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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffpumpen und insbesondere
Kraftstoffpumpen, die die mögliche
Ansammlung von Verunreinigungen auf den Laufrädern und die möglichen
Auswirkungen dieser Verunreinigungen auf die Laufräder vermindern.
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Allgemeiner Stand der
Technik
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Herkömmliche
auf Tanks montierte Kraftstoffpumpen von Kraftfahrzeugen weisen
in der Regel einen in einem Gehäuse
angeordneten Drehkolbenpumpenmechanismus auf. Kraftstoff fließt in eine Pumpenkammer
in dem Pumpengehäuse
und ein Drehkolbenpumpenelement (beispielsweise ein Laufrad) bewirkt,
dass der Kraftstoff unter hohem Druck aus dem Gehäuse austritt. Üblicherweise
werden Kraftstoffperipheralpumpen dazu verwendet, um Kraftstoff
in Kraftfahrzeugmotoren zu pumpen, da diese Pumpen einen höheren und
konstanteren Abgabedruck als beispielsweise Verdrängerpumpen aufweisen.
Darüber
hinaus kosten Peripheralpumpen in der Regel weniger und erzeugen
im Betrieb weniger hörbaren
Lärm.
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Bei
Peripheralpumpen dieser Art wird eine Flüssigkeit, wie beispielsweise
Benzin, mit Druck beaufschlagt und durch das Gehäuse einem Laufrad zugeführt, wo
die Flüssigkeit den
Motor abkühlt
und schließlich
dem Fahrzeugmotor zugeführt
wird. Das Laufrad ist in einem Hohlraum bzw. einer Kammer angeordnet,
der bzw. die zwischen einer Abschlusskappe und einer Pumpenabdeckung
auf dem Pumpengehäuse
ausgebildet ist. Auf der Abschlusskappe befindet sich zum Einführen der
Flüssigkeit
in die Laufradkammer ein Einlasskanal. Die Pumpenabdeckung auf dem
Gehäuse
weist einen Abgabekanal auf in dem durch das Laufrad mit Druck beaufschlagter
Kraftstoff in das Pumpengehäuse
abgegeben wird. Ineinander greifende Nuten in der Form eines C in
den Innenflächen
der Abschlusskappe und der Pumpenabdeckung unterstützen das
Leiten des Kraftstoffs aus dem Einlasskanal heraus, um das Laufrad
herum und durch dieses hindurch und aus dem Abgabekanal heraus.
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Das
Laufrad weist in der Regel um seinen Perimeter herum mehrere Schaufeln
auf, die zum Beaufschlagen des Kraftstoffs mit Druck im Laufradhohlraum
und zum Herausdrücken
des Kraftstoffs in das Pumpengehäuse
verwendet werden. Oftmals verursachen Verunreinigungen durch Staub,
Sand und dergleichen Verschleiß und
Aufrauung des äußeren Rings
des Laufrads sowie auf bestimmten Bereichen in den Fließwegen und
Kammern in der Abschlusskappe und der Pumpenabdeckung. Dies kann
in Pumpverlusten, einem höheren
Motormoment (und dadurch höherem
Stromverbrauch) und einem verminderten Pumpenwirkungsgrad resultieren.
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Die
US-Patentschrift 5,961,276 beschreibt eine Laufradpumpe mit einem äußeren Ringglied
mit zwei Schaufel-Randteilen, die die Anfälligkeit der Vorlaufpumpe gegenüber Verschleiß vermindern.
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Die
US-Patentschrift 5,904,468 offenbart eine Vorlaufpumpe mit einem äußeren Ringglied,
das radiale Fließwege
mit abgeschrägten
Seiten aufweist.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen verbesserten Kraftstoffpumpenmechanismus mit
einem mit Ringen versehenen Laufrad bereitzustellen, der potenzielle
Verunreinigungen des Laufrads und der Laufradkammer und die Auswirkungen dieser
Verunreinigungen im Laufrad und der Laufradkammer und um diese herum
vermindert.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Kraftstoffpumpe zum
Zuführen
von Kraftstoff zu einem Fahrzeugmotor aus einem Kraftstofftank bereit.
Die Kraftstoffpumpe enthält
ein Pumpengehäuse,
einen Motor, der in dem Gehäuse
montiert ist und eine sich von ihm erstreckende Welle aufweist,
und ein Laufrad, das auf der Welle zur Drehung mit dieser montiert
ist. Das Laufrad ist in einem Hohlraum bzw. einer Kammer zwischen
einem Pumpenabdeckungsglied, das mit dem Pumpengehäuse verbunden
ist, und einem Abschlusskappenglied angeordnet. Das Laufrad weist
mehrere Öffnungen
und um seinen Außenumfang
herum sich radial nach außen
erstreckende Schaufeln und einen äußeren Ring, der am äußeren Ende
der Schaufeln angebracht ist, auf.
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Diese
und andere Aufgaben und Zwecke der vorliegenden Erfindung werden
durch die folgende Beschreibung der Erfindung bei gleichzeitiger
Ansicht der beigefügten
Zeichnungen und der angehängten
Ansprüche
deutlich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist eine Schnittdarstellung entlang
der Linie 2-2 der 1, die ein Drehkolbenpumpenelement
(Laufrad) gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 ist eine Schnittdarstellung entlang
der Linie 3-3 des in 2 gezeigten Laufrads;
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4 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
eines Laufrads gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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5 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform
eines Laufrads gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Nun
mit Bezugnahme auf 1 weist eine Kraftstoffpumpe
des Peripheraltyps 10 ein Gehäuse 12
auf, in dem sich die Innenkomponenten befinden. Ein Motor 14, vorzugsweise
ein Elektromotor, ist in einem Hohlraum 16 zum Drehen einer Welle
18, die sich vom Motor zum Kraftstoffeinlass 38 erstreckt, montiert.
Ein Drehkolbenpumpenelement, wie beispielsweise ein Laufrad 20,
ist auf der Welle 18 und in einem Hohlraum bzw. einer Kammer 21
zwischen einem Abschlusskappenglied 22 und einem Pumpenabdeckungsglied
24 auf dem Pumpengehäuse angeordnet.
Das Laufrad 20 weist eine Mittelachse auf, die mit der Achse der
Welle 18 zusammenfällt. Die
Welle 18 läuft
durch eine Wellenöffnung
26 im Pumpenabdeckungsglied 22, durch das Laufrad 20 und in eine
Aussparung 28 im Abschlusskappenglied 22. Die Welle 18 ist in einem
Lager 32 gelagert.
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Das
Pumpenabdeckungsglied 24 weist einen Kraftstoffauslasskanal 34 auf,
der von der Pumpenkammer 21, die zwischen dem Abschlusskappenglied
22 und dem Pumpenabdeckungsglied 24 ausgebildet ist, in den Motorhohlraum
16 führt.
Das Abschlusskappenglied weist einen Einlasskanal 38 auf, der dem
Laufrad 20 Kraftstoff zuführt.
Ineinander greifende Ringnuten in der Form eines C (im Folgenden
beschrieben) auf den Innenflächen
des Abschlusskappenglieds und des Pumpenabdeckungsglieds werden
zum Leiten von Kraftstoff um das Laufrad in der Pumpenkammer herum
verwendet.
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Mit
Druck beaufschlagter Kraftstoff aus der Laufradkammer wird durch
den Kraftstoffauslasskanal 34 in den Motorhohlraum 16 abgegeben,
wo er den Motor 14 abkühlt,
während
er über
diesen zum Pumpenauslass 42 läuft.
Der Pumpenauslass 42 befindet sich auf dem gegenüber liegenden Ende der Pumpe
10 vom Kraftstoffeinlass 38.
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2 ist ein Teilschnitt durch die Kraftstoffpumpe
10 und stellt eine Seitenansicht des Laufrads 20 dar. 3 ist eine Querschnittsansicht des Laufrads
20. Schaufeln 50 erstrecken sich vom Zentralkörper 23 des Laufrads 20 radial
nach außen
und stellen eine Reihe Öffnungen
52 um den Perimeter des Laufrads herum bereit. Ein Ringglied 54
ist um die äußere Umfangslänge des
Laufrads herum angeordnet und mit den äußeren Enden der Schaufelglieder
50 verbunden. Der Ring 54 vermindert eine Leckage von Kraftstoff
um das Laufrad herum und verbessert die Leistung des Fahrzeugmotors
bei geringer Geschwindigkeit. Eine Bohrung 58 ist im Laufrad 20
vorgesehen, so dass dieses auf der Welle 18 montiert werden kann.
Das Laufrad 20 ist vorzugsweise um seine Mittelachse herum symmetrisch
und weist einen Außendurchmesser
zwischen 20 und 60 mm auf. Mehrere Druckausgleichslöcher 60
können
im Laufradkörper
23 angeordnet werden, um den Druck auf beiden Seiten des Laufrads
in der Laufradkammer 21 aus- bzw. abzugleichen. Dies ermöglicht dem Laufrad,
zwischen den Innenflächen
des Abschlusskappenglieds und dem Pumpenabdeckungsglied zu „treiben" und Reibungskräfte zwischen
dem Laufrad und den Hohlraumoberflächen zu minimieren.
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Um
die Auswirkungen von Verunreinigungen im Kraftstoff in Bezug auf
Verschleiß,
insbesondere auf der Außenfläche des äußeren Rings
54 auf dem Laufrad 20, zu vermindern, weist der äußere Ring ein äußeres Ringglied
auf das eine Außenumfangsfläche hat,
die in der axialen Richtung des Zentralkörperteils im Wesentlichen gewölbt ist.
Dies vermindert die Flächenausdehnung
des äußeren Rings,
der durch Schmutz, Staub, Sand, Feinkies und dergleichen, bei denen
es sich um typische Kontaminanten im Fahrzeugkraftstoff handelt,
beeinträchtigt
werden kann. Diese Kontaminanten verschleißen und rauen die Oberfläche des
Laufradrings mit der Zeit auf, was in höheren Motormomenten und einem
verminderten Pumpenwirkungsgrad resultiert. Charakteristische Ausführungsformen
der Außenfläche des
Rings 54, der dieses Ergebnis erzielen kann, sind in den 4 und 5 gezeigt.
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In
der Regel liegt die Ausnehmung bzw. der Raum zwischen der externen
Oberfläche
bzw. den Schaufeln des Laufrads und der Innenwand des Hohlraums
21 in der Größenordnung
von 0,005 – 0,030
mm. Diese Ausnehmung wird normalerweise so klein wie möglich gehalten,
um die Leckage um das Laufrad herum, die in Pumpverlusten und einem reduzierten
Pumpenwirkungsgrad resultiert, zu vermindern. Die Außenfläche der
Laufradringe und die Innenfläche
des Laufradhohlraums 21 werden außerdem in der Regel so glatt
wie möglich
bereitgestellt, um den Kontakt des Laufrads mit dem Hohlraum bzw. Gehäuse zu minimieren.
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Wie
in 4 gezeigt, weist die Außenfläche 90 des
Laufradrings 100 einen winkligen Teil bzw. Abschnitt 92 und einen
kleineren planaren bzw. ebenen Teil bzw. Abschnitt 94 auf. Die schräge Oberfläche 92 ist
durch den Winkel A definiert, der vorzugsweise im Bereich von 0,1° bis 5,0° und besonders
bevorzugt von ungefähr
1° liegt.
Diese Ausführungsform
stellt einen kleineren, sich axial erstreckenden Bereich, nämlich den
Abschnitt 94, bereit, der zur Innenfläche des Laufradhohlraums benachbart
ist, der wiederum einen kleineren Bereich, der durch Verunreinigungen beeinträchtigt werden
und Pumpverluste verursachen kann, bereitstellt. Vorzugsweise beträgt die Breite
W der ebenen Oberfläche
94 1,0 Millimeter oder weniger. Analog dazu unterstützt die
schräge Oberfläche das
Ermöglichen
des Fließens
einer erhöhten
Flüssigkeitsmenge über und
um den äußeren Perimeter
des Laufrads 20 herum, was außerdem
die Möglichkeit
der Ansammlung von Kontaminanten senkt und dabei hilft, etwaige
Kontaminanten, die sich auf dem Ring abgelagert bzw. angesammelt
haben können,
herauszuspülen.
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In 5 weist der äußere Ring 110 des Laufrads
120 eine im Wesentlichen gewölbte
Oberfläche 112
auf. Die Außenfläche hat
eine Oberfläche,
bei der es sich um mehrere kurze, gerade Oberflächen handelt, wie gezeigt ist.
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In 5 weist die äußere Oberfläche 112 einen kleinen ebenen
bzw. planaren Abschnitt 114 auf, der zwischen zwei winkligen Oberflächen 116
und 118 angeordnet ist. Vorzugsweise hat die Oberfläche 114,
die zur engen Verbindung mit der Oberfläche des Laufradhohlraums verbleibt,
eine Breite W von 1,0 Millimeter oder weniger. Die Winkel der Oberflächen 116
und 118 können
mit Bezug auf 4 im Bereich des oben
erörterten
Winkels A liegen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird jegliche Verunreinigung, wie beispielsweise
Staub, Ölrückstände und
dergleichen, die die Laufradoberfläche beeinträchtigen oder sich im oder um
die Laufradkammer herum angesammelt haben kann, einfacher aus der
Laufradkammer herausgespült
und durch das Pumpenabdeckungsglied herausgeleitet. Auf diese Weise
richten Verunreinigungen weniger Schaden an der Laufradkammer und
dem Auslasskanal aus und wirken sich geringer auf den Kraftstoffpumpenwirkungsgrad
und die Pumpenleistung aus.
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Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgenommenen Ausgestaltungen der externen Oberfläche des äußeren Rings
auf dem Laufrad vermindern außerdem
die Flächenausdehnung
neben den Innenwänden
der Laufradkammer und verhindern somit eine mögliche Ansammlung von Verunreinigungen.
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Kraftstoffpumpen
des Peripheraltyps mit Ringen auf der Außenseite der Laufradschaufeln
sind heutzutage bekannt. Diese Kraftstoffpumpen weisen im Allgemeinen
geringere Kosten und einen höheren Wirkungsgrad,
insbesondere bei niedriger Spannung/niedriger Geschwindigkeit, auf.
Diese Ausgestaltungsart lässt
jedoch typischerweise auch Verunreinigungen, die die Ringoberfläche beeinträchtigen, und
eine mögliche
Ansammlung dieser im Laufradhohlraum, was die Pumpenwirkungsgrade
vermindert, zu. In der Vergangenheit wurden, um dieses Problem zu
lösen, „Verhinderungs"-Ausgestaltungen entwickelt,
bei denen die Ausnehmung zwischen dem Laufradring und dem Laufradgehäuse verkleinert
wurde. Diese Verfahren verursachten jedoch beim Herstellungsprozess
höhere
Kosten. Sie verminderten außerdem
beim Auftreten von Verunreinigungen den Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe
und beschädigten
oftmals die Vorlaufkammer, was sich wiederum auf die Kraftstoffpumpenleistung
auswirkte.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen
beschrieben wurde, versieht sich, dass die spezifischen Mechanismen
und Techniken, die beschrieben wurden, lediglich der Darstellung
der Grundsätze
der Erfindung dienen. Verschiedene Änderungen können an den beschriebenen Verfahren
und Geräten
vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er
in den angehängten
Ansprüchen
definiert ist, abzuweichen.