EP0759503A2 - Fördereinheit - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02M37/00—Apparatus 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
- F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
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- F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
- F02M37/18—Feeding by means of driven pumps characterised by provision of main and auxiliary pumps
Definitions
- the invention relates to a delivery unit for delivering fuel for an internal combustion engine of a motor vehicle with a main pump delivering a main chamber, a backing pump designed to deliver the fuel into the main chamber, and at least one electric motor arranged in the main chamber, for driving the backing pump and main pump Backing pump is arranged in a prechamber below the main chamber.
- the separation of the delivery unit into a main chamber with a main pump arranged therein and a prechamber with a backing pump arranged therein contributes to an increase in the security of the fuel supply.
- Today's internal combustion engines require a particularly high level of security when supplying fuel, since otherwise damage, for example to a catalytic converter, is to be feared.
- the backing pump delivers a supply of fuel to the main chamber. For example, when cornering the motor vehicle's fuel supply to the backing pump is briefly interrupted, this is irrelevant as long as there is still fuel in the main chamber.
- the delivery unit is particularly compact due to the arrangement of the main chamber and the pre-chamber one above the other.
- the main pump and backing pump can be driven by a single electric motor arranged in the main chamber.
- a drive shaft of the electric motor must then be guided through a housing base of the main chamber into the prechamber.
- the passage of the shaft through the housing base of the main chamber requires a particularly good radial seal, since there is otherwise the risk that the main chamber will run empty after the motor vehicle has been standing for a long time.
- supplying the internal combustion engine with fuel at an ensuing start requires an undesirably long time.
- the invention is based on the problem of designing a delivery unit of the type mentioned at the outset in such a way that it guarantees a reliable supply of fuel to the internal combustion engine of a motor vehicle.
- the backing pump and a drive shaft of the electric motor each have magnets which are arranged opposite one another and are separated from one another by a housing base of the main chamber which is made of non-magnetizable material.
- the arrangement of the magnets corresponds to that of a so-called magnetic coupling, whose magnets are separated from the case back.
- the housing base of the main chamber can now be a closed partition, which does not let fuel through even when the motor vehicle is in a longer position.
- the housing base must consist of a non-magnetizable material, such as plastic or certain non-ferrous metals or stainless steels, so that the magnetic fields necessary for the transmission of the driving forces are not impeded. At high speeds, it should also be made of electrically non-conductive material to avoid eddy currents. In order to avoid all radial seals in the delivery unit, it would also be possible to also drive the main pump via such a magnetic coupling.
- the backing pump can be connected to the main chamber, for example, with a valve arranged in the housing base between the pre-chamber and the main chamber.
- this valve has the disadvantage that it could leak, which could then cause the main chamber to empty.
- This source of error can be avoided if the delivery unit for connecting the antechamber to the main chamber has a riser, the mouth of which has a distance from the housing base of the main chamber.
- the riser thus serves as the overflow of the prechamber, which opens into the main chamber.
- the bottom of the main chamber is hermetically sealed.
- the backing pump has a pump wheel with magnets arranged thereon.
- the walls of the prechamber are to be designed so that they replace the pump housing.
- the installation of the backing pump is particularly special easy, since the pump wheel is then inserted into the prechamber as the only moving part.
- the structure of the delivery unit is more compact with the same delivery rate if, according to an advantageous development of the invention, the housing base of the main chamber has a cup-shaped depression for receiving one end of the drive shaft, if the magnets are arranged on the circumference of the drive shaft and if the backing pump has a depression enclosing bell-shaped extension, on the inner circumference of which magnets are arranged.
- the housing base of the main chamber has a cup-shaped depression for receiving one end of the drive shaft, if the magnets are arranged on the circumference of the drive shaft and if the backing pump has a depression enclosing bell-shaped extension, on the inner circumference of which magnets are arranged.
- the design effort for driving the backing pump can be reduced if a stator of the electric motor is arranged in the main chamber and part of the backing pump is designed as a rotor of the electric motor.
- the electric motor consists of electromagnets, while the backing pump has only permanent magnets.
- the main pump then needs its own drive.
- Complicated forms of the delivery unit can be easily produced if the walls of the antechamber and the main chamber are made of the most fuel-resistant plastic injection molding.
- a delivery unit has a main chamber 1 with a prechamber 2 arranged underneath.
- a cylindrical pump device 3 with a main pump 4 and an electric motor 5 arranged therein.
- the main pump 4 is connected to a drive shaft 6 of the electric motor 5.
- a magnet set 7 is fastened to the drive shaft 6 and penetrates into a cup-shaped depression 8 in the housing bottom 9 of the main chamber 1.
- This cup-shaped depression 8 is enclosed in the prechamber 2 by a bell-shaped extension 10 of a backing pump 11.
- a further magnet set 12 is arranged on the inner circumference of the bell-shaped extension 10.
- the backing pump 11 has a pump wheel 13 firmly connected to the magnet set 12.
- a sliding bearing 15 is arranged on the pump wheel 13 and a housing base 14 of the prechamber 2.
- the slide bearing 15 surrounds an inlet 16 for the fuel.
- the prechamber 2 has a connection to the main chamber 1 via a riser 17.
- the riser 17 is a simple pipe with an opening 18 in the upper region of the main chamber 1.
- the riser 17 protrudes a little into the prechamber 2.
- an area is thus provided which is intended for degassing the fuel and from which a degassing opening 24 leads to the outside.
- the main pump 4 has a suction line 20 reaching to the housing bottom 9 of the main chamber 1 and an outlet 21 leading out of the delivery unit.
- This design of the main chamber 1 ensures that it is hermetically sealed in the bottom area and that no fuel unintentionally gets out of it.
- the fuel delivery by the main pump 4 is maintained as long as there is fuel in the main chamber 1. A brief interruption in the fuel supply at inlet 16 of the delivery device is irrelevant.
- FIG. 2 shows a section through the magnet set 12 of the backing pump 11 and the magnet set 7 from FIG. 1 arranged on the drive shaft 6.
- both magnet sets 7, 12 consist of individual magnets 22, 23, the polarities of which alternate over the circumference.
- each magnet set 7, 12 has the same number of magnets 22, 23.
- the polarities were marked in the drawing with "N" for the north pole and "S" for the south pole.
- a magnet 23 on the drive shaft 6 is opposed by a magnet 22 on the backing pump 11 with opposite polarity.
- a part of the housing base 9 of the main chamber 1 is located between the magnet sets 7, 12. It is important here that the magnetic sets 7, 12 and the housing base 9 fit as closely as possible, since the transmission of the drive energy from the drive shaft 6 to the backing pump 11 is all the better , the closer the magnet sets 7, 12 are to each other.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Fördereinheit zum Fördern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einer aus einer Hauptkammer fördernden Hauptpumpe, einer zum Fördern des Kraftstoffs in die Hauptkammer ausgebildeten Vorpumpe und zumindest einem in der Hauptkammer angeordneten Elektromotor, zum Antrieb von Vorpumpe und Hauptpumpe, wobei die Vorpumpe in einer Vorkammer unterhalb der Hauptkammer angeordnet ist.
- Derartige Fördereinheiten werden heutzutage vielfach zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug eingesetzt und sind demnach Stand der Technik. Die Trennung der Fördereinheit in eine Hauptkammer mit einer darin angeordneten Hauptpumpe und eine Vorkammer mit einer darin angeordneten Vorpumpe trägt zu einer Erhöhung der Sicherheit der Kraftstoffversorgung bei. Heutige Brennkraftmaschinen benötigen eine besonders hohe Sicherheit bei der Versorgung mit Kraftstoff, da ansonsten Schäden, beispielsweise an einem Katalysator, zu befürchten sind. Hierbei fördert die Vorpumpe einen Vorrat an Kraftstoff in die Hauptkammer. Wird beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs die Kraftstoffzufuhr zu der Vorpumpe kurzfristig unterbrochen, ist dies belanglos, solange noch Kraftstoff in der Hauptkammer vorhanden ist. Durch die Anordnung der Hauptkammer und der Vorkammer übereinander gestaltet sich die Fördereinheit besonders kompakt. Weiterhin lassen sich so Hauptpumpe und Vorpumpe von einem einzigen in der Hauptkammer angeordneten Elektromotor antreiben. Für den Antrieb der Vorpumpe muß dann eine Antriebswelle des Elektromotors durch einen Gehäuseboden der Hauptkammer in die Vorkammer geführt werden. Die Durchführung der Welle durch den Gehäuseboden der Hauptkammer erfordert eine besonders gute Radialdichtung, da ansonsten die Gefahr besteht, daß die Hauptkammer nach einem längeren Stand des Kraftfahrzeugs leerläuft. Dadurch erfordert die Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff bei einem folgenden Start unerwünscht viel Zeit. Zudem besteht immer die Gefahr, daß die Radialdichtung durch Altern undicht wird oder Kraftstoff durch sie hindurchdiffundiert.
- Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Fördereinheit der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie eine sichere Versorgung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff garantiert.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorpumpe und eine Antriebswelle des Elektromotors jeweils Magnete aufweisen, welche einander gegenüberstehend angeordnet und durch einen aus nicht magnetisierbarem Material bestehenden Gehäuseboden der Hauptkammer voneinander getrennt sind.
- Durch diese Gestaltung der Fördereinheit wird das Problem der Abdichtung der Hauptkammer einfach umgangen, da keine Radialdichtung mehr benötigt wird. Die Anordnung der Magnete entspricht hier der einer sogenannten Magnetkupplung, deren Magnete von dem Gehäuseboden getrennt sind. Der Gehäuseboden der Hauptkammer kann nun eine geschlossene Trennwand sein, welche auch bei einem längeren Stand des Kraftfahrzeuges keinen Kraftstoff durchläßt. Mit der erfindungsgemäßen Fördereinheit ist es damit leicht möglich, eine Sicherheitsreserve an Kraftstoff in der Hauptkammer zu halten. Der Gehäuseboden muß aus einem nicht magnetisierbaren Material bestehen, wie beispielsweise Kunststoff oder bestimmten Nichteisenmetallen oder Edelstählen, damit zur Übertragung der Antriebskräfte notwendige magnetische Felder nicht behindert werden. Bei hohen Drehzahlen sollte sie zudem zur Vermeidung von Wirbelströmen aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen. Um sämtliche Radialdichtungen in der Fördereinheit zu vermeiden, wäre es auch möglich, die Hauptpumpe ebenfalls über eine derartige Magnetkupplung anzutreiben.
- Die Verbindung der Vorpumpe mit der Hauptkammer kann beispielsweise mit einem in dem Gehäuseboden zwischen der Vorkammer und der Hauptkammer angeordneten Ventil erfolgen. Dieses Ventil hat jedoch den Nachteil, daß es undicht werden könnte, was dann zu einem Leerlaufen der Hauptkammer führen könnte. Diese Fehlerquelle läßt sich vermeiden, wenn die Fördereinheit zur Verbindung der Vorkammer mit der Hauptkammer eine Steigleitung hat, deren Mündung von dem Gehäuseboden der Hauptkammer einen Abstand hat. Die Steigleitung dient damit als Überlauf der Vorkammer, der in die Hauptkammer mündet. Damit ist der Gehäuseboden der Hauptkammer hermetisch geschlossen.
- Eine konstruktiv vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Vorpumpe ein Pumpenrad mit darauf angeordneten Magneten hat. Dabei sind die Wandungen der Vorkammer so auszubilden, daß sie das Pumpengehäuse ersetzen. Die Montage der Vorpumpe gestaltet sich somit besonders einfach, da das Pumpenrad dann als einziges bewegliches Teil in die Vorkammer eingesetzt wird.
- Der Aufbau der Fördereinheit gestaltet sich bei gleicher Förderleistung kompakter, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Gehäuseboden der Hauptkammer eine topfförmige Vertiefung zur Aufnahme eines Endes der Antriebswelle hat, wenn die Magnete auf dem Umfang der Antriebswelle angeordnet sind und wenn die Vorpumpe eine die Vertiefung umschließende glockenförmige Erweiterung hat, auf deren inneren Umfang Magnete angeordnet sind. Mit der Anordnung der Magnete in einer Glockenform lassen sich wesentlich größere Kräfte übertragen, als beispielsweise mit sich an zwei Stirnflächen zweier Wellen gegenüberstehenden Magneten.
- Der konstruktive Aufwand des Antriebs der Vorpumpe läßt sich verringern, wenn in der Hauptkammer ein Stator des Elektromotors angeordnet und ein Teil der Vorpumpe zu einem Rotor des Elektromotors ausgebildet ist. Bei dieser Gestaltung besteht der Elektromotor aus Elektromagneten, während die Vorpumpe lediglich Permanentmagnete aufweist. Die Hauptpumpe benötigt dann einen eigenen Antrieb.
- Komplizierte Formen der Fördereinheit lassen sich leicht herstellen, wenn die Wandungen der Vorkammer und der Hauptkammer aus kraftstoffesten Kunststoffspritzguß bestehen.
- Zur weiteren Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches nachfolgend beschrieben wird. Diese zeigt in
- Fig.1
- eine Fördereinheit mit einer Hauptpumpe und einer Vorpumpe,
- Fig.2
- einen Schnitt entlang der Linie I-I durch eine magnetische Kraftübertragung der Vorpumpe aus Figur 1.
- In Figur 1 hat eine Fördereinheit eine Hauptkammer 1 mit einer darunter angeordneten Vorkammer 2. In der Hauptkammer 1 befindet sich eine zylindrische Pumpeinrichtung 3 mit einer darin angeordneten Hauptpumpe 4 und einem Elektromotor 5. Die Hauptpumpe 4 ist an einer Antriebswelle 6 des Elektromotors 5 angeschlossen. An der Antriebswelle 6 ist ein Magnetsatz 7 befestigt, der in eine topfförmige Vertiefung 8 im Gehäuseboden 9 der Hauptkammer 1 eindringt. Diese topfförmige Vertiefung 8 wird in der Vorkammer 2 von einer glockenförmigen Erweiterung 10 einer Vorpumpe 11 umschlossen. Auf dem inneren Umfang der glockenförmigen Erweiterung 10 ist ein weiterer Magnetsatz 12 angeordnet. Die Vorpumpe 11 hat ein fest mit dem Magnetsatz 12 verbundenes Pumpenrad 13. Zur Abstützung von Axialkräften, welche beim Betrieb auf das Pumpenrad 13 wirken, ist auf dem Pumpenrad 13 und einem Gehäuseboden 14 der Vorkammer 2 ein Gleitlager 15 angeordnet. Hier umschließt das Gleitlager 15 ringförmig einen Einlaß 16 für den Kraftstoff. Die Vorkammer 2 hat über eine Steigleitung 17 eine Verbindung mit der Hauptkammer 1. Die Steigleitung 17 ist ein einfaches Rohr, mit einer Mündung 18 in den oberen Bereich der Hauptkammer 1. Die Steigleitung 17 ragt ein wenig in die Vorkammer 2 hinein. Zwischen der von dem Gehäuseboden 9 der Hauptkammer 1 gebildeten oberen Begrenzung der Vorkammer 2 und einer Einmündung 19 der Steigleitung 17 entsteht so ein Bereich, der für eine Entgasung des Kraftstoffs vorgesehen ist und von dem aus eine Entgasungsöffnung 24 nach außen führt. Die Hauptpumpe 4 hat eine bis zum Gehäuseboden 9 der Hauptkammer 1 reichende Ansaugleitung 20 und einen aus der Fördereinheit heraus führenden Auslaß 21.
- Durch diese Gestaltung der Hauptkammer 1 ist sichergestellt, daß sie im Bodenbereich hermetisch dicht ist und kein Kraftstoff unbeabsichtigt aus ihr herausgelangt. Die Kraftstofförderung durch die Hauptpumpe 4 wird solange aufrechterhalten, wie sich Kraftstoff in der Hauptkammer 1 befindet. Eine kurzzeitige Unterbrechung der Kraftstoffversorgung am Einlaß 16 der Fördereinrichtung ist dabei belanglos.
- In Figur 2 ist ein Schnitt durch den Magnetsatz 12 der Vorpumpe 11 und den auf der Antriebswelle 6 angeordneten Magnetsatz 7 aus Figur 1 dargestellt. Hierbei zeigt sich, daß beide Magnetsätze 7, 12 aus einzelnen Magneten 22, 23 bestehen, deren Polungen sich über den Umfang gesehen abwechseln. Weiterhin ist zu erkennen, daß jeder Magnetsatz 7, 12 die gleiche Anzahl von Magneten 22, 23 aufweist. Die Polungen wurden in der Zeichnung mit "N" für Nordpol und "S" für Südpol gekennzeichnet. Einem Magneten 23 auf der Antriebswelle 6 steht ein Magnet 22 auf der Vorpumpe 11 mit entgegengesetzter Polung gegenüber. Zwischen den Magnetsätzen 7, 12 befindet sich ein Teil des Gehäusebodens 9 der Hauptkammer 1. Wichtig ist hierbei eine möglichst hohe Paßgenauigkeit der Magnetsätze 7, 12 und des Gehäusebodens 9, da die Übertragung der Antriebsenergie von der Antriebswelle 6 auf die Vorpumpe 11 umso besser ist, je geringer der Abstand der Magnetsätze 7, 12 voneinander ist.
Claims (6)
- Fördereinheit zum Fördern von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einer aus einer Hauptkammer fördernden Hauptpumpe, einer zum Fördern des Kraftstoffs in die Hauptkammer ausgebildeten Vorpumpe und zumindest einem in der Hauptkammer angeordneten Elektromotor, zum Antrieb von Vorpumpe und Hauptpumpe, wobei die Vorpumpe in einer Vorkammer unterhalb der Hauptkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorpumpe (11) und eine Antriebswelle (6) des Elektromotors (5) jeweils Magnete (22, 23) aufweisen, welche einander gegenüberstehend angeordnet und durch einen aus nicht magnetisierbarem Material bestehenden Gehäuseboden (9) der Hauptkammer (1) voneinander getrennt sind.
- Fördereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Verbindung der Vorkammer (2) mit der Hauptkammer (1) eine Steigleitung (17) hat, deren Mündung (18) von dem Gehäuseboden (9) der Hauptkammer (1) einen Abstand hat.
- Fördereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorpumpe (11) ein Pumpenrad (13) mit darauf angeordneten Magneten (22) hat.
- Fördereinheit nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden (9) der Hauptkammer (1) eine topfförmige Vertiefung (8) zur Aufnahme eines Endes der Antriebswelle (6) hat, daß die Magnete (23) auf dem Umfang der Antriebswelle (6) angeordnet sind und daß die Vorpumpe (11) eine die Vertiefung (8) umschließende glockenförmige Erweiterung (10) hat, auf deren inneren Umfang Magnete (22) angeordnet sind.
- Fördereinheit nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptkammer (1) ein Stator des Elektromotors angeordnet und ein Teil der Vorpumpe (11) zu einem Rotor des Elektromotors ausgebildet ist.
- Fördereinheit nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (Gehäuseböden 9, 14) der Vorkammer (2) und der Hauptkammer (1) aus kraftstoffesten Kunststoffspritzguß bestehen.
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