EP2513483B1 - Kraftstoffpumpe - Google Patents

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EP2513483B1
EP2513483B1 EP10787483.6A EP10787483A EP2513483B1 EP 2513483 B1 EP2513483 B1 EP 2513483B1 EP 10787483 A EP10787483 A EP 10787483A EP 2513483 B1 EP2513483 B1 EP 2513483B1
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EP
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region
sectional area
cross
fuel pump
fuel
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Matthias Fischer
Bernd Jaeger
Zlatko Penzar
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Continental Automotive GmbH
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Continental Automotive GmbH
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    • F04D5/00—Pumps with circumferential or transverse flow
    • F04D5/002—Regenerative pumps
    • F04D5/008—Details of the stator, e.g. channel shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D5/002—Regenerative pumps
    • F04D5/007—Details of the inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/50—Inlet or outlet
    • F05B2250/503—Inlet or outlet of regenerative pumps

Definitions

  • the invention relates to a fuel pump with the features of the preamble of claim 1.
  • Such a pump is eg from the WO 2005/038259 known.
  • Such fuel pumps on the principle of a side channel pump are used for conveying fuel from a fuel tank to an internal combustion engine of a motor vehicle and are thus known.
  • the fuel Upon rotation of the impeller, the fuel is drawn in via the inlet channel and brought to a higher pressure level during the passage of the part-annular channels.
  • the fuel is conveyed via the outlet channel and the electric motor of the fuel pump to a feed line, which conducts the fuel to the internal combustion engine.
  • the guide vanes in the delivery chambers thereby generate a transverse to the direction of movement of the guide vanes circulation flow, which enters the radially outer region of the impeller and enters the part-annular channel, flows in the partially annular channel from radially outward to radially inward, leaving the partially annular channel radially inward and radially inward enters a vane chamber of the impeller again.
  • the circulation flow is thus distributed in half on the part-annular channel and the blade chambers.
  • the partially annular channels end. While the outlet side channel more or As it flows less into the exhaust passage, the intake side passage reduces its cross-sectional area to zero. This reduction of the cross-sectional area is usually carried out over an angular range up to 40 °.
  • a disadvantage of these fuel pumps is that they generate a significant noise level, which is particularly disturbing when mounted in a fuel tank of a motor vehicle.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a fuel pump with significantly reduced noise emissions, the fuel pump should be inexpensive to produce.
  • a sufficiently shallow rise of the part-annular channel with a concomitant reduction in the cross-sectional area is achieved with an angle range of in particular 90 °.
  • the circulation flow has sufficient time to shift.
  • the part-annular channel is designed in the region of reduction of the cross-sectional area such that the reduction in the cross-sectional area takes place uniformly. That is, the slope of the semi-annular channel is straight.
  • the region of reduction of the cross-sectional area of two partial regions is formed, whereby in the first partial region the cross-sectional area is reduced more strongly than in the second partial region.
  • the second subregion a particularly small influence on the circulation flow occurs. This leads to an additional stabilization of the circulation flow.
  • the critical area based on the length of the part-annular channel, shifted away from the end of the semi-annular channel away.
  • the two subregions are particularly simple if the reduction in the cross-sectional area in both subregions is uniform and thus rectilinear.
  • a transition between the two subregions in the form of a bend is avoided in another embodiment in that the two subregions merge into one another continuously, so that the channel bottom of the partially annular channel, in relation to the length of the two subregions, convexly approximates the impeller.
  • the transition from the part-annular channel in the region in which the cross-sectional area decreases can be formed both as a kink and steadily. In the latter case, this results in a concave formation of the transition.
  • FIG. 1 shows a fuel pump 1 for conveying fuel from a fuel tank 2 of a motor vehicle to an internal combustion engine 3.
  • the fuel pump 1 has a pumping stage with a pump housing 4, which consists of a pump cover 5 and a pump bottom 6.
  • a pump housing In the pump housing, an impeller 7 is arranged.
  • the impeller 7 is driven by a shaft 8 of an electric motor 9.
  • the fuel drawn in from the fuel tank 2 via an inlet channel 10 from the pumping stage is conveyed via an outlet channel 11 and the electric motor 9 to an outlet 12. From there the fuel passes through a feed line 13 to the engine. 3
  • FIG. 2 shows the pump housing 4 with the pump cover 5, the pump bottom 6 and the impeller 7.
  • the impeller 7 has on both sides in each case a ring 14 of blades 15, 15a, 15b, wherein two blades 15, 15a, 15b each have a blade chamber 18, 19th limit.
  • the pump housing 4 has in the region of the blades 15, 15a, 15b on both sides in each case a partially annular channel 16, 17.
  • the partially annular channels 16, 17 together with the blade chambers 18, 19 delivery chambers 20, 21.
  • the delivery chambers 20, 21 are divided in half on each a part-annular channel 16, 17 and the blade chambers 18, 19, which are opposite to the respective part-annular channel 16, 17.
  • the part-annular channels 16, 17 begin in the region of the inlet channel 10 and end after an angular range of about 330 ° in the region of the outlet channel 11. Based on the direction of rotation of the impeller 7 closes at the end of the partially annular channels 16, 17, a scraper 22, which is arranged between the outlet channel 11 and the inlet channel 10. While the part-annular channel 17 in the pump bottom 6 has a constant cross-sectional area over large parts of its extension, the partially annular channel 16 in the pump cover 5 has its end a region 23 with a decreasing cross-sectional area. In the figure, this area is limited by the letters A and B.
  • This range extends over an angular range of 90 °, whereby larger angular ranges of, for example, 110 ° may be possible.
  • the cross-sectional area decreases constantly, so that there is a straight course of the channel bottom.
  • FIG. 3 shows a second embodiment, which differs from the fuel pump FIG. 2 differs only in the training of area 23.
  • the region is subdivided into two subregions 24, 25, wherein the first subregion 24 has a greater reduction in cross-sectional area than the second subregion Part 25 has.
  • the first portion extends over an angular extent of 30 °
  • the second portion 25 extends over 60 °.
  • Both sections 24, 25 each have a rectilinear channel bottom. However, it is also conceivable to form both partial regions 24, 25 of equal length.
  • FIG. 4 Another embodiment shows FIG. 4 ,
  • the channel bottom in the region 23 bulges convexly in the direction of the impeller 7, the curvature being formed most strongly at the beginning of the region 23, relative to the direction of rotation of the impeller 7.
  • the transition from the part-annular channel 17 to the region 23 is formed in the form of a bend in the point A. But it is also conceivable to form the transition steadily and thus concave.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.
  • Eine solche Pumpe ist z.B. aus der WO 2005/038259 bekannt.
  • Solche Kraftstoffpumpen nach dem Prinzip einer Seitenkanalpumpe werden zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter zu einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs eingesetzt und sind somit bekannt. Bei einer Drehung des Laufrades wird der Kraftstoff über den Einlasskanal angesaugt und während des Durchlaufens der teilringförmigen Kanäle auf ein höheres Druckniveau gebracht. Am Ende der teilringförmigen Kanäle, welche sich über einen Winkelbereich von 300° bis 330° erstrecken können, wird der Kraftstoff über den Auslasskanal und den Elektromotor der Kraftstoffpumpe zu einer Vorlaufleitung gefördert, die den Kraftstoff zur Brennkraftmaschine leitet. Die Leitschaufeln in den Förderkammern erzeugen dabei eine quer zur Bewegungsrichtung der Leitschaufeln verlaufende Zirkulationsströmung, die im radial äußeren Bereich des Laufrades aus- und in den teilringförmigen Kanal eintritt, im teilringförmigen Kanal von radial außen nach radial innen strömt, den teilringförmigen Kanal radial innen verlässt und radial innen in eine Schaufelkammer des Laufrades wieder eintritt. Die Zirkulationsströmung verteilt sich somit hälftig auf den teilringförmigen Kanal und die Schaufelkammern. Im Bereich des Auslasskanals enden die teilringförmigen Kanäle. Während der auslassseitige Kanal mehr oder weniger in den Auslasskanal übergeht, verringert der einlassseitige Kanal seine Querschnittsfläche auf Null. Dieser Verringerung der Querschnittsfläche erfolgt üblicherweise über einen Winkelbereich bis zu 40°. Nachteilig bei diesen Kraftstoffpumpen ist, dass sie einen erheblichen Geräuschpegel erzeugen, der insbesondere bei einer Montage in einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs störend ist.
  • Aus der US 2004/0071542 ist ein, einlassseitiger Kanal einer ähnlichen Pumpe definiert, dessen Querschnittsfläche sich über einen Winkelbereich von 40° bis 90° in seinem Anfangteilbereich direkt bei der Einlassöffnung verringert.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Kraftstoffpumpe mit deutlich verringerten Geräuschemissionen zu schaffen, wobei die Kraftstoffpumpe kostengünstig herstellbar sein soll.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Es wurde gefunden, dass die Zirkulationsströmung bei einer Reduzierung der Querschnittsfläche über einen kurzen Winkelbereich zu wenig Zeit hat, dem sich ändernden Querschnitt zu folgen und sich zu verlagern. Dieser Umstand ist für einen erheblichen Teil der Geräuschemissionen einer Kraftstoffpumpe verantwortlich. Mit der Erstreckung des Bereichs des teilringförmigen Kanals, in dem sich die Querschnittsfläche verringert, über eine Winkelbereich von 70° bis 150° wird nun eine lange Auslaufzone des einlassseitig angeordneten teilringförmigen Kanals geschaffen. Als Folge davon besitzt dieser Bereich einen geringen Anstieg. Aufgrund dieses langgestreckten Bereichs hat die Zirkulationsströmung mehr Zeit sich aus dem teilringförmigen Kanal in die Schaufelkammern des Laufrades und in den gegenüberliegenden teilringförmigen Kanal mit dem Auslasskanal zu verlagern. Dies führt zu einer Reduzierung der Geräuschemissionen der Kraftstoffpumpe. Der Vorteil hierbei besteht darin, dass diese Kanalgestaltung nahezu keinen zusätzlichen Aufwand erfordert. Unabhängig davon, ob die Kanalgeometrie im Pumpendeckel des Pumpengehäuses durch spannende Bearbeitung oder durch Urformen erzeugt wird, entsteht in der Herstellung kein größerer Aufwand, da die Verwendung anderer Bearbeitungsprogramme oder anderer Werkstückformen kostenneutral sind.
  • Einen ausreichend flachen Anstieg des teilringförmigen Kanals mit einer einhergehenden Verringerung der Querschnittsfläche wird mit einem Winkelbereich von insbesondere 90° erreicht. Bei dieser Ausgestaltung hat die Zirkulationsströmung ausreichend Zeit sich zu verlagern.
  • In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist der teilringförmige Kanal in dem Bereich der Verringerung der Querschnittsfläche derart ausgestaltet, dass die Verringerung der Querschnittsfläche gleichmäßig erfolgt. Das bedeutet, der Anstieg des teilringförmigen Kanals ist geradlinig.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird der Bereich der Verringerung der Querschnittsfläche von zwei Teilbereichen gebildet, wobei sich im ersten Teilbereich die Querschnittsfläche stärker verringert als im zweiten Teilbereich. Damit wird erreicht, das im ersten Teilbereich eine stärkere Beeinflussung der Zirkulationsströmung erfolgt, mit den damit verbundenen erhöhten Geräuschemissionen, die jedoch in einem wesentlich geringerem Umfang entstehen als das bei Stand der Technik bekannt ist. Im zweiten Teilbereich tritt dagegen eine besonders geringe Beeinflussung der Zirkulationsströmung auf. Dadurch kommt es zu einer zusätzlichen Stabilisierung der Zirkulationsströmung. Zudem wird durch diese Gestaltung der kritische Bereich, bezogen auf die Länge des teilringförmigen Kanals, vom Ende des teilringförmigen Kanals weg verlagert. Dieser Umstand ist insofern nicht unerheblich, da mit dem Ende des teilringförmigen Kanals der Abstreifer beginnt, welcher jeweils das Ende und den Anfang der teilringförmigen Kanäle und somit Auslass und Einlass miteinander verbindet, und der Bereich des Abstreifers ebenfalls ein Bereich von Geräuschemissionen ist.
  • Die beiden Teilbereiche sind besonders einfach ausgebildet, wenn die Verringerung der Querschnittsfläche in beiden Teilbereichen gleichmäßig und somit jeweils geradlinig erfolgt.
  • Ein Übergang zwischen den beiden Teilbereichen in Form eines Knicks wird in einer anderen Ausgestaltung dadurch vermieden, dass die beiden Teilbereiche stetig ineinander übergehen, so dass sich der Kanalgrund des teilringförmigen Kanals, bezogen auf die Länge der beiden Teilbereiche, konvexartig dem Laufrad annähert.
  • Der Übergang vom teilringförmigen Kanal in den Bereich, in dem sich die Querschnittsfläche verringert, kann sowohl als Knick als auch stetig ausgebildet sein. Im letzteren Fall ergibt sich damit eine konkave Ausbildung des Übergangs.
  • An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen in
    • Figur 1:
    eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe,
    Figur 2:
    eine schematische Schnittdarstellung des Pumpengehäuses,
    Figur 3-4:
    weitere Ausführungsformen des Pumpengehäuses.
  • Figur 1 zeigt eine Kraftstoffpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 2 eines Kraftfahrzeuges zu einer Brennkraftmaschine 3. Die Kraftstoffpumpe 1 besitzt eine Pumpstufe mit einem Pumpengehäuse 4, welches aus einem Pumpendeckel 5 und einem Pumpenboden 6 besteht. Im Pumpengehäuse ist ein Laufrad 7 angeordnet. Das Laufrad 7 wird über eine Welle 8 eines Elektromotors 9 angetrieben. Der von der Pumpstufe über einen Einlasskanal 10 aus dem Kraftstoffbehälter 2 angesaugte Kraftstoff über einen Auslasskanal 11 und den Elektromotor 9 zu einem Auslass 12 gefördert. Von dort gelangt der Kraftstoff über eine Vorlaufleitung 13 zur Brennkraftmaschine 3.
  • Figur 2 zeigt das Pumpengehäuse 4 mit den Pumpendeckel 5, dem Pumpenboden 6 und dem Laufrad 7. Das Laufrad 7 besitzt zu beiden Seiten jeweils einen Kranz 14 von Schaufeln 15, 15a, 15b, wobei zwei Schaufeln 15, 15a, 15b jeweils eine Schaufelkammer 18, 19 begrenzen. Das Pumpengehäuse 4 hat im Bereich der Schaufeln 15, 15a, 15b auf beiden Seiten jeweils einen teilringförmigen Kanal 16, 17. Die teilringförmigen Kanäle 16, 17 bilden zusammen mit den Schaufelkammern 18, 19 Förderkammern 20, 21. Die Förderkammern 20, 21 sind dabei hälftig auf je einen teilringförmigen Kanal 16, 17 und die Schaufelkammern 18, 19 aufgeteilt, die dem jeweiligen teilringförmigen Kanal 16, 17 gegenüberliegen. Die teilringförmigen Kanäle 16, 17 beginnen im Bereich des Einlasskanals 10 und enden nach einem Winkelbereich von ca. 330° im Bereich des Auslasskanals 11. Bezogen auf die Drehrichtung des Laufrades 7 schließt sich am Ende der teilringförmigen Kanäle 16, 17 ein Abstreifer 22 an, der zwischen dem Auslasskanal 11 und dem Einlasskanal 10 angeordnet ist. Während der teilringförmige Kanal 17 im Pumpenboden 6 über weite Teile seiner Erstreckung eine konstante Querschnittsfläche besitzt, weist der teilringförmige Kanal 16 im Pumpendeckel 5 seinem Ende einen Bereich 23 mit einer sich verringernden Querschnittsfläche auf. In der Figur ist dieser Bereich mit den Buchstaben A und B begrenzt. Dieser Bereich erstreckt sich über einen Winkelbereich von 90°, wobei auch größere Winkelbereiche von beispielsweise 110° möglich sein können. Über den Verlauf des Bereiches 23 nimmt die Querschnittsfläche konstant ab, so dass sich ein geradliniger Verlauf des Kanalgrundes ergibt.
  • Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, die sich von der Kraftstoffpumpe nach Figur 2 lediglich in der Ausbildung des Bereiches 23 unterscheidet. Der Bereich ist in zwei Teilbereiche 24, 25 unterteilt, wobei der erste Teilbereich 24 eine größere Reduzierung der Querschnittsfläche als der zweite Teilbereich 25 aufweist. So erstreckt sich der erste Teilbereich über eine Winkelerstreckung von 30°, während sich der zweite Teilbereich 25 über 60° erstreckt. Beide Teilbereiche 24, 25 weisen dabei jeweils einen geradlinig verlaufenden Kanalgrund auf.
    Es ist aber auch denkbar, beide Teilbereiche 24, 25 gleich lang auszubilden.
  • Eine weitere Ausführungsform zeigt Figur 4. Der Kanalgrund im Bereich 23 wölbt sich konvex in Richtung Laufrad 7, wobei die Wölbung am stärksten am Anfang des Bereichs 23, bezogen auf die Drehrichtung des Laufrades 7, ausgebildet ist. Der Übergang vom teilringförmigen Kanal 17 zum Bereich 23 ist in Form eines Knicks im Punkt A ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, den Übergang stetig und somit konkav auszubilden.

Claims (6)

  1. Kraftstoffpumpe (1) mit einem angetriebenen, sich in einem Pumpengehäuse (4) drehenden, in seinen beiden Seiten jeweils einen Kranz (14) Schaufelkammern (18, 19) begrenzende Leitschaufeln (15, 15a, 15b) aufweisenden Laufrad (7) und mit beidseitig im Bereich der Leitschaufeln (15, 15a, 15b) in dem Pumpengehäuse angeordneten teilringförmigen Kanälen (16, 17), welche mit den Schaufelkammern (18, 19) zum Fördern von Kraftstoff Förderkammern (20, 21) bilden, wobei ein Einlasskanal (10) in die eine Förderkammer und die andere Förderkammer in einen Auslasskanal (11) mündet, einander gegenüberliegende Schaufelkammern miteinander verbunden sind und sich die Querschnittsfläche des einlassseitig angeordneten teilringförmigen Kanals (16) bis zum Ende des teilringförmigen Kanals auf Null verringert, dadurch gekennzeichnet, dass der einlassseitig angeordnete teilringförmige Kanal (16) an seinem Ende einen Bereich (23) anfweist, in dem sich die Querschnittsfläche verringert, wobei sich dieser Bereich (23) über einen Winkelbereich von 70° bis 150° erstreckt.
  2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich 90° beträgt.
  3. Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der teilringförmige Kanal (16) in dem Bereich der Verringerung der Querschnittsfläche derart ausgestaltet ist, dass die Verringerung der Querschnittsfläche gleichmäßig erfolgt.
  4. Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (23) der Verringerung der Querschnittsfläche von zwei hintereinander liegenden Teilbereichen (24, 25) gebildet wird, wobei sich im ersten Teilbereich (24) die Querschnittsfläche stärker verringert als im zweiten Teilbereich (25).
  5. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Querschnittsfläche in jedem der beiden Teilbereichen (24, 25) gleichmäßig erfolgt.
  6. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilbereiche (24, 25) stetig ineinander übergehen.
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