenswert, Druckimpulse zu verringern bzw. zu eliminieren, um für eine glatte, impulsfreie Strömung im Auslaßbereich der Pumpe bei dem gewünschten Betriebsdruck zu sorgen.

Es sind bereits Impulsdämpfer in Form hohler impulsabsorbie­ render Kammern in Kraftstoffpumpen bekannt worden, s. z. B. die U.S. 4,181,473; U.S. 4,521,164 und U.S. 5,035,588. Die letztgenannte Veröffentlichung offenbart einen hohlen Im­ pulsdämpfer aus flexiblem Kunststoff, der durch einen Blas­ form-Vorgang hergestellt wird und Luft enthält.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Ansprüchen definiert.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffpumpe ist ein hohler, torusförmiger, unter Druck stehender Impulsdämp­ fer vorgesehen, der innerhalb der Kraftstoffpumpe unterge­ bracht ist. Der Impulsdämpfer ist zwischen dem Pumpenauslaß und dem Auslaßanschluß der Pumpe angeordnet. Jedesmal, wenn in der abgegebenen Flüssigkeit eine Druckspitze auftritt, wird somit der elastische Impulsdämpfer komprimiert, wodurch die Druckimpulse an den Auslaß der Pumpe reduziert werden.

Vorzugsweise ist der torusförmige Impulsdämpfer innerhalb des Pumpengehäuses in dem Pumpenauslaßbereich angeordnet. Ein Halter in Form einer zentrierenden Platte umgibt teil­ weise den Impulsdämpfer, wobei radiale Finger des Halters um den Umfang des Impulsdämpfers herum verlaufen, um eine zu grobe Expansion des Impulsdämpfers zu vermeiden. Die Mitte des plattenförmigen Halters positioniert das torusförmige Element zentral im Pumpengehäuse.

Bei Betrieb des unter Druck stehenden torusförmigen Impuls­ dämpfers hat sich gezeigt, daß der flexible Torus dazu neigt, sich bei Betriebsruhe der Pumpe ballonartig auf zu­ weiten, was seine Lebensdauer verringert und den Pumpenme­ chanismus zu beiden Seiten des Impulsdämpfers stören kann. Aus diesem Grund ist der Impulsdämpfer in einem Halter an­ geordnet, der die Auslenkung seiner Wände begrenzt, ohne seine Funktion zu beeinträchtigen.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit erreicht, daß die Auslaßdruckspitzen moduliert werden und eine glatte Auslaß­ strömung erzeugt sowie gleichzeitig das Pumpengeräusch ver­ ringert wird. Der erfindungsgemäß vorgesehene Halter dient zum Positionieren, Zentrieren und zum Begrenzen der Expan­ sion des Impulsdämpfers, ohne jedoch die Funktion des Im­ pulsdämpfers zu beeinträchtigen. Der Halter beschränkt die Auslenkung der Impulsdämpferwände und verlängert dadurch die Lebensdauer des Impulsdämpfers beträchtlich.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Er­ findung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Kraft­ stoffpumpe mit einem Impulsdämpfer und -halter gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Impulsdämpfer;

Fig. 3 einen Halterzuschnitt vor dem Zusammenbau;

Fig. 4 einen Halter und Impulsdämpfer im zusammenge­ bauten Zustand vor Einbau in die Pumpe;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Aus­ führungsbeispiel einer Kraftstoffpumpe; und

Fig. 6 einen Impulsdämpfer und Halter im zusammenge­ bauten Zustand vor Einbau in die Pumpe.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Kraftstoffpumpe mit einem Ein­ laß-Gehäuseteil 10 und einem Auslaß-Gehäuseteil 20, die von einem zylindrischen Gehäuseteil 22 getrennt sind. Ein Gehäu­ semantel 24 mit O-Ring-Dichtungen an jedem Ende 26, 28 ist mit seinen Enden über die Gehäuseteile 10 und 20 gezogen, um die Anordnung zu verbinden. Ankermagnete 30 und 32 sind um einen umlaufenden Anker 40 herum angeordnet, welcher einen Kumutator 42 aufweist. Bürsten 44 und 46 in dem Auslaß-Ge­ häuseteil 20 sind mit elektrischen Verbindern 48 und 50 ge­ gen die Stirnfläche des Kumutators 42 elastisch angedrückt.

Der Anker 40 besitzt eine Welle 60, die in einem Ansatz 62 in einer Wand 64 des Einlaß-Gehäuseteils 10 drehbar gelagert ist. Eine Einlaßöffnung 65 in der Wand 64 ermöglicht die Zu­ fuhr von Kraftstoff zur Einlaßseite der Pumpe, welche ein inneres Zahnrad 66 aufweist, das auf die Welle 60 aufgepreßt und mit ihr fest verbunden ist und das innerhalb eines äuße­ ren Zahnrades 68 angeordnet ist. Eine Auslaßöffnung 69 ist vorgesehen; von der Pumpe geförderter Kraftstoff kann jedoch auch um eine flexible Dichtung 70 herumströmen, die mit dem äußeren Zahnrad 68 frei drehbar ist und gegen die Zahnräder durch ein Bauteil 72 angedrückt wird, das zwischen dem Anker 40 und der Dichtung 70 vorgesehen ist. Die Zähne der Zahn­ räder 66 und 68 sind vorzugsweise miteinander kämmende wen­ delförmige Zähne, wie dies in der U.S. 4,596,519 beschrieben ist, um Impulse innerhalb des Pumpenauslasses zu reduzieren und zu glätten.

An dem anderen Ende des Ankers 40 ist eine Welle 80 in einer Buchse 82 eines zentralen Einsatzes 84 innerhalb des Auslaß­ gehäuseteils 20 drehbar gelagert. Die Buchse 82 ist an der Welle 80 befestigt und innerhalb des Einsatzes 84 in einer Ausnehmung 85 axial bewegbar. Eine kleine Entlüftungsöffnung 86 ist an dem Ende der Ausnehmung 85 vorgesehen. Die Buchse 82 läuft mit der Welle 80 um. Ferner ist ein Auslaßanschluß 87 vorgesehen. Ein Filtersieb 88 erstreckt sich über die Grundöffnung 90 des Einlaßgehäuseteils 10. Das Gehäuseteil 10 besitzt einen nach innen verlaufenden Flansch 84, der dem Ankermagneten 30, 32 zugewandt ist.

Ein ringförmiger Impulsdämpfer in Form einer Kammer 100 wird von einem Halter 102 aufgenommen, der innerhalb des Gehäuses zwischen dem Flansch 94 und den Ankermagneten 30, 32 ange­ ordnet ist. Der Impulsdämpfer hat die Form eines Torus mit einer offenen Mitte und einem hohlen Inneren, das mit Gas wie z. B. Luft von überatmosphärischen Druck gefüllt ist, welcher typischerweise im Bereich von 0,28 bis 3,1 bar (40 bis 50 psig) liegt. Sowohl in Umfangsrichtung wie auch im Querschnitt besitzt der Impulsdämpfer eine kontinuierliche Wand und ist als abgedichtete Kammer vorzugsweise in einem Blasformvorgang hergestellt, bei dem der Druck des im Inne­ ren eingeschlossenen Gases auf einen Wert oberhalb Atmos­ phärendrucks erhöht wird. Der Innendruck ist vorgegeben und so gewählt, daß er zu dem Auslaßdruck der Pumpe, in die der Dämpfer eingebaut ist, in Beziehung steht. Vorzugsweise be­ steht der Dämpfer aus einem flexiblen Kunststoff, der gegen­ über Kohlenwasserstoffen und Alkoholen resistent ist, bei­ spielweise aus ACETAL.

Wenn der Dämpfer unbelastet und in der Atmosphäre angeordnet ist, hat er aufgrund seines erhöhten Innendrucks einen Quer­ schnitt, der eliptisch bis im wesentlichen kreisförmig ist. Wenn er jedoch in der Pumpe eingebaut ist und die Pumpe ar­ beitet, steht das Äußere des Dämpfers mit dem flüssigen Kraftstoff bei ausreichend höherem Druck in Berührung, so daß der Dämpfer eine ungefähr ovale Querschnittsform hat, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, bei der zwei im wesentlichen ebene längliche Abschnitte durch gegenüberliegende gekrümmte Abschnitte verbunden sind, was gewissermaßen als Rennbahn- Konfiguration bezeichnet werden kann. Wenn die Pumpe an- und abgeschaltet wird, ändert sich der auf die Dämpfer-Außen­ seite wirkende Druck des Kraftstoffs zwischen 0 bar und einem maximalen Betriebsdruck der Pumpe, der üblicherweise im Bereich von 3,1 bis 4,1 bar (45 bis 60 psig) liegt. Diese Druckänderungen hätte eine beträchtliche Verformung und Aus­ lenkung der Dämpferwand von einem im wesentlichen kreisför­ migen Querschnitt zu einem Rennbahn-Querschnitt zur Folge, wenn der Dämpfer nicht von dem Halter in seiner Rennbahn- Konfiguration gehalten würde. Diese Verformung würde die Beanspruchung des Dämpfermaterials beträchtlich erhöhen, wodurch seine Lebensdauer entsprechend verringert würde. Außerdem könnte der Dämpfer bei den beengten Platzverhält­ nissen zwischen der Pumpe und dem Motor mit den angrenzenden Teilen der Pumpe und des Motors in Berührung gelangen, wenn er nicht von dem Halter gehalten würde.

Der Halter 102 wird vorzugsweise aus einem ebenen Zuschnitt aus Blech gestanzt, das zumindest einige Eigenelastizität hat (beispielsweise wie Federstahl), jedoch ausreichend schmiedbar ist, damit er zu einer relativ komplizierten Form geformt werden kann und diese Form nach der Verformung bei­ behält. Der gestanzte Zuschnitt besitzt einen zentralen Ab­ schnitt 120 mit einem mittigen Loch 122 und mehreren in Um­ fangsrichtung gleichmäßig beabstandeten radialen Fingern 124, deren freie Enden vorzugsweise gerundet sind. Vorzugs­ weise befindet sich an der Basis jedes Fingers 124 ein ver­ breiterter Abschnitt 126, der von dem zentralen Abschnitt 120 ausgeht, sowie ein Nutabschnitt 130 zwischen jedem Ab­ schnitt 126, welcher sich zu dem Umfang des Abschnitts 120 erstreckt. Vorzugsweise sind die Ränder der Finger, Ab­ schnitte und Nuten des Zuschnittes gebürstet oder in anderer Weise behandelt, so daß sie keine scharfen Stellen oder Gra­ te haben, die die Dämpferwände bei der Verformung des Dämp­ fers zerschneiden, abtragen oder in anderer Weise beschädi­ gen könnten. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, sind die Finger 124 und die Abschnitte 126 zu der Ebene des zentralen Abschnitts 120 unter einem spitzen Winkel umgebogen, welcher vorzugs­ weise ungefähr 15° bis 35° beträgt.

Nachdem der Impulsdämpfer auf dem Zuschnitt zentriert ist, wobei sein äußerer Durchmesser im Bereich der strichpunk­ tierten Linie A in Fig. 3 liegt, werden die Finger 124 um den äußeren Umfang des Dämpfers gebogen (wie in Fig. 4 ge­ zeigt ist), so daß er im Querschnitt die in Fig. 1 gezeigte ovale Rennbahn-Form erhält. Die Krümmung 132 jedes Fingers 124 erstreckt sich um den äußeren Durchmesser des Dämpfers herum, so daß das freie Ende des Fingers 124 vorzugsweise parallel zu dem zentralen Abschnitt 120 des Fingers und seinem zugehörigen Abschnitt 126 verläuft und über diesem liegt.

Vorzugsweise ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, die Spitze des freien Endes jedes Fingers 124 aufgebogen, so daß sie von der darunterliegenden Wand des Dämpfers etwas absteht. Vor­ zugsweise wird die aufgedrehte Fingerspitze gleichzeitig mit dem Umbiegen des Abschnittes 126 und des Fingers 124 in ihre geneigte Lage relativ zur Ebene des zentralen Abschnitts 120 des Halters hergestellt.

Im Betrieb verbindet sich die Eigenelastizität der Finger mit der Elastizität des Dämpfers, um die Absorption und Dis­ sipation der Kraftstoffimpulse zu verbessern.

Nachdem der Halterzuschnitt am Impulsdämpfer angeordnet und um ihn herum verformt wurde, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, kann er mit den anderen Teilen der Pumpe eingebaut werden.

Das Loch 122 in dem Halter 102 paßt auf das Bauteil 72, das zwischen dem Anker und der Dichtung 70 angebracht ist. Der äußere Umfang des Impulsdämpfers ist zwischen den Magneten 30, 32 auf einer Seite und dem Innenrand des Flansches 94 auf der anderen Seite angeordnet.

Fig. 5 zeigt eine elektrische Kraftstoffpumpe mit einem abgewandelten Halter 102′, der den Impulsdämpfer 100 in der Pumpe aufnimmt und lagert. Der Halter und der Impulsdämpfer sind in dem Gehäuseteil 22 dadurch angebracht, daß sie zwi­ schen dem Flansch 94 und den Ankermagneten 30, 32 einge­ spannt sind. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, besitzt der Halter 102′ ein zentrales Durchgangsloch 122′ mit einem Durchmes­ ser, der größer als der Außendurchmesser des Bauteils 72 ist. Dies bildet zwischen ihnen einen Ringraum, durch den Kraftstofffliegen kann, und isoliert das Bauteil 72 ge­ genüber dem Halter 102′, um sicherzustellen, daß der Halter das Bauteil 72 nicht seitlich verschiebt, so daß zur Dreh­ achse der Welle 60 nicht mehr konzentrisch wäre. Abgesehen von diesem vergrößerten zentralen Durchgangsloch 122′ hat der Halter 102′ die gleiche Ausbildung und Anordnung wie der Halter 102.

Im Betrieb der Pumpe begrenzen die beabstandeten Finger 124 und die Abschnitte 126 des Halters den flexiblen torusförmi­ gen Impulsdämpfer, um eine zu grobe Aufweitung desselben zu verhindern, während sie jedoch die erforderliche Kontraktion und Expansion während des Pumpvorgangs, die zum Dämpfen und Absorbieren der Impulse des von der Pumpe abgegebenen Kraft­ stoffes erforderlich sind, zulassen. Wenn die Pumpe abge­ schaltet ist, verhindert der Halter ebenfalls eine zu grobe Verformung und Auslenkung des Dämpfers zur Annahme eines kreisförmigen Querschnitts, was andernfalls eine Störung an­ grenzender Teile der Pumpe und des Motors zur Folge haben könnte. Der plattenförmige Halter verlängert die Lebensdauer des Dämpfers beträchtlich, ohne seine Funktion zu beein­ trächtigen; tatsächlich verbessert er seine Funktion.

Claims (7)

1. Kraftstoffpumpe mit einem länglichen Gehäuse, das einen Einlaß an einem Ende und einen Auslaß an dem anderen Ende aufweist, einer Rotationspumpe (66, 88) am Einlaßende, einem elektrischen Motor (30, 32, 40), der zum Antrieb der Pumpe um die Gehäuseachse innerhalb des Gehäuses umläuft, einem Impulsdämpfer mit einer hohlen und abgedichteten im­ pulsreduzierenden Kammer (100) aus flexiblen Kunststoff­ wänden mit einem Gas, insbesondere Luft, das in der Kammer bei einem Druck oberhalb umgebenden Atmosphärendrucks ein­ geschlossen ist, wobei die Kammer in einem Auslaßbereich der Pumpe in Nähe der Pumpenwelle (60) angeordnet ist und einem als Platte ausgebildeten Halter (102), der zumindest teil­ weise auf gegenüberliegenden Seiten der Kammer (100) ange­ ordnet ist und Abschnitte zum Begrenzen der Kammerwände ge­ gen eine axiale Expansion in beabstandeten Bereichen der Kammerwände aufweist, wobei die Platte einen zentralen Ab­ schnitt (120) aufweist, der über der Öffnung auf einer Seite der als Torus ausgebildeten Kammer (100) liegt und ein zentrales Loch (122) zur Lagerung auf einem Teil (72) der Pumpenwelle (60) aufweist, um den Halter (102) und die Kam­ mer (100) zentral zu positionieren.

2. Kraftstoffpumpe mit einem länglichen Gehäuse, das einen Einlaß an einem Ende und einen Auslaß an dem anderen Ende aufweist, einer Rotationspumpe (66, 88) am Einlaßende, einem elektrischen Motor (30, 32, 40), der zum Antrieb der Pumpe um die Gehäuseachse innerhalb des Gehäuses umläuft, einem Impulsdämpfer mit einer hohlen und abgedichteten im­ pulsreduzierenden Kammer (100) aus flexiblen Kunststoff­ wänden mit einem Gas, insbesondere Luft, das in der Kammer bei einem Druck oberhalb umgebenden Atmosphärendrucks ein­ geschlossen ist, wobei die Kammer eine kegelstumpfförmige Torusform hat und um die Pumpenwelle (60) herum angeordnet ist, und einem als Platte ausgebildeten Halter (102), der über einer Seite der Kammer (100) liegt und in Umfangs­ richtung beabstandete, radial verlaufende Finger (124) mit Abschnitten aufweist, die sich um den Umfang der Kammer her­ umerstrecken, wobei die freien Enden der Finger an der Kam­ mer auf der anderen Seite aufliegen.

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (124) verbreiterte innere Enden haben, die an der Kammer (100) auf der einen Seite auf liegen.

4. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (124) um den Umfang der Kammer (100) herum gebogen sind, wobei die Krümmung der Finger (124) an dem äußeren Umfang der Kammer (100) angeordnet sind.

5. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Finger (124) mit einem Radius versehen sind, um eine Beschä­ digung der Kammer (100) zu vermeiden.

6. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte des Halters (102) einen zentralen Abschnitt (120) aufweist, der über der Öff­ nung auf der einen Seite der torusförmigen Kammer (100) liegt und ein zentrales Loch (122) zur Lagerung auf einem Bauteil (72) der Pumpenwelle aufweist, um den Halter (102) und die Kammer (100) zentral zu positionieren.

7. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte des Halters (102) ein zentrales Durchgangsloch (122′) aufweist, das die Pumpen­ welle (60) umgibt, und dessen Durchmesser größer als der Außendurchmesser der Pumpenwelle ist, so daß sich zwischen ihnen ein Ringraum befindet, durch den von der Pumpe abgege­ bener Kraftstofffliegen kann.