EP0536154A1 - Peripheral pump, especially for feeding fuel from a tank to the internal combustion engine of a motor vehicle. - Google Patents
Peripheral pump, especially for feeding fuel from a tank to the internal combustion engine of a motor vehicle.Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract
On propose une pompe tourbillonnaire qui sert à alimenter un moteur à combustion interne d'un véhicule à moteur avec un carburant contenu dans un réservoir. La pompe tourbillonnaire (12) comprend une roue mobile cylindrique circulaire (14) tournant dans une chambre de pompe (19), qui présente, sur une de ses deux faces frontales (44, 48) au moins, une couronne d'ailettes (38) disposées à la périphérie de la roue mobile et mutuellement espacées, et la base de l'interstice (42) en forme d'encoche forme, lorsqu'on l'observe selon une coupe longitudinale de la pompe, un segment de cercle (46, 50) entre deux ailettes voisines (38), segment de cercle dont le centre (62, 64) est au moins pratiquement identique au centre d'un autre segment de cercle (58, 60) formé par la base d'un canal d'alimentation (54, 56) approximativement circulaire opposé à la couronne d'ailettes et disposé dans une paroi (20) de la chambre (19) de la pompe. Une augmentation sensible du rendement de la pompe tourbillonnaire est obtenue lorsque les centres (62, 64) des deux segments de cercle (46, 58, 50, 60) sont inclus dans la périphérie de la roue mobile (14).A vortex pump is provided which serves to supply an internal combustion engine of a motor vehicle with fuel contained in a tank. The vortex pump (12) comprises a circular cylindrical mobile impeller (14) rotating in a pump chamber (19), which has, on one of its two end faces (44, 48) at least, a ring of fins (38 ) arranged at the periphery of the movable impeller and mutually spaced, and the base of the notch-shaped gap (42) forms, when observed in a longitudinal section of the pump, a segment of a circle (46 , 50) between two neighboring fins (38), segment of circle whose center (62, 64) is at least practically identical to the center of another segment of circle (58, 60) formed by the base of a channel d The approximately circular feed (54, 56) opposite the fin crown and disposed in a wall (20) of the pump chamber (19). A substantial increase in the efficiency of the vortex pump is obtained when the centers (62, 64) of the two circle segments (46, 58, 50, 60) are included in the periphery of the impeller (14).
Description
Peripheralpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges Peripheral pump, in particular for delivering fuel from a storage tank to the internal combustion engine of a motor vehicle
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung geht aus von einer Peripheralpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Pumpe bekannt (US-PS 3 315 607), bei welcher das gemeinsame Zentrum der beiden Kreisabschnitte auf dem Axialspalt zwischen Laufrad und Kammerwand liegt. Der Wirkungsgrad derartiger Peripheralpumpen kann aber nicht befriedigen. The invention relates to a peripheral pump according to the preamble of the main claim. Such a pump is already known (US Pat. No. 3,315,607), in which the common center of the two circular sections lies on the axial gap between the impeller and the chamber wall. However, the efficiency of such peripheral pumps cannot be satisfactory.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die erfindungsgemäße Peripheralpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Pumpenleistung auf ein befriedigendes Maß angehoben wird, weil die Zirkulationsströmung Qc bei sonst gleichen Bedingungen um ca. 20 % gesteigert werden kann. Damit kann der maximale Förderdruck bei gleichen Außenabmessungen und Betriebsbedingungen entsprechend gesteigert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnalimen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Peripheralpumpe möglich. The peripheral pump according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the pump output is increased to a satisfactory level because the circulation flow Qc can be increased by approximately 20% under otherwise identical conditions. This means that the maximum delivery pressure can be increased accordingly with the same external dimensions and operating conditions. Advantageous further developments and improvements of the peripheral pump specified in the main claim are possible through the dimensional analogs listed in the subclaims.
Zeichnung drawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Kraftstofförderaggregat mit einer im Längsschnitt dargestellten Peripheralpumpe, Figur 2 eine in Figur 1 mit II bezeichnete Einzelheit der Peripheralpumpe, in vergrößerter Darstellung, Figur 3 einen Querschnitt durch die Peripheralpumpe gemäß Figur 1, entlang der Linie III-III und Figur 4 ein Schaubild, das den Steigerungsfaktor für die Zirkulationsströmung als Funktion von ε darstellt. An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows a fuel delivery unit with a peripheral pump shown in longitudinal section, FIG. 2 shows a detail of the peripheral pump denoted by II in FIG. 1, on an enlarged scale, FIG. 3 shows a cross section through the peripheral pump according to FIG. 1, along the line III-III and FIG. 4 a graph showing the increase factor for the circulation flow as a function of ε.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment
Ein in Figur 1 dargestelltes Aggregat 10 dient zum Fördern von Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Vorratstank zur ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Das Kraftstofförderaggregat 10 weist eine Strömungspumpe 12 auf, deren Laufrad 14 durch eine mit einem nicht dargestellten elektrischen .Antriebsmotor angetriebene Welle 16 drehschlussig verbunden ist. Das Laufrad 14 sitzt auf einem Lagerzapfen 18 und ist in einer sogenannten Pumpenkammer 19 angeordnet, die - in Achsrichtung des Laufrades 14 gesehen - beidseitig durch Wände 20 und 22 begrenzt ist. Dabei ist der Lagerzapfen 18 an der Wand 20 angeordnet. Die Wand 22 weist eine Lagerstelle 24 für die Antriebswelle 16 auf. Während des Betriebs des Förderaggregats 10 saugt die Strömungspumpe 12 Kraftstoff durch einen Saugstutzen 26 an und drückt dieses Medium über einen Pumpenausgang 28 in der Wand 22 in einen Raum 30, in welchem der nicht dargestellte Elektromotor untergebracht ist. Von dort aus
wird der Kraftstoff über einen Ausgangs- oder Druckstutzen 32 der Brennkraftmaschine zugeführt. Da sowohl die Strömungspumpe 12 als auch der nicht dargestellte Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse 33 untergebracht sind, das. mit einem Saugstutzen 26 und einem Druckstutzen 32 versehen ist und der Kraftstoff somit das Kraftstofförderaggregat 10 durchströmt, bildet das Kraftstofförderaggregat gleichsam ein Teil der Förderleitung vom Vorratstank zur Brennkraftmaschine. An assembly 10 shown in FIG. 1 is used to deliver fuel from a storage tank (not shown) to the internal combustion engine (also not shown) of a motor vehicle. The fuel delivery unit 10 has a flow pump 12, the impeller 14 of which is connected in a rotationally locking manner by a shaft 16 driven by an electrical drive motor (not shown). The impeller 14 is seated on a bearing journal 18 and is arranged in a so-called pump chamber 19 which - seen in the axial direction of the impeller 14 - is delimited on both sides by walls 20 and 22. The bearing pin 18 is arranged on the wall 20. The wall 22 has a bearing point 24 for the drive shaft 16. During the operation of the delivery unit 10, the flow pump 12 draws fuel through a suction port 26 and presses this medium via a pump outlet 28 in the wall 22 into a space 30 in which the electric motor (not shown) is accommodated. From there the fuel is supplied to the internal combustion engine via an outlet or pressure port 32. Since both the flow pump 12 and the electric motor (not shown) are accommodated in a common housing 33, which is provided with a suction port 26 and a pressure port 32 and the fuel thus flows through the fuel delivery unit 10, the fuel delivery unit forms part of the delivery line from the storage tank, as it were to the internal combustion engine.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist das Laufrad 14 der Strömungspumpe 12 einen scheibenförmigen, zentralen Bereich 34 auf, der mit einer zentralen Lagerbuchse 36 versehen ist, in welcher der Lagerzapfen 18 der Wand 20 gelagert ist. Das Laufrad 14 bzw. dessen zentraler Bereich 34 weist eine Vielzahl von radialen Flügeln 38 auf, die an ihren freien, von dem zentralen Bereich 34 abgewandten Enden durch einen umlaufenden Ring 40 miteinander verbunden sind, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Die Flügel 38 sind dadurch gebildet, daß zwischen, auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordneten Durchbrüchen 42 des Laufrades .14 Stege verbleiben, welche die Durchbrüche 42 in Umfangsrichtung begrenzen. Die Achse eines jeden Durchbruchs 42 verläuft parallel zur Drehachse des Laufrades. Da die Anordnung des äußeren Ringes 40 nicht zwingend notwendig ist, kann die zwischen den in Umfangsrichtung einander benachbarten Flügeln 38 verbleibende Lücke 42 auch als Nut bezeichnet werden. Wie insbesondere Figur 2 zeigt, ist deren Nutgrund besonders ausgeformt. Ausgehend von der einen Stirnfläche 44 des Laufrades 14 erstreckt sich der Nutgrund 46 kreisabschnittartig. Dies gilt ebenso für die andere Seite des Laufrades 14, wo sich von der Stirnfläche 48 aus der Nutgrund 50 ebenfalls kreisabschnittartig erstreckt. Die beiden Kreisabschnitte 46 und 50 gehen im Mittelbereich des Laufrades 14 stoßfrei ineinander über. Da das Laufrad 14 vorzugsweise in einer Form hergestellt wird, muß aus Gründen der besseren Formbarkeit sowohl der Nutgrund 46 als auch der Nutgrund 50 über kurze, waagrechte Endabschnitt 52 zu den Stirnflächen 44 und 48 geführt werden, die
parallel zur Drehachse des Laufrades verlaufen. In den beiden As can be seen from FIG. 3, the impeller 14 of the flow pump 12 has a disk-shaped, central region 34 which is provided with a central bearing bush 36 in which the bearing journal 18 of the wall 20 is mounted. The impeller 14 or its central region 34 has a multiplicity of radial vanes 38 which are connected to one another at their free ends facing away from the central region 34 by a circumferential ring 40, which is, however, not absolutely necessary. The vanes 38 are formed in that 14 webs remain between openings 42 of the impeller which are arranged on a common pitch circle and which limit the openings 42 in the circumferential direction. The axis of each opening 42 runs parallel to the axis of rotation of the impeller. Since the arrangement of the outer ring 40 is not absolutely necessary, the gap 42 remaining between the mutually adjacent wings 38 in the circumferential direction can also be referred to as a groove. As particularly shown in FIG. 2, the bottom of its groove is particularly shaped. Starting from one end face 44 of the impeller 14, the groove base 46 extends like a circular segment. This also applies to the other side of the impeller 14, where the groove base 50 also extends from the end face 48 like a segment of a circle. The two circular sections 46 and 50 merge smoothly into one another in the central region of the impeller 14. Since the impeller 14 is preferably manufactured in a mold, both the groove base 46 and the groove base 50 must be guided over short, horizontal end sections 52 to the end faces 44 and 48 for reasons of better formability run parallel to the axis of rotation of the impeller. In both
Kammerwänden 20 und 22 sind jeweils ein fast ringförmiger Förderkanal 54 und 56 angeordnet. Der Grund 58 des Förderkanals 54, wie auch der Grund 60 des Förderkanals 56 sind ebenfalls kreisabschnittförmig geformt. Sowohl die Kreisabschnitte 46 und 58 als auch die Kreisabschnitte 50 und 60 weisen jeweils gemeinsame Zentren 62 bzw. 64 auf. Die Radien eines jeden Nutgrundes 46 und 50 sind in Figur 2 mit 68 angegeben worden. Die Radien eines jeden Grundes 58, 60 der Förderkanäle 54 und 56 sind in Figur 2 mit 66 bezeichnet. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Zentren 62 bzw. 64 der beiden Kreisabschnitte 68 bzw. 66 gleich sind und innerhalb der Kontur des Laufrades 14 liegen (Figur 2). Wie Figur 2 weiter zeigt, sind die beiden Zentren 62 und 64 jeweils um ein Maß 70, gemessen von den jeweiligen benachbarten Stirnflächen 44 bzw. 48 des Laufrades 14 in die Laufradkontur hineingerückt worden. Weiter ist noch bemerkenswert, daß die beiden Zentren 62 und 64 - bezogen auf die Laufraddrehachse - auf einem gemeinsamen Teilkreis mit einem Radius 72 angeordnet sind. Chamber walls 20 and 22 each have an almost annular delivery channel 54 and 56. The bottom 58 of the conveying channel 54, as well as the bottom 60 of the conveying channel 56, are likewise shaped in the form of a circular segment. Both the circular sections 46 and 58 and the circular sections 50 and 60 each have common centers 62 and 64, respectively. The radii of each groove base 46 and 50 have been given 68 in FIG. The radii of each base 58, 60 of the delivery channels 54 and 56 are denoted by 66 in FIG. An essential feature of the invention can be seen in the fact that the centers 62 and 64 of the two circular sections 68 and 66 are the same and lie within the contour of the impeller 14 (FIG. 2). As FIG. 2 further shows, the two centers 62 and 64 have each been moved into the impeller contour by a dimension 70, measured from the respective adjacent end faces 44 and 48 of the impeller 14. It is also noteworthy that the two centers 62 and 64 - based on the axis of rotation of the impeller - are arranged on a common pitch circle with a radius 72.
Der Druck einer Peripheralpumpe kann näherungsweise gemäß der einschlägigen Literatur nach folgender Formel berechnet werden:
The pressure of a peripheral pump can be calculated approximately according to the relevant literature using the following formula:
wobei: p = Druck where: p = pressure
S - Dichte S - density
A = Förderkanalguerschnitt A = conveyor channel cross section
ω = Winkelgeschwindigkeit des Laufrades ω = angular velocity of the impeller
R = Radius des Laufrades R = radius of the impeller
Qt = Fördermenge inklusive interner Leckage Qt = flow rate including internal leakage
Qc = Zirkulationsströmung (zwischen Kanal und Laufrad Qc = circulation flow (between channel and impeller
umgesetzte Flüssigkeitsmenge pro Sekunde) sind.
Qc kann nährungsweise durch die Formel
amount of liquid converted per second). Qc can be approximated by the formula
berechnet werden, wobei C eine nur noch von der Pumpengeometrie abhängige Konstante ist. can be calculated, where C is only a constant dependent on the pump geometry.
Damit eine Pumpe bei sonst gleichen Betriebsbedingungen einen möglichst hohen Förderdruck erzielt, ist es also wichtig, daß dieser C-Faktor möglichst hoch ist. So that a pump achieves the highest possible delivery pressure under otherwise identical operating conditions, it is important that this C factor is as high as possible.
Qc bzw. C läßt sich aus Meßergebnissen zurückrechnen. Ohne Meßergebnisse, d. h. wenn noch keine Pumpe vorhanden ist, kann Qc bzw. C nur mit finiten Elementen aus der Geometrie und den Betriebsdaten näherungsweise berechnet werden. Bei solchen Berechnungen wurde herausgefunden, daß bei Konstanthalten sämtlicher in Gleichung (1) und Gleichung (2) eingehender Parameter die Konstante C einen Qc or C can be calculated back from measurement results. Without measurement results, d. H. if a pump is not yet available, Qc or C can only be calculated approximately using finite elements from the geometry and the operating data. In such calculations it was found that keeping all the parameters in equation (1) and equation (2) constant, the constant C one
Maximalwert hat, wenn die Pumpengeometrie folgende Merkmale aufweist: Maximum value if the pump geometry has the following features:
1. Kanalguerschnitt ist ein Kreisabschnitt, 1. Canal cross section is a circular section,
2. Mittelpunkt der Kreisgeometrie liegt um s = ε × r von der Laufradkante entfernt innerhalb des Laufrades, wobei der Wert für ε zwischen 0,15 und 0,35 vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 liegen sollte. Dabei bedeuten r der Kanalradius im Querschnitt (Maß 66) und s der Abstanddes Zentrums für r von der Laufradkante (Maß 70) (Stirnfläche). In dem Schaubild gemäß Figur 4 sind auf der Abszisse der Wert ε und auf der Ordinate das Verhältnis des zugehörigen C-Faktores C ( ε ) zum C-Faktor für
2. The center of the circular geometry lies within the impeller by s = ε × r from the impeller edge, the value for ε being between 0.15 and 0.35, preferably between 0.2 and 0.3. Here, the channel radius in cross section (dimension 66) and s the distance from the center for r from the impeller edge (dimension 70) (end face). 4, the value ε is on the abscissa and the ratio of the associated C factor C (ε) to the C factor for is on the ordinate
aufgetragen.
Dabei sind für die Kurve 75 für R 17,5 mm und für A 4,52 mm angenommen worden. Bei der Kurve 80 wurde der Wert 17,5 mm für R beibehalten und A auf 5,31 mm vergrößert. Der Kurve 85 liegen die Werte R = 14,2 und A = 4,52 mm zugrunde. applied. The curve 75 was assumed for R 17.5 mm and for A 4.52 mm. For curve 80, the value of 17.5 mm was retained for R and A was increased to 5.31 mm. Curve 85 is based on the values R = 14.2 and A = 4.52 mm.
Somit zeigt sich, daß die Lage des Maximums für This shows that the position of the maximum for
C (ε)/C (0) nahezu unabhängig von den absoluten Werten für A und R immer zwischen ca. 0,2 und 0,7, vorzugsweise bei etwa ε= 0,25, liegt.
C (ε) / C (0) is almost independent of the absolute values for A and R always between approximately 0.2 and 0.7, preferably approximately ε = 0.25.
Claims
1. Peripheralpumpe, insbesondere zum Förderkraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem in einer Pumpenkammer umlaufenden, kreiszylindrischen Laufrad, das an mindestens einer seiner beiden Stirnflächen einen Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades mit Abstand voneinander angeordneten Flügeln aufweist und im Längsschnitt durch die Pumpe gesehen der Grund der nutartig ausgebildeten Lücke zwischen zwei einander benachbarten Flügeln einen Kreisabschnitt bildet, dessen Zentrum wenigstens nahezu identisch ist mit dem Zentrum eines anderen Kreisabschnitts, welcher durch den Grund eines annähernd ringförmigen Förderkanals gebildet ist, der den Flügelkranz gegenüberliegend in einer Wand der Pumpenkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentren (62, 64) der beiden Kreisabschnitte (46, 58 bzw. 50, 60) innerhalb der Kontur des Laufrades (14) liegen. 1. Peripheral pump, in particular for conveying fuel from a storage tank to the internal combustion engine of a motor vehicle, with a circular-cylindrical impeller rotating in a pump chamber, which has at least one of its two end faces with a ring of vanes spaced apart in the circumferential direction of the impeller and in a longitudinal section through the Seen from the pump, the bottom of the groove-like gap between two adjacent vanes forms a circular section, the center of which is at least almost identical to the center of another circular section, which is formed by the bottom of an approximately ring-shaped delivery channel, which is opposite the wing rim in a wall of the pump chamber is arranged, characterized in that the centers (62, 64) of the two circular sections (46, 58 and 50, 60) lie within the contour of the impeller (14).
2. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (68) des Lückengrundes (46, 50) dem Radius (66) des Förderkanalgrundes (58, 60) entspricht. 2. Peripheral pump according to claim 1, characterized in that the radius (68) of the gap base (46, 50) corresponds to the radius (66) of the delivery channel base (58, 60).
3. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des linken Lückengrundes (46, 50) größer ist als der Radius (66) des Förderkanalgrundes (58, 60). 3. Peripheral pump according to claim 1, characterized in that the radius of the left gap base (46, 50) is larger than the radius (66) of the delivery channel base (58, 60).
4. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß (70), gemessen von der die Drehachse des Laufrades (14) schneidenden Stirnfläche (48 bzw. 44) bis zum Zentrum (62 bzw. 64) r mal ε beträgt, wobei r der Radius (66) des Förderkanalgrundes (58, 60) ist und ε eine Konstante darstellt, deren Größe im Bereich von 0,15 bis 0,35 liegt. 4. Peripheral pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the dimension (70), measured from the end face (48 or 44) intersecting the axis of rotation of the impeller (14) to the center (62 or 64) r times ε, where r is the radius (66) of the conveyor channel base (58, 60) and ε represents a constant, the size of which is in the range from 0.15 to 0.35.
5. Peripheralpumpe nach einem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Konstanten ε im Bereich zwischen 0,2 und 0,3 liegt. 5. Peripheral pump according to claim 4, characterized in that the size of the constant ε is in the range between 0.2 and 0.3.
6. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lückengrund-Kreisabschnitt (46 bzw. 50) zum 6. Peripheral pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the gap bottom circular section (46 or 50) for
Förderkanalgrund-Kreisabschnitt (58, 60) konzentrisch ist. Delivery channel base-circular section (58, 60) is concentric.
7. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (14) an seinen beiden Stirnflächen (44, 48) je einen Kranz von Flügeln (38) aufweist und daß jedem Flügelkranz ein annähernd ringförmiger Förderkanal (54, 56) in der ihm benachbarten Wand (20, 22) der Pumpenkammer (19) zugeordnet ist. 7. Peripheral pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the impeller (14) on its two end faces (44, 48) each has a ring of wings (38) and that each wing ring has an approximately annular delivery channel (54, 56 ) is assigned to the pump chamber (19) in the wall (20, 22) adjacent to it.
8. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Flügel (38) durch einen umlaufenden Ring (40) miteinander verbunden sind. 8. Peripheral pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the free ends of the wings (38) are interconnected by a circumferential ring (40).
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