EP1342002A1 - Kraftstoffpumpe für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Kraftstoffpumpe für ein kraftfahrzeug

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EP1342002A1
EP1342002A1 EP01984705A EP01984705A EP1342002A1 EP 1342002 A1 EP1342002 A1 EP 1342002A1 EP 01984705 A EP01984705 A EP 01984705A EP 01984705 A EP01984705 A EP 01984705A EP 1342002 A1 EP1342002 A1 EP 1342002A1
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EP
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fuel
fuel pump
stage
electric motor
main stage
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Rolf Reinhardt
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F02M37/18—Feeding by means of driven pumps characterised by provision of main and auxiliary pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/08—Feeding by means of driven pumps electrically driven
    • F02M37/10—Feeding by means of driven pumps electrically driven submerged in fuel, e.g. in reservoir
    • F02M37/106—Feeding by means of driven pumps electrically driven submerged in fuel, e.g. in reservoir the pump being installed in a sub-tank

Definitions

  • the invention relates to a fuel pump for a motor vehicle, consisting of a preliminary stage and a main stage for conveying the fuel to an internal combustion engine of the motor vehicle and an electric motor for driving the preliminary stage and main stage.
  • the fuel pump generally forms a preassembled structural unit with a flange to be inserted into an opening in the fuel tank.
  • the flange carries a connecting piece to which a flow line leading to the internal combustion engine can be connected, and a connecting piece for a return line leading back from the internal combustion engine.
  • the fuel returned by the internal combustion engine is then fed to the fuel tank or a baffle.
  • the preliminary stage and the main stage are often each designed as axially flow-through side channel pumps or peripheral pumps and are arranged together at the end of the electric motor facing the bottom region of the swirl pot.
  • a shaft of the electric motor drives an impeller of the pre-stage and the main stage.
  • the preliminary stage and the main stage are arranged together with the electric motor in a common housing.
  • the fuel delivered by the main stage flows through the electric motor.
  • a disadvantage of known fuel pumps is that fuel which is not required on the internal combustion engine but is heated by it is fed back into the swirl pot via the return line. With renewed funding this fuel by the fuel pump, the fuel is heated even further, especially in the main stage. This can lead to problems due to the low heat resistance of the electric motor, in particular the coal collector system and the adjacent electrical circuitry. For this reason, the temperature of the fuel after the main stage is limited to a permissible value, or the returned fuel had to be cooled.
  • Another disadvantage is that the fuel delivered by the main stage swirls as it flows through the electric motor. As a result, the fuel tends to form vapor bubbles which form a foam with the fuel, which negatively impairs the reliable supply of fuel to the internal combustion engine.
  • the fuel pump runs empty due to leakage between the main and preliminary stages of the fuel pump, the engine compartment of the fuel pump filling with air between the pressure drop and the main stage. Furthermore, the swirl pot can run empty in the same way up to the level of the main step storage location. As a result of the low fill level in the surge pot when the internal combustion engine is restarted, this leads to relatively long start times or to misfires in the internal combustion engine.
  • the invention is based on the problems of designing a fuel pump of the type mentioned at the outset such that the electric motor of the fuel pump is no longer thermally stressed by the fuel and a quick and safe supply of the internal combustion engine with fuel is ensured.
  • the main stage of the fuel pump is connected directly to the flow line to the internal combustion engine and is fluidly decoupled from the electric motor.
  • the Intake manifold of the main stage connects to a component filled with fuel by the preliminary stage, in particular a baffle or a fuel filter.
  • An advantage of the fuel pump according to the invention is that the volume of the flow line between the main stage and the internal combustion engine can be kept very small.
  • the air cushion in the electric motor that forms between the flow line and the main stage in previous fuel pumps when the fuel pump is at a standstill is avoided. Therefore, a delay in the delivery of the fuel to the internal combustion engine is kept particularly low when the internal combustion engine is started with an almost empty fuel tank.
  • fuel returned from the internal combustion engine can be fed to the swirl pot or the fuel tank at a higher temperature, since when the main stage is pumped again, the fuel that is now hot due to the heating is no longer fed through the electric motor but directly into the feed line. This prevents unnecessary heating of the electric motor. This leads to a particularly long service life of the electric motor.
  • a swirling of the fuel delivered by the main stage by the electric motor is avoided by this design, so that foaming in the supply line is prevented.
  • the fuel pump according to the invention thus ensures a reliable supply of fuel to the internal combustion engine.
  • the main stage is arranged on the side of the electric motor opposite the preliminary stage.
  • this arrangement has the advantage that this fuel pump is very quiet, since the main stage, which is mainly responsible for noise generation, is further away from the bottom of the fuel tank.
  • the pressure line of the preliminary stage opens into a swirl pot approximately at the level of the main stage or above the intake manifold. This ensures that, on the one hand, there is always a sufficient amount of fuel available for the main stage in the surge pot and, on the other hand, that the main stage is always filled with fuel or at least immediately sucks fuel at start-up and therefore delivers fuel immediately after the electric motor is started.
  • suction of foamed fuel foam present in the swirl pot can be largely avoided if the main stage has a suction line that extends outside the electric motor to the bottom area of the swirl pot.
  • the fuel pump according to the invention can be installed particularly easily if the main stage has a flange on its side facing away from the electric motor, each with a connecting piece for its suction line and its supply line.
  • the pressure line of the preliminary stage is advantageously guided through the electric motor.
  • this also enables lubrication of the bearing points and cooling of the coal collector system. It is crucial, however, that the fuel, which is warmed up and tends to outgas, is calmed again by the conveyance to a component, so that bubble-free fuel is drawn in from this component via the intake port of the main stage.
  • a fuel pump 3 is arranged in a swirl pot 2 arranged near a bottom of a fuel tank 1.
  • the fuel pump 3 has a housing 4 made of aluminum or steel with an electric motor 5 arranged therein.
  • the electric motor 5 is used to drive a preliminary stage 6 and a main stage 7.
  • the preliminary stage 6 is arranged near a bottom of the baffle 2, while the main stage 7 is located on the opposite side of the electric motor 5.
  • the baffle 2 has an opening 8 in its bottom region, into which the fuel pump 3 is inserted in a sealing manner.
  • a fuel filter 9, 10 is located below the surge pot 2 and in the upper region thereof. With the fuel level 1 in the fuel tank 1 being sufficiently high, fuel can flow into the surge pot 2 through the upper fuel filter 10.
  • the preliminary stage 6 and the main stage 7 are designed as side channel pumps and each have an impeller 12, 13 fastened on a shaft 11 of the electric motor 5.
  • the preliminary stage 6 is connected via a suction line 14 to the fuel filter 9 arranged below the swirl pot 2 and via a pressure line 15 to the swirl pot 2.
  • the preliminary stage 6 sucks fuel from the fuel tank 1 and delivers it into the surge pot 2.
  • the pressure line 15 is guided through the electric motor 5 and ends at the level of the main stage 7.
  • Die Main stage 7 has, on its side facing away from the electric motor 5, a pressure connection 16 for a feed line 17 and a suction connection 18 arranged on the circumference of the fuel pump 3 for a suction line 19.
  • the suction line 19 is led into the bottom region of the surge pot 2 and sucks the fuel from there on.
  • the flow line is led upwards within the fuel tank 1.
  • Fuel delivered via the feed line 17 arrives at an internal combustion engine (not shown) of the motor vehicle.
  • Fuel that is not required is fed into the surge pot 2 via a return 20. This fuel is conveyed via the suction line 19 from the main stage 7 to the internal combustion engine again without flowing through the electric motor 5 again.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the fuel pump 3 according to the invention which has a different design.
  • the fuel pump 3 is arranged in a fuel tank 1.
  • the pressure line 15 of the preliminary stage 6 is led through the electric motor 5 to a fine fuel filter 21.
  • the main stage 7 is a gerotor pump.
  • the connecting pieces 16, 18 for the suction line 19 and the flow line 17 are arranged. From there, the fuel is sucked through the intake port 18 from the main stage 7 and further conveyed via the flow line 17 to the internal combustion engine. Fuel that is not required is fed into the fuel tank 1 via a return 20.

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Abstract

Eine in einem Kraftstoffbehälter (1) eines Kraftfahrzeuges montierte Kraftstoffpumpe (3) weist eine von einem Elektromotor (5) angetriebene Vorstufe (6) und Hauptstufe (7) auf. Die Hauptstufe (7) ist unmittelbar vor einer Vorlaufleitung (17) zur Brennkraftmaschine angeordnet. Der von der Hauptstufe (7) geförderte Kraftstoff wird aus einem Bauteil (2, 21) angesaugt, in das der Kraftstoff von der Vorstufe (6) gefördert wurde. Da die Hauptstufe (7) nach dem Elektromotor (5) angeordnet ist, wird eine unzulässige Erwärmung des Elektromotors (5) vermieden. Weiterhin ermöglicht die Kraftstoffpumpe (3) besonders kurze Startzeiten der Brennkraftmaschine.

Description

Beschreibung
Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einer Vorstufe und einer Hauptstufe, zum Fördern des Kraftstoffes zu einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges und einem Elektromotor zum Antrieb der Vorstufe und Hauptstufe.
Solche für Benzin oder Dieselkraftstoff bekannte Kraftstoffpumpen werden in heutigen Kraftfahrzeugen häufig eingesetzt. Die Kraftstoffpumpe bildet in der Regel mit einem in eine Öffnung des Kraftstoffbehälters einzusetzenden Flansch eine vormontierbare, bauliche Einheit. Der Flansch trägt dabei einen Anschlußstutzen, an dem eine zu der Brennkraftmaschine führende Vorlaufleitung angeschlossen werden kann, und einen Anschlußstutzen für eine von der Brennkraftmaschine zurückführende Rücklaufleitung. Der von der Brennkraftmaschine zurückgeführte Kraftstoff wird anschließend dem Kraftstoffbehälter oder einem Schwalltopf zugeführt. Hierbei sind die Vorstufe und die Hauptstufe häufig jeweils als axial durchströmte Seitenkanalpumpe oder Peripheralpumpe ausgebildet und gemeinsam an dem zum Bodenbereich des Schwalltopfes weisenden Ende des Elektromotors angeordnet. Eine Welle des Elektromotors treibt jeweils ein Laufrad der Vorstufe und der Hauptstufe an. Die Vorstufe und die Hauptstufe sind dabei zusammen mit dem Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der Elektromotor wird von dem von der Hauptstufe geförderten Kraftstoff durchströmt.
Ein Nachteil bekannter Kraftstoffpumpen besteht darin, daß an der Brennkraftmaschine nicht benötigter, jedoch von ihr aufgeheizter Kraftstoff über die Rücklaufleitung wieder in den Schwalltopf geführt wird. Bei erneuter Förderung dieses Kraftstoffs durch die Kraftstoffpumpe wird der Kraftstoff insbesondere in der Hauptstufe noch weiter erwärmt. Dadurch kann es zu Problemen infolge der geringen Hitzebeständigkeit des Elektromotors, insbesondere des Kohle- Kollektor-Systems und der angrenzenden elektrischen Beschaltung kommen. Aus diesem Grund ist die Temperatur des Kraftstoffs nach der Hauptstufe auf einen zulässigen Wert begrenzt, bzw. der zurückgeführte Kraftstoff mußte gekühlt werden.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der von der Hauptstufe geförderte Kraftstoff beim Durchfließen des Elektromotors verwirbelt. Hierdurch neigt der Kraftstoff zur Bildung von Dampfblasen, die mit dem Kraftstoff einen Schaum bilden, der die zuverlässige Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff negativ beeinträchtigt.
Weiterhin kommt es im Stillstand der Kraftstoffpumpe aufgrund von Leckage zwischen der Haupt- und Vorstufe der Kraftstoffpumpe zu einem Leerlaufen der Kraftstoffpumpe, wobei sich der Motorraum der Kraftstoffpumpe zwischen dem Druckabgang und der Hauptstufe mit Luft füllt. Des weiteren kann der Schwalltopf über den gleichen Weg bis auf die Höhe der Hauptstufenlagerstelle leerlaufen. Das führt infolge des zu geringen Füllstandes im Schwalltopf bei einem Neustart der Brennkraftmaschine zu relativ langen Startzeiten, bzw. zu Aussetzern der Brennkraftmaschine.
Der Erfindung liegen die Probleme zugrunde, eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß der Elektromotor der Kraftstoffpumpe durch den Kraftstoff thermisch nicht mehr belastet und eine schnelle und sichere Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff gewährleistet wird.
Diese Probleme werden er indungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hauptstufe der Kraftstoffpumpe unmittelbar mit der Vorlaufleitung zur Brennkraftmaschine verbunden ist und vom Elektromotor fluidisch entkoppelt ist. Dazu besitzt der Ansaugstutzen der Hauptstufe eine Verbindung zu einem von der Vorstufe mit Kraftstoff gefülltem Bauteil, insbesondere einem Schwalltopf oder einem Kraftstoff ilter.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe besteht darin, daß sich das Volumen der Vorlaufleitung zwischen der Hauptstufe und der Brennkraftmaschine sehr klein halten läßt. Insbesondere das sich bei einem Stillstand der Kraftstoffpumpe bildende Luftpolster im Elektromotor zwischen der Vorlaufleitung und der Hauptstufe bei bisherigen Kraftstoffpumpen wird vermieden. Deshalb wird bei einem Start der Brennkraftmaschine mit fast leerem Kraftstoffbehälter eine Verzögerung der Förderung des Kraftstoffs zu der Brennkraftmaschine besonders gering gehalten. Weiterhin kann dem Schwalltopf oder dem Kraftstoffbehälter von der Brennkraftmaschine zurückgeführter Kraftstoff mit einer höheren Temperatur zugeführt werden, da bei erneuter Förderung durch die Hauptstufe der infolge der Erwärmung nunmehr heiße Kraftstoff nicht mehr durch den Elektromotor, sondern direkt in die Vorlaufleitung geführt wird. So wird eine unnötige Aufheizung des Elektromotors verhindert. Dies führt zu einer besonders hohen Lebensdauer des Elektromotors. Darüber hinaus wird durch diese Gestaltung eine Verwirbelung des von der Hauptstufe geförderten Kraftstoffs durch den Elektromotor vermieden, so daß eine Schaumbildung in der Vorlaufleitung verhindert wird. Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe ist somit eine zuverlässige Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff sichergestellt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hauptstufe auf der der Vorstufe gegenüberliegenden Seite des Elektromotors angeordnet. Neben der Verkürzung der Vorlaufleitung hat diese Anordnung den Vorteil, daß diese Kraftstoffpumpe sehr leise ist, da die hauptsächlich für die Geräuschbildung verantwortliche Hauptstufe weiter vom Boden des Kraftstoffbehälters entfernt ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Druckleitung der Vorstufe in etwa auf Höhe der Hauptstufe oder oberhalb des Ansaugstutzens in einen Schwalltopf mündet. Dadurch wird gewährleistet, daß zum einen im Schwalltopf immer eine ausreichende Menge an Kraftstoff für die Hauptstufe zur Verfügung steht und daß zum anderen die Hauptstufe stets mit Kraftstoff gefüllt ist oder zumindestens beim Anlaufen augenblicklich Kraftstoff ansaugt und daher unverzüglich nach einem Start des Elektromotors Kraftstoff fördert.
Eine Ansaugung von in dem Schwalltopf vorhandenem, aufgeschäumten Kraft- stoffschaum läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weitgehend vermeiden, wenn die Hauptstufe eine außerhalb des Elektromotors bis in den Bodenbereich des Schwalltopfes geführte Saugleitung hat.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe läßt sich besonders einfach montieren, wenn die Hauptstufe an ihrer dem Elektromotor abgewandten Seite einen Flansch mit jeweils einem Anschlußstutzen für ihre Saugleitung und ihre Vorlaufleitung aufweist.
In einer anderen Ausgestaltung ist die Druckleitung der Vorstufe vorteilhafterweise durch den Elektromotor geführt. Neben des besonders geringen baulichen Aufwandes zur Fertigung der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe wird dadurch gleichzeitig eine Schmierung der Lagerstellen und Kühlung des Kohle- Kollektor-Systems ermöglicht. Entscheidend ist jedoch, daß der Kraftstoff dadurch erwärmte und zum Ausgasen neigende Kraftstoff durch die Förderung zu einem Bauteil wieder beruhigt wird, so daß über den Ansaugstutzen der Hauptstufe aus diesem Bauteil blasenfreier Kraftstoff angesaugt wird.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben. Diese zeigen in Fig. 1 : einen Längsschnitt durch eine Kraftstoffpumpe,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine andere Ausführung einer Kraftstoffpumpe.
In Figur 1 ist in einem nahe eines Bodens eines Kraftstoffbehälters 1 angeordneten Schwalltopfs 2 montierte Kraftstoffpumpe 3 angeordnet. Die Kraftstoffpumpe 3 hat ein aus Aluminium oder Stahl gefertigtes Gehäuse 4 mit einem darin angeordneten Elektromotor 5. Der Elektromotor 5 dient zum Antrieb einer Vorstufe 6 und einer Hauptstufe 7. Die Vorstufe 6 ist nahe eines Bodens des Schwalltopfes 2 angeordnet, während sich die Hauptstufe 7 auf der gegenüberliegenden Seite des Elektromotors 5 befindet. Der Schwalltopf 2 hat in seinem Bodenbereich eine Öffnung 8, in die die Kraftstoffpumpe 3 abdichtend eingesetzt ist. Unterhalb des Schwalltopfes 2 und in dessen oberen Bereich befindet sich jeweils ein Kraftstoffilter 9, 10. Durch den oberen Kraftstoffilter 10 kann bei ausreichend hohem Füllstand an Kraftstoff im Kraftstoffbehälter 1 Kraftstoff in den Schwalltopf 2 hineinströmen. Zur Verdeutlichung sind die Strömungen des Kraftstoffs in der Zeichnung mit Pfeilen gekennzeichnet. Die Vorstufe 6 und die Hauptstufe 7 sind als Seitenkanalpumpen ausgebildet und weisen jeweils ein auf einer Welle 11 des Elektromotors 5 befestigtes Laufrad 12, 13 auf. Die Vorstufe 6 ist über eine Saugleitung 14 mit dem unterhalb des Schwalltopfes 2 angeordneten Kraftstoffilter 9 und über eine Druckleitung 15 mit dem Schwalltopf 2 verbunden. Bei einem Antrieb der Vorstufe 6 durch den Elektro- motor 5 saugt die Vorstufe 6 damit Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 1 an und fördert diesen in den Schwalltopf 2. Die Druckleitung 15 ist hierbei durch den Elektromotor 5 geführt und endet in Höhe der Hauptstufe 7. Die Hauptstufe 7 hat auf ihrer dem Elektromotor 5 abgewandten Seite einen Druckstutzen 16 für eine Vorlaufleitung 17 und einen am Umfang der Kraftstoffpumpe 3 angeordneten Ansaugstutzen 18 für eine Saugleitung 19. Die Saugleitung 19 ist bis in den Bodenbereich des Schwalltopfes 2 geführt und saugt von dort den Kraftstoff an. Die Vorlaufleitung ist innerhalb des Kraftstoffbehälters 1 nach oben geführt. Über die Vorlaufleitung 17 geförderter Kraftstoff gelangt zu einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges. Nicht benötigter Kraftstoff wird über einen Rücklauf 20 in den Schwalltopf 2 geleitet. Dieser Kraftstoff wird über die Saugleitung 19 von der Hauptstufe 7 ohne nochmaliges Durchströmen des Elektromotors 5 wieder zur Brennkraftmaschine gefördert.
Figur 2 zeigt eine im Aufbau veränderte Ausführung der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe 3. Die Kraftstoffpumpe 3 ist in einem Kraftstoffbehälter 1 angeordnet. Die Druckleitung 15 der Vorstufe 6 ist durch den Elektromotor 5 bis zu einem Kraftstoff-Feinfilter 21 geführt. Die Hauptstufe 7 ist eine Gerotorpumpe. Auf der dem Elektromotor 5 abgewandten Seite der Hauptstufe 7 sind die Stutzen 16, 18 für die Saugleitung 19 und die Vorlaufleitung 17 angeordnet. Von dort wird der Kraftstoff durch den Ansaugstutzen 18 von der Hauptstufe 7 angesaugt und über die Vorlauf leitung 17 weiter zur Brennkraftmaschine gefördert. Nicht benötigter Kraftstoff wird über einen Rücklauf 20 in den Kraftstoffbehälter 1 geleitet.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug mit einer in ein Bauteil, vorzugsweise einen Schwalltopf oder einen Filter fördernden Vorstufe, mit einer Hauptstufe zur Förderung von Kraftstoff über eine Vorlaufleitung zu einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor zum Antrieb der Vor- und Hauptstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstufe (7) aus dem Bauteil (2, 21 ) Kraftstoff ansaugt und daß die Hauptstufe (7) unmittelbar vor der Vorleitung (17) zur Brennkraftmaschine angeordnet ist.
2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstufe (7) auf einer der Vorstufe (6) gegenüberliegenden Seite des Elektromotors (5) angeordnet ist.
3. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckleitung (15) der Vorstufe (6) im Bereich der Hauptstufe (7) in den Schwalltopf (2) mündet.
4. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (15) der Vorstufe (6) oberhalb des Ansaugstutzens (18) der Hauptstufe (7) in den Schwalltopf (2) mündet.
5. Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstufe (7) eine außerhalb des Elektromotors (5) bis in den Bodenbereich des Schwalltopfes (2) geführte Saugleitung (19) hat.
6. Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hauptstufe (7) an ihrer dem Elektromotor (5) abgewandten Seite, vorzugsweise an einem Flansch, ein Druckstutzen (16) und ein Ansaugstutzen (18) angeordnet sind.
7. Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (15) der Vorstufe (6) durch den Elektromotor (5) geführt ist.
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