EP0603524B1 - Brennstoffpumpe - Google Patents

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EP0603524B1
EP0603524B1 EP93118116A EP93118116A EP0603524B1 EP 0603524 B1 EP0603524 B1 EP 0603524B1 EP 93118116 A EP93118116 A EP 93118116A EP 93118116 A EP93118116 A EP 93118116A EP 0603524 B1 EP0603524 B1 EP 0603524B1
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EP
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pump
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outlet
passage
stage
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Bernhard Radermacher
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Pierburg GmbH
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Pierburg GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/04Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/048Arrangements for driving regenerative pumps, i.e. side-channel pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18Rotors
    • F04D29/188Rotors specially for regenerative pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D5/00Pumps with circumferential or transverse flow
    • F04D5/002Regenerative pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D5/00Pumps with circumferential or transverse flow
    • F04D5/002Regenerative pumps
    • F04D5/003Regenerative pumps of multistage type
    • F04D5/005Regenerative pumps of multistage type the stages being radially offset
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/30Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/34Balancing of radial or axial forces on regenerative rotors

Definitions

  • the invention relates to a fuel pump for internal combustion engines according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a fuel pump is the subject of US-A-4,784,587, for example, and there has a pump unit designed as a side channel pump, the pump wheel of which has a blade ring in each of the two axial walls, which cooperates with a side channel.
  • the outlet area of the first side channel or pump unit in the flow direction merges into the suction area of the second via a connecting channel, and the outlet area and suction area of these pump stages are arranged in such a way that the moments acting on the axial walls during operation cancel each other out.
  • the invention is therefore based on the object of finding measures with which a generic fuel pump can be operated with high efficiency and low noise even with fluctuating outlet pressure can be, in addition, a simple production is to be achieved.
  • Fig. 1 shows a fuel pump 1, consisting of a housing 2, an electric motor 3 and a pump unit 4.
  • the pump unit 4 consists of a side channel pump, the pump wheel 5 in each of the two axial walls 6, 7 has a blade ring 8, 9 which cooperates with a side channel 10, 11, the outlet area 12 of the first side channel 10 or pumping unit passing in the direction of flow merging into the suction area 14 of the second via a connecting channel 13 and the outlet area and suction area 12 and 14 of these pump stages being arranged in such a way that they are in operation cancel the moments acting on the axial walls 6, 7, ie that seen in the axial direction of the pump wheel 5, an intake area 15 of the first pump stage is opposite the intake area 14 of the second pump stage and the outlet area 12 of the first pump stage is opposite an outlet area 16 of the second pump stage.
  • the pump wheel 5 has on the axial wall 6 with the blade ring 8 of the first pump stage a surface area 17 which is delimited by a recess 18 in a pump wall 19 and via a recess 20 of the pump wheel 5 into which a driver 22 arranged on the motor armature 21 projects. and a recess 23, through which the driver 22 and an armature shaft 24 protrude, is connected to a housing chamber 25, in which the electric motor, which is flushed by the fuel for cooling, is arranged.
  • the fuel in this chamber 25 is under the outlet pressure of the second pump stage, so that the specified surface area 17 is acted upon by it.
  • a surface area 26 is also provided on the axial wall 7 of the second pump stage, which area is delimited by a recess 27 in the pump wall 19 and is acted upon by the outlet pressure of the first pump stage through a channel 28 which is connected to the outlet region 12 of the first pump stage.
  • This channel is designed as a bore, but can also be designed as a groove, as shown in broken lines in FIG. 3.
  • This measure gives rise to 5 forces on the pump wheel during pump operation, which can be determined by selecting the sizes of the surface areas 17, 26 such that the excess force of the opposing forces is approximately equal to the load force existing due to the delivery pressure of the first pump stage in the direction of the first pump stage is. This makes it possible to loosely support the pump wheel 5 on the motor armature shaft 24, since almost no axial forces act on the pump wheel 5.
  • the existing between the outlet and inlet area connecting channel 13 is formed by a radial extension 29 of a bore 30 receiving the impeller 5, the outlet area 12 of the The first side channel 10 and the suction area 14 of the second side channel 11 open into the connecting channel 13 in a ramp shape via an intermediate channel 31 (FIGS. 2 and 3), the connecting channel 13 having a complementary ramp 32 which increases or decreases following the radius of the extension 29 .
  • FIG. 2 and 3 show views of the pump walls of the embodiment according to FIG. 1 seen in the direction of the arrow, FIG. 2 showing the first side channel 10 with suction area 15 and outlet area 12.
  • the outlet region 12 opens into the intermediate channel 31, which ramps up from the base of the side channel and, as can be seen from FIG. 4, then opens out into the connecting channel 13.
  • Fig. 3 shows the second side channel 11 in the same configuration as the first side channel 10, but rotated with respect to a reference point 35, which is given in all views of FIGS. 2 to 4, which, as already stated, achieves that in Seen in the axial direction of the pump wheel 5, a suction region 15 of the first pump stage is opposite the suction region 14 of the second pump stage and the outlet region 12 of the first pump stage is opposite an outlet region 16 of the second pump stage.
  • Fig. 4 shows the pump wheel 5 and a part of the pump wall 19, in which the bore 30 for receiving the pump wheel 5 and the radial extension 29 to form the connecting channel 13 are arranged, in the same direction of the arrow as the view according to FIG. 2, however offset by the impeller width.
  • the extension 29 shows the ramps 32 once in full view (right) and once in invisible view (left).
  • the pump wheel 5 shows the blade ring 9 of the second pump stage and the recess 18, into which one or more drivers 22 project, which are arranged on the motor armature 21 and drive the pump wheel 5, and a cut-out section from which the blade ring 34 can be seen in the jacket surface 33 is.
  • the fuel pump can be operated with high efficiency and low noise and is suitable for installation in motor vehicle internal combustion engines.

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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  • Rotary Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffpumpe für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine derartige Brennstoffpumpe ist beispielsweise Gegenstand der US-A-4,784,587 und weist dort ein als Seitenkanalpumpe ausgebildetes Pumpenwerk auf, dessen Pumpenrad in jeder der beiden Axialwände einen Schaufelkranz aufweist, der mit einem Seitenkanal zusammenwirkt. Der Auslaßbereich des in Strömungsrichtung ersten Seitenkanals bzw. Pumpenwerks geht über einen Verbindungskanal in den Ansaugbereich des zweiten über und Auslaßbereich und Ansaugbereich dieser Pumpenstufen sind so angeordnet, daß sich die bei Betrieb auf die Axialwände einwirkenden Momente aufheben.
  • Wie aus dieser Druckschrift zu entnehmen ist, verbleibt damit nur noch eine gleichmäßige Belastung des Pumpenrades in Richtung auf die erste Pumpenstufe, der dadurch entgegengewirkt werden kann, daß die Pumpenrad-Axialwände Flächenbereiche aufweisen, die mit dem Auslaßdruck der zweiten Pumpenstufe beaufschlagt sind und deren Größen so festgelegt sind, daß die Überschußkraft der entgegengerichteten Kräfte die Belastung aufhebt. Arbeitet die Pumpe gegen schwankenden Auslaßdruck, dann ändert sich die Belastung, wohingegen die Überschußkraft konstant bleibt. Damit stützt sich das Pumpenrad unter der Belastung gegen die Axialwände der Pumpenwandung ab, wodurch ein hohes Reibmoment, Verschleiß und ggf. auch eine hohe Geräuschbildung verursacht werden.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen aufzufinden, mit denen eine gattungsgemäße Brennstoffpumpe auch bei schwankendem Auslaßdruck mit einem hohen Wirkungsgrad und geringer Geräuschbildung betrieben werden kann, wobei darüber hinaus eine einfache Herstellung erreicht werden soll.
  • Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst worden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind mit den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • Diese zeigt:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt einer Brennstoffpumpe;
    • Fig. 2, 3 und 4 Ansichten von Einzelteilen der Pumpe nach Fig. 1.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Brennstoffpumpe 1, bestehend aus einem Gehäuse 2, einem Elektromotor 3 und einem Pumpenwerk 4. Das Pumpenwerk 4 besteht aus einer Seitenkanalpumpe, dessen Pumpenrad 5 in jeder der beiden Axialwände 6, 7 ein Schaufelkranz 8, 9 aufweist, das mit einem Seitenkanal 10, 11 zusammenwirkt, wobei der Auslaßbereich 12 des in Strömungsrichtung ersten Seitenkanals 10 bzw. Pumpenwerks über einen Verbindungskanal 13 in den Ansaugbereich 14 des zweiten übergeht und Auslaßbereich und Ansaugbereich 12 und 14 dieser Pumpenstufen so angeordnet sind, daß sich die bei Betrieb auf die Axialwände 6, 7 einwirkenden Momente aufheben, d. h. daß in Achsrichtung des Pumpenrades 5 gesehen ein Ansaugbereich 15 der ersten Pumpenstufe dem Ansaugbereich 14 der zweiten Pumpenstufe und dem Auslaßbereich 12 der ersten Pumpenstufe einem Auslaßbereich 16 der zweiten Pumpenstufe gegenüberliegen.
  • Das Pumpenrad 5 weist auf der Axialwand 6 mit dem Schaufelkranz 8 der ersten Pumpenstufe einen Flächenhereich 17 auf, der durch eine Ausnehmung 18 in einer Pumpenwandung 19 begrenzt und über eine Ausnehmung 20 des Pumpenrades 5, in die ein am Motoranker 21 angeordneter Mitnehmer 22 hineinragt, und eine Ausnehmung 23, durch die der Mitnehmer 22 und eine Ankerwelle 24 hindurchragen, mit einer Gehäusekammer 25 verbunden ist, in der der vom Brennstoff zur Kühlung umspülte Elektromotor angeordnet ist. Der in dieser Kammer 25 stehende Brennstoff steht unter dem Auslaßdruck der zweiten Pumpenstufe, so daß der angegebene Flächenbereich 17 von diesem beaufschlagt ist.
  • Auf der Axialwand 7 der zweiten Pumpenstufe ist ebenfalls ein Flächenbereich 26 vorgesehen, der durch eine Ausnehmung 27 der Pumpenwandung 19 begrenzt und durch einen Kanal 28, der mit dem Auslaßbereich 12 der ersten Pumpenstufe verbunden ist, mit dem Auslaßdruck der ersten Pumpenstufe beaufschlagt ist. Dieser Kanal ist als Bohrung ausgeführt, kann jedoch auch -wie in Fig. 3 strichpunktiert dargestellt ist- als Nut ausgeführt sein. Durch diese Maßnahme entstehen bei Pumpenbetrieb an dem Pumpenrad 5 Kräfte, die durch Auswahl der Größen der Flächenbereiche 17, 26 so bestimmbar sind, daß die Überschußkraft der gegeneinander gerichteten Kräfte in etwa gleich der durch den Förderdruck der ersten Pumpenstufe in Richtung der ersten Pumpenstufe bestehenden Belastungskraft ist. Damit ist es möglich, das Pumpenrad 5 lose auf der Motorankerwelle 24 zu lagern, da nahezu keine Axialkräfte mehr an dem Pumpenrad 5 wirken.
  • Der zwischen dem Auslaß- und Einlaßbereich bestehende Verbindungskanal 13 ist durch eine radiale Erweiterung 29 einer das Pumpenrad 5 aufnehmenden Bohrung 30 gebildet, wobei der Auslaßbereich 12 des ersten Seitenkanals 10 und der Ansaugbereich 14 des zweiten Seitenkanals 11 über einen Zwischenkanal 31 (Fig. 2 und 3) rampenförmig in den Verbindungskanal 13 einmünden, wobei der Verbindungskanal 13 eine komplementäre Rampe 32 aufweist, die dem Radius der Erweiterung 29 folgend ansteigt bzw. abfällt.
  • Durch diese Maßnahmen kann ein strömungsgünstiger Förderstrom entstehen. Insbesondere dadurch, daß die Verbindungskanalwandung teilweise durch die Mantelfläche 33 des Pumpenrades 5 gebildet ist, die sich in Förderstromrichtung bewegt, wird der Förderstrom durch die Reibung zwischen Brennstoff und Mantelfläche 33 unterstützt. Diese Reibung kann dadurch, daß das Pumpenrad 5 in seiner Mantelfläche 33 ebenfalls einen Schaufelkranz 34 aufweist, verstärkt werden.
  • Fig. 2 und 3 zeigen Ansichten der Pumpenwandungen der Ausführung nach Fig. 1 in Pfeilrichtung gesehen, wobei Fig. 2 den ersten Seitenkanal 10 mit Ansaugbereich 15 und Auslaßbereich 12 zeigt. Der Auslaßbereich 12 mündet in den Zwischenkanal 31 ein, der vom Seitenkanalgrund rampenförmig ansteigt und, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, dann in den Verbindungskanal 13 ausmündet.
  • Fig. 3 zeigt den zweiten Seitenkanal 11 in gleicher Ausbildung wie den ersten Seitenkanal 10, jedoch in bezug auf einen Bezugspunkt 35, der in allen Ansichten der Fig. 2 bis 4 angegeben ist, verdreht, womit erreicht wird, wie bereits angegeben, daß in Achsrichtung des Pumpenrades 5 gesehen ein Ansaugbereich 15 der ersten Pumpenstufe dem Ansaugbereich 14 der zweiten Pumpenstufe und dem Auslaßbereich 12 der ersten Pumpenstufe ein Auslaßbereich 16 der zweiten Pumpenstufe gegenüberliegen.
  • Fig. 2 und 3 zeigen darüber hinaus die Ausnehmungen 18 und 27, die die Flächenbereiche 17 und 26 des Pumpenrades 5 begrenzen, die mit dem entsprechenden Auslaßdruck beaufschlagt sind.
  • Fig. 4 zeigt das Pumpenrad 5 und einen Teil der Pumpenwandung 19, in der die Bohrung 30 für die Aufnahme des Pumpenrades 5 sowie die radiale Erweiterung 29 zur Bildung des Verbindungskanals 13 angeordnet sind, in gleicher Pfeilrichtung wie die Ansicht gemäß Fig. 2, jedoch versetzt um die Pumpenradbreite.
  • Die Erweiterung 29 zeigt die Rampen 32 einmal in Vollansicht (rechts) und einmal in Unsichtbaransicht (links).
  • Das Pumenrad 5 zeigt den Schaufelkranz 9 der zweiten Pumpenstufe und die Ausnehmung 18, in die ein oder mehrere Mitnehmer 22 hineinragen, die am Motoranker 21 angeordnet sind und das Pumpenrad 5 antreiben, und einen Ausbruchsschnitt, aus dem der Schaufelkranz 34 in der Mantelfäche 33 erkennbar ist.
  • Die Brennstoffpumpe ist mit hohem Wirkungsgrad und geringer Geräuschbildung zu betreiben und eignet sich für den Einbau in Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen.

Claims (5)

  1. Brennstoffpumpe für Brennkraftmaschinen mit einem vom Brennstoff zur Kühlung umspülten Elektromotor (3) und einem als Seitenkanalpumpe ausgebildeten Pumpenwerk (4), dessen Pumpenrad (5) in jeder der beiden Axialwände (6, 7) einen Schaufelkranz (8, 9) aufweist, das mit einem Seitenkanal (10, 11) zusammenwirkt, wobei der Auslaßbereich (12) des in Strömungsrichtung ersten Seitenkanals (10) bzw. Pumpenwerks über einen Verbindungskanal (13) in den Ansaugbereich (14) des zweiten übergeht und Auslaßbereich (12) und Ansaugbereich (14) dieser Pumpenstufen so angeordnet sind, daß sich die bei Betrieb auf die Axialwände (6, 7) einwirkenden Momente aufheben, wobei die Axialwände (6, 7) des Pumpenrades (5) Flächenbereiche (17, 26) aufweisen, die mit Förderdruck beaufschlagt sind zur Kompensation der axialen Belastung, wobei der Flächenbereich (17) auf der Axialwand (6) mit dem Schaufelkranz (8) der ersten Pumpenstufe mit dem Auslaßdruck der zweiten Pumpenstufe beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich (26) auf der Axialwand (7) mit dem Schaufelkranz (9) der zweiten Pumpenstufe mit dem Auslaßdruck der ersten Pumpenstufe beaufschlagt ist.
  2. Brennstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenbereiche (17, 26) mit Druckbeaufschlagung durch Ausnehmungen (18, 27) der Pumpenwandung (19) begrenzt sind, die über Kanäle (20, 23, 28), die als Bohrung oder Nut ausgeführt sind, mit den Auslaßbereichen (12, 16) verbunden sind.
  3. Brennstoffpumpe nach Anspruch 2, , dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (1 3) vom Auslaßbereich (1 2) der ersten Pumpenstufe zum Ansaugbereich (14) der zweiten durch eine radiale Erweiterung (29) einer das Pumpenrad (5) aufnehmenden Bohrung (30) gebildet ist.
  4. Brennstoffpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßbereich (12) des ersten Seitenkanals (10) und der Ansaugbereich (14) des zweiten Seitenkanals (11) über einen Zwischenkanal (31) rampenförmig in den Verbindungskanal (13) einmünden, wobei der Verbindungskanal (13) eine komplementäre Rampe (32) aufweist, die dem Radius der Erweiterung (29) folgend ansteigt bzw. abfällt.
  5. Brennstoffpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (5) in seiner Mantelfläche (33) ebenfalls einen Schaufelkranz (34) aufweist.
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