JP2005016508A - 流体用の電気式のポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気式の駆動装置３６と、この駆動装置３６に連結された、圧送される流体のためのフィード装置３４とを有している、流体用の電気式のポンプ装置を改良して、高圧燃料ポンプとしても使用することができ、しかも構造が小さく、長い耐用年数を有するものを提供する。
【解決手段】圧送される流体の流れ経路７１がフィード装置３４のインレット７０の上流側で、少なくとも領域的に電気式の駆動装置３６を貫通してガイドされているか、又はこの駆動装置３６に沿ってガイドされており、それによって、この駆動装置３６が、圧送される流体によって冷却されるようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体用の電気式のポンプ装置、特に内燃機関用の高圧燃料ポンプであって、電気式の駆動装置と、この駆動装置に連結された、圧送される流体のためのフィード装置とを有している形式のものに関する。

このような形式の電気式のポンプ装置は、ドイツ連邦共和国特許公開第１９７０９７３７号明細書により公知である。この公知の明細書には、特に自動車の内燃機関のための燃料フィード装置について記載されており、この燃料フィード装置では、液圧式の並列接続された２つの燃料ポンプが設けられている。またマーケットにおいて公知の燃料システムにおいては、内燃機関によって機械的に直接駆動される高圧燃料ポンプの他に、電気的に駆動される補助ポンプが設けられている。さらにまた、燃料直接噴射装置を備えた内燃機関における燃料システムが公知である。この燃料直接噴射装置においては、電気式のプレフィードポンプと、内燃機関によって直接駆動される高圧燃料ポンプとが設けられている。別個のファンによって冷却される電動モータが公知である。
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７０９７３７号明細書

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電気式のポンプ装置を改良して、高圧燃料ポンプとしても使用することができ、しかも構造が小さく、長い耐用年数を有するものを提供することである。

この課題を解決した本発明によれば、圧送される流体の流れ経路がフィード装置のインレットの上流側で、少なくとも領域的に電気式の駆動装置を貫通してガイドされているか、又はこの駆動装置に沿ってガイドされていて、それによって、この駆動装置が、圧送される流体によって冷却されるようになっている。

本発明によるポンプ装置は、小さい構造で非常に高いフィード能力が実現されたという利点を有している。従ってこのポンプ装置は、内燃機関の燃料システム内に高圧燃料ポンプとして使用するためにも特に適している。このためのベースは、電気式の駆動装置が、圧送される流体によって冷却されることによって得られる。

圧送される流体の流れ経路は、「新鮮」でひいては比較的冷たい流体がまず電気式の駆動装置を貫通して、又はこの駆動装置に沿ってガイドされるように選定されている。これによって、電気式の駆動装置内で発生する熱的な損失熱の大部分は導出される。このような駆動装置においては別個のファンは省くことができる。

電気式のポンプ装置の所定の周辺条件において、例えば所定の最大搬送能力若しくは最大搬送圧力において、電気式の駆動装置の大きさは減少される、何故ならば最大許容電流密度は高められるからである。電気式駆動装置における電力構成部材（例えばインバータにおいて必要である）の大きさは減少される。

さらにまた比較的低い運転パラメータに基づいて、安価で簡単な接続技術を使用することができる。所定の構成部材は、本発明によるポンプ装置においてはじめて使用される。何故ならばこれの所定の構成部材の最大運転温度は制限されているからである（一般的にほぼ１２５℃〜１７５℃）。また電気式の駆動装置の液体冷却によって、電気式のポンプ装置の運転雑音は低減される。

本発明によるポンプ装置の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

第１の実施態様によれば、電気式の駆動装置がステータとロータとを有しており、ステータ及び／又はロータがポンプ装置の運転中に少なくとも領域的に、圧送される流体によって包囲されるようになっている。この場合、電気式の駆動装置はいわゆる「湿式ロータ（Nasslaeufer）」として構成されている。ロータとステータとが完全に流体によって取り囲まれていれば、特に有利である。このような形式で、ステータの軸受けを自動注油することができ、ひいては軸受け摩擦の減少が可能であり、電気式の駆動装置の冷却が特に良好に行われる。

本発明の別の実施態様によれば、圧送しようとする流体の流れ経路が、ロータとステータとの間のギャップを通って延びている。このようなギャップは、すべての一般的な電気式の駆動装置に設けられている。ロータとステータとの間の相対運動によって、このギャップ内で流体に渦流が生ぜしめられ、これによって駆動装置から流体への熱伝導がさらに改善される。これは、電気式の駆動装置内で最も大きい熱的なエネルギーが生ぜしめられる領域で行われる。このような形式で電気式の駆動装置の冷却が特に効果的に行われる。

本発明による電気式のポンプ装置の別の実施態様は特に、少なくとも１つの電子構成部材のための少なくとも１つの保持部材を有しており、該保持部材内に又はこの保持部材の外側に通路が設けられており、該通路が、フィード装置のインレットの上流側に位置する、圧送される流体の流れ経路の一部であることを、特徴としている。このような保持部材は例えばプレート又はカバーとして構成されており、このプレート又はカバーに、電子構成部材例えばコンデンサ、抵抗器、プリント基板その他が取り付けられている。

これらの構成部材は特に熱に対して敏感であり、従って高すぎる温度に対して保護される。ここで提案されたポンプ装置のいては、保持部材及びひいては、この保持部材に固定された構成部材が、「新鮮」な流体によって冷却される。この流体は、保持部材内に又は保持部材の外側に設けられた通路を通って流れる。この通路は直線的に延びているか、又は例えばメアンダ状（蛇行状）に延びていてよい。

同じ目的で、少なくとも１つの電子構成部材が内部に収容されている室が、フィード装置のインレットの上流側に位置する、圧送される流体の流れ経路の一部である、ことが提案されている。

この場合、電子構成部材自体はその周囲が、圧送される流体によって環流され、直接冷却される。これは特に効果的である。

電子構成部材の冷却は、熱を伝導する成形材料によって保持部材に接続されている。

また同じ目的で、電子構成部材が保持部材の凹部内に配置されている、実施態様も提案されている。このような形式で熱を伝導する面が増大され、これによって電子構成部材からの熱導出が軽減される。

さらにまた別の実施態様によれば、保持部材が製造される材料がアルミニウムを含有している。アルミニウムは良好な熱伝導体であって、これは同様に、電子構成部材から熱的なエネルギーを、圧送される流体内に良好に熱導出することができる。

本発明によるポンプ装置の特に有利な実施態様によれば、電気式の駆動装置とフィード装置とが１つの構成ユニットを形成している。このような構造ユニットは、例えば、電気式の駆動装置及びフィード装置のための共通のケーシングによって実現される。この構造ユニットは、コンパクトでしかも、電気式の駆動ユニットの冷却によって、より高性能である。

以下に本発明の特に有利な実施例を、添付の図面を用いて詳しく説明する。

図１は、電気式のポンプ装置と電気式の駆動装置とフィード装置とを備えた燃料システムを有する内燃機関の概略図、
図２は、図１に示した電気式のポンプ装置の概略的な部分断面図、
図３は、図２に類似した選択的な実施例を示す図、
図４は、図３に示したポンプ装置の部分的に断面した斜視図、
図５は、図４に示したポンプ装置の一部の斜視図である。

実施例の説明
図１では、内燃機関が全体的に符号１０で示されている。内燃機関１０は燃料システム１２を有している。この燃料システム１２は、特に燃料タンク１４とプレフィードポンプ１６とから成っており、このプレフィードポンプ１６は、電動モータ１８によって駆動されるポンプ１７を有していて、燃料を低圧燃料管路２０内に送り込む。この低圧燃料管路２０は、一点鎖線で概略的に示された高圧燃料ポンプ２４のインレット２２に接続されている。高圧燃料ポンプ２４は燃料を非常に高圧に圧縮して、出口２６を介して燃料収集管路２８（レール）に送り込む。この燃料収集管路２８に、複数の燃料噴射装置３０が接続されており、これらの燃料噴射装置３０は、燃料を、内燃機関１０のそれぞれ所属の燃焼室３２に直接噴射する。

高圧燃料ポンプ２４は、液圧式のフィード装置３４を有しており、このフィード装置３４は電気式の駆動装置３６によって駆動される。特にこの駆動装置３６の詳細が図２に示されている。

図２によれば、高圧燃料ポンプ２４は、液圧式のフィード装置３４及び駆動装置２６のために共通のケーシング３８を有している。ケーシング区分４０は電気式の駆動装置３６に所属している。このケーシング区分４０は、全体的に円筒形の形状を有している。円板状の保持部材４２は、ケーシング区分４０内に固定されている。円板状の保持部材４２内及びケーシング区分４０の端壁４４内に、駆動軸４６が支承されており、この駆動軸４６にロータ４８が支承されている。ロータ４８は、公知の形式でステータ５０によって包囲されている。ロータ４８とステータ５０との間にギャップ５２が形成されている。

駆動軸４６を介して液圧式のフィード装置３４が駆動される。図２に明確に示されていないが、液圧式のフィード装置３４は３シリンダ式のラジアルピストンポンプである。

円板状の保持部材４２と、端壁４４に向き合う、ケーシング区分４０の端壁５４との間に、カバープレート５６（例えばプリント基板）が配置されており、このカバープレート５６と保持部材４２との間に種々異なる電子構成部材５８及び６０が配置されている。これらの電子構成部材５８及び６０は、例えばコンデンサ、抵抗器その他であってよい。これらの電子構成部材は、熱伝導接着剤６２によって保持部材４２に熱的に結合されている。

図２に示されているように、保持部材４２は、その図２の下側に示した領域に貫通路６４を有しており、この貫通路６４は、保持部材４２とカバープレート５６との間に形成された室６６を、保持部材４２と端壁４４との間に形成された室６８に接続する。さらにまた、電気式の駆動装置３６のケーシング区分４０を液圧式のフィード装置３４に対して制限している端壁４４に貫通路７０が設けられている。つまり端壁４４の図２の上側に貫通路７０が設けられている。

高圧燃料ポンプ２４は次のように作業する。

電気的なエネルギーが加えられることによって、ロータ５０及び、このロータ５０に堅固に結合された駆動軸４６は回転せしめられる。これによって液圧式のフィード装置３４が燃料を圧送する。この「新鮮」な、つまりまだ強く圧縮されていない、従って比較的冷たい燃料が、インレット２２を介して高圧燃料ポンプ２４に送られ、まず保持部材４２とカバープレート５６との間に存在する室６６内に達する。この室６６内で、燃料は電子構成部材５８及び６０を通過してこれらの電子構成部材５８及び６０並びに保持部材４２とこの保持部材４２内に存在する軸受（符号なし）とを冷却する。

次いで燃料は保持部材４２内の貫通路６４を介して各室６８（この室６８内にロータ４８及びステータ５０が設けられている）内に達する。燃料はさらに、ロータ４８とステータ５０との間の環状ギャップ５２を貫流し、次いでケーシング区分４０の端壁４４内の貫通路７０を介して液圧式のフィード装置３４に供給される。相応の流路は、図２に破線で示されていて、符号７１が付けられている。

このような形式で、電気式の駆動装置３６は、プレフィードポンプ１６によって供給される「新鮮」で冷たい燃料によって冷却される。燃料が電気式の駆動装置３６を通過してから、燃料は電気圧式のフィード装置３４によって圧縮され、アウトレット２６を介して燃料収集管路２８内に圧送される。

高圧燃料ポンプ２４の選択的な実施例は図３に示されている。この場合、図２に示した高圧燃料ポンプの部材及び領域と同じ機能を有する部材及び領域には、図２と同じ符号が付けられている。これらの部材及び領域については、通常の場合はその詳細を再び説明しない。

図２の実施例との相違点は、一方では、インレット２２から室６８内までの燃料の流れ経路７１である。燃料の流れ経路７１はインレット２２から室６６内に達するのではなく、通路７２内に達している。この通路７２は保持部材４２内に形成されていて、図３の下側領域で、室６８に向けられた、保持部材４２の端面側（符号なし）に開口している。図３に示した高圧燃料ポンプ２４においては、電子構成部材５８及び６０は、燃料によって直接掃気されるのではなく、室６６は、燃料の満たされた室６８に対して流体的に分離されているか若しくはシールされている。

その代わりに保持部材４２は、通路７２を通って流入してくる新鮮な燃料によって冷却される。電子構成部材５８及び６０から保持部材４２への熱伝達を最適にするために、電子構成部材５８及び６０は、それぞれ凹部７４若しくは７６内に配置されている。これらの凹部７４及び７６は、室６６に向けられた、保持部材４２の端面側に形成されている。このような形式で、熱伝導のために提供される表面が増大される。

図４及び図５には、図３に概略的に示された燃料高圧ポンプ２４が比較的詳細に示されている。この場合も、前記図１〜図３に関連して説明された部材及び領域についての詳細は再び説明しない。これらの部材及び領域は同じ符号を有している。

特に図４には液圧式のフィード装置３４が詳しく図示されている。駆動軸４６は、ラジアルピストンポンプにおいて一般的であるように、液圧式のフィード装置３４の領域内で偏心体区分７８を有している。偏心体区分７８の両側で、駆動軸４６が液圧式のフィード装置３４の領域内で軸受８０によって軸受けされている。図４の断面平面内に、前述のように、３シリンダ式のラジアルピストンポンプを有する液圧式のフィード装置３４のシリンダ８２が示されている。この場合、ケーシング８４内でピストン８６が往復移動運動可能に受容されている。ピストン８６は、作業室８８を制限しており、この作業室８８内で、ピストン８６が上方運動する際に燃料が圧縮される。

図４及び図５には、電子構成部品５８及び６０のさらに詳細が示されている。図４には、トランジスタ５８及びコンデンサ６０が示されている。さらに、カバープレート５６がプリント基板として構成されていることが分かる。

電気式のポンプ装置と電気式の駆動装置とフィード装置とを備えた燃料システムを有する内燃機関の概略図である。 図１に示した電気式のポンプ装置の概略的な部分断面図である。 図２に類似した選択的な実施例を示す図である。 図３に示したポンプ装置の部分的に断面した斜視図である。 図４に示したポンプ装置の一部の斜視図である。

符号の説明

１０ 内燃機関、 １２ 燃料システム、 １４ 燃料タンク、 １６ プレフィードポンプ、 １８ 電動モータ、 ２０ 低圧燃料管路、 ２２ インレット、 ２４ 高圧燃料ポンプ、 ２６ アウトレット、 ２８ 燃料収集管路（レール）、 ３０ 噴射装置、 ３２ 燃焼室、 ３４ フィード装置、 ３６ 駆動装置、 ４０ ケーシング区分、 ４２ 保持部材、 ４４ 端壁、 ４６ 駆動軸、 ４８ ロータ、 ５０ ステータ、 ５４ 端壁、 ５６ カバープレート、 ５８，６０ 電子構成部材、 ６２ 熱伝導接着剤、 ６４ 貫通路、 ６６，６８ 室、 ７０ 貫通路、 ７１ 流れ経路、 ７４，７６ 凹部、 ７８ 偏心体区分、 ８０ 軸受け、 ８２ シリンダ、 ８４ ケーシング、 ８６ ピストン、 ８８ 作業室

Claims (9)

1. 流体用の電気式のポンプ装置であって、電気式の駆動装置（３６）と、この駆動装置（３６）に連結された、圧送される流体のためのフィード装置（３４）とを有している形式のものにおいて、
   圧送される流体の流れ経路（７１）がフィード装置（３４）のインレット（７０）の上流側で、少なくとも領域的に電気式の駆動装置（３６）を貫通してガイドされているか、又はこの駆動装置（３６）に沿ってガイドされており、それによって、この駆動装置（３６）が、圧送される流体によって冷却されるようになっていることを特徴とする、流体用の電気式のポンプ装置。
2. 電気式の駆動装置（３６）がステータ（５０）とロータ（４８）とを有しており、ステータ（５０）及び／又はロータ（４８）がポンプ装置（２４）の運転中に少なくとも領域的に、圧送される流体によって包囲されるようになっている、請求項１記載の電気式のポンプ装置。
3. 圧送しようとする流体の流れ経路（７１）が、ロータ（４８）とステータ（５０）との間のギャップを通って延びている、請求項１又は２記載の電気式のポンプ装置。
4. 少なくとも１つの電子構成部材（５８，６０）のための少なくとも１つの保持部材（４２）を有しており、該保持部材（４２）内に又はこの保持部材（４２）の外側に通路（７２）が設けられていて、該通路（７２）が、フィード装置（３４）のインレット（７０）の上流側に位置する、圧送される流体の流れ経路（７１）の一部である、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気式のポンプ装置。
5. 少なくとも１つの電子構成部材（５８，６０）が内部に収容されている室（６６）が、フィード装置（３４）のインレットの上流側に位置する、圧送される流体の流れ経路（７１）の一部である、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気式のポンプ装置。
6. 電子構成部材（５８，６０）が、熱を伝導する成形材料（６２）によって保持部材（４２）に接続されている、請求項４又は５記載の電気式のポンプ装置。
7. 電子構成部材（５８，６０）が保持部材（４２）の凹部（７４，７６）内に配置されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の電気式のポンプ装置。
8. 保持部材（４２）が製造される材料がアルミニウムを含有している、請求項４から７までのいずれか１項記載の電気式のポンプ装置。
9. 電気式の駆動装置（３６）とフィード装置（３４）とが１つの構成ユニットを形成している、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気式のポンプ装置。

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