WO1992000457A1 - Peripheralpumpe, insbesondere zum fördern von kraftstoff aus einem vorratstank zur brennkraftmaschine eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Peripheralpumpe, insbesondere zum fördern von kraftstoff aus einem vorratstank zur brennkraftmaschine eines kraftfahrzeuges Download PDF

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Willi Strohl
Loren Smith
Jaihind-Singh Sumal
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Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D5/00—Pumps with circumferential or transverse flow
    • F04D5/002—Regenerative 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
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/188—Rotors specially for regenerative pumps

Definitions

  • Peripheral pump in particular for delivering fuel from a storage tank to the internal combustion engine of a motor vehicle
  • the invention relates to a peripheral pump according to the preamble of the main claim.
  • a peripheral pump is already known (US Pat. No. 3,315,607), in which the common center of the two circular sections lies on the axial gap between the impeller and the chamber wall.
  • US Pat. No. 3,315,607 the common center of the two circular sections lies on the axial gap between the impeller and the chamber wall.
  • the efficiency of such peripheral pumps cannot be satisfactory.
  • peripheral pump according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the pump output is increased to a satisfactory level because the circulation flow Qc can be increased by approximately 20% under otherwise identical conditions. This means that the maximum delivery pressure can be increased accordingly with the same external dimensions and operating conditions.
  • Advantageous further developments and improvements of the peripheral pump specified in the main claim are possible through the dimensional analogs listed in the subclaims.
  • FIG. 1 shows a fuel delivery unit with a peripheral pump shown in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a detail of the peripheral pump denoted by II in FIG. 1, on an enlarged scale
  • FIG. 3 shows a cross section through the peripheral pump according to FIG. 1, along the line III-III and
  • FIG. 4 a graph showing the increase factor for the circulation flow as a function of ⁇ .
  • FIG. 1 An assembly 10 shown in FIG. 1 is used to deliver fuel from a storage tank (not shown) to the internal combustion engine (also not shown) of a motor vehicle.
  • the fuel delivery unit 10 has a flow pump 12, the impeller 14 of which is connected in a rotationally locking manner by a shaft 16 driven by an electrical drive motor (not shown).
  • the impeller 14 is seated on a bearing journal 18 and is arranged in a so-called pump chamber 19 which - seen in the axial direction of the impeller 14 - is delimited on both sides by walls 20 and 22.
  • the bearing pin 18 is arranged on the wall 20.
  • the wall 22 has a bearing point 24 for the drive shaft 16.
  • the flow pump 12 draws fuel through a suction port 26 and presses this medium via a pump outlet 28 in the wall 22 into a space 30 in which the electric motor (not shown) is accommodated. From there the fuel is supplied to the internal combustion engine via an outlet or pressure port 32. Since both the flow pump 12 and the electric motor (not shown) are accommodated in a common housing 33, which is provided with a suction port 26 and a pressure port 32 and the fuel thus flows through the fuel delivery unit 10, the fuel delivery unit forms part of the delivery line from the storage tank, as it were to the internal combustion engine.
  • the impeller 14 of the flow pump 12 has a disk-shaped, central region 34 which is provided with a central bearing bush 36 in which the bearing journal 18 of the wall 20 is mounted.
  • the impeller 14 or its central region 34 has a multiplicity of radial vanes 38 which are connected to one another at their free ends facing away from the central region 34 by a circumferential ring 40, which is, however, not absolutely necessary.
  • the vanes 38 are formed in that 14 webs remain between openings 42 of the impeller which are arranged on a common pitch circle and which limit the openings 42 in the circumferential direction.
  • the axis of each opening 42 runs parallel to the axis of rotation of the impeller.
  • the gap 42 remaining between the mutually adjacent wings 38 in the circumferential direction can also be referred to as a groove.
  • the bottom of its groove is particularly shaped.
  • the groove base 46 extends like a circular segment. This also applies to the other side of the impeller 14, where the groove base 50 also extends from the end face 48 like a segment of a circle.
  • the two circular sections 46 and 50 merge smoothly into one another in the central region of the impeller 14. Since the impeller 14 is preferably manufactured in a mold, both the groove base 46 and the groove base 50 must be guided over short, horizontal end sections 52 to the end faces 44 and 48 for reasons of better formability run parallel to the axis of rotation of the impeller. In both the groove base 46 and the groove base 50 must be guided over short, horizontal end sections 52 to the end faces 44 and 48 for reasons of better formability run parallel to the axis of rotation of the impeller. In both the groove base 46 and the groove base 50 must be guided over short, horizontal end sections 52 to the end faces 44 and 48 for reasons of better formability
  • Chamber walls 20 and 22 each have an almost annular delivery channel 54 and 56.
  • the bottom 58 of the conveying channel 54, as well as the bottom 60 of the conveying channel 56, are likewise shaped in the form of a circular segment.
  • Both the circular sections 46 and 58 and the circular sections 50 and 60 each have common centers 62 and 64, respectively.
  • the radii of each groove base 46 and 50 have been given 68 in FIG.
  • the radii of each base 58, 60 of the delivery channels 54 and 56 are denoted by 66 in FIG.
  • An essential feature of the invention can be seen in the fact that the centers 62 and 64 of the two circular sections 68 and 66 are the same and lie within the contour of the impeller 14 (FIG. 2). As FIG.
  • the two centers 62 and 64 have each been moved into the impeller contour by a dimension 70, measured from the respective adjacent end faces 44 and 48 of the impeller 14. It is also noteworthy that the two centers 62 and 64 - based on the axis of rotation of the impeller - are arranged on a common pitch circle with a radius 72.
  • the pressure of a peripheral pump can be calculated approximately according to the relevant literature using the following formula:
  • A conveyor channel cross section
  • ⁇ angular velocity of the impeller
  • Qc or C can be calculated back from measurement results. Without measurement results, d. H. if a pump is not yet available, Qc or C can only be calculated approximately using finite elements from the geometry and the operating data. In such calculations it was found that keeping all the parameters in equation (1) and equation (2) constant, the constant C one
  • Canal cross section is a circular section
  • the value ⁇ is on the abscissa and the ratio of the associated C factor C ( ⁇ ) to the C factor for is on the ordinate

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Abstract

Es wird eine Peripheralpumpe vorgeschlagen, die zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dient. Die Peripheralpumpe (12) umfasst ein in einer Pumpenkammer (19) umlaufendes, kreiszylindrisches Laufrad (14), das an mindestens einer seiner beiden Stirnflächen (44, 48) einen Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades mit Abstand voneinander angeordneten Flügeln (38) aufweist und im Längsschnitt durch die Pumpe gesehen, der Grund der nutartig ausgebildeten Lücke (42) zwischen zwei einander benachbarten Flügeln (38) einen Kreisabschnitt (46, 50) bildet, dessen Zentrum (62, 64) wenigstens nahezu identisch ist mit dem Zentrum eines anderen Kreisabschnitts (58, 60), welcher durch den Grund eines annähernd ringförmigen Förderkanals (54, 56) gebildet ist, der dem Flügelkranz gegenüberliegend in einer Wand (20) der Pumpenkammer (19) angeordnet ist. Eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades der Peripheralpumpe wird erreicht, wenn die Zentren (62, 64) der beiden Kreisabschnitte (46, 58, 50, 60) innerhalb der Kontur des Laufrades (14) liegen.

Description

Peripheralpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Peripheralpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Pumpe bekannt (US-PS 3 315 607), bei welcher das gemeinsame Zentrum der beiden Kreisabschnitte auf dem Axialspalt zwischen Laufrad und Kammerwand liegt. Der Wirkungsgrad derartiger Peripheralpumpen kann aber nicht befriedigen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Peripheralpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Pumpenleistung auf ein befriedigendes Maß angehoben wird, weil die Zirkulationsströmung Qc bei sonst gleichen Bedingungen um ca. 20 % gesteigert werden kann. Damit kann der maximale Förderdruck bei gleichen Außenabmessungen und Betriebsbedingungen entsprechend gesteigert werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnalimen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Peripheralpumpe möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Kraftstofförderaggregat mit einer im Längsschnitt dargestellten Peripheralpumpe, Figur 2 eine in Figur 1 mit II bezeichnete Einzelheit der Peripheralpumpe, in vergrößerter Darstellung, Figur 3 einen Querschnitt durch die Peripheralpumpe gemäß Figur 1, entlang der Linie III-III und Figur 4 ein Schaubild, das den Steigerungsfaktor für die Zirkulationsströmung als Funktion von ε darstellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein in Figur 1 dargestelltes Aggregat 10 dient zum Fördern von Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Vorratstank zur ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Das Kraftstofförderaggregat 10 weist eine Strömungspumpe 12 auf, deren Laufrad 14 durch eine mit einem nicht dargestellten elektrischen .Antriebsmotor angetriebene Welle 16 drehschlussig verbunden ist. Das Laufrad 14 sitzt auf einem Lagerzapfen 18 und ist in einer sogenannten Pumpenkammer 19 angeordnet, die - in Achsrichtung des Laufrades 14 gesehen - beidseitig durch Wände 20 und 22 begrenzt ist. Dabei ist der Lagerzapfen 18 an der Wand 20 angeordnet. Die Wand 22 weist eine Lagerstelle 24 für die Antriebswelle 16 auf. Während des Betriebs des Förderaggregats 10 saugt die Strömungspumpe 12 Kraftstoff durch einen Saugstutzen 26 an und drückt dieses Medium über einen Pumpenausgang 28 in der Wand 22 in einen Raum 30, in welchem der nicht dargestellte Elektromotor untergebracht ist. Von dort aus wird der Kraftstoff über einen Ausgangs- oder Druckstutzen 32 der Brennkraftmaschine zugeführt. Da sowohl die Strömungspumpe 12 als auch der nicht dargestellte Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse 33 untergebracht sind, das. mit einem Saugstutzen 26 und einem Druckstutzen 32 versehen ist und der Kraftstoff somit das Kraftstofförderaggregat 10 durchströmt, bildet das Kraftstofförderaggregat gleichsam ein Teil der Förderleitung vom Vorratstank zur Brennkraftmaschine.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist das Laufrad 14 der Strömungspumpe 12 einen scheibenförmigen, zentralen Bereich 34 auf, der mit einer zentralen Lagerbuchse 36 versehen ist, in welcher der Lagerzapfen 18 der Wand 20 gelagert ist. Das Laufrad 14 bzw. dessen zentraler Bereich 34 weist eine Vielzahl von radialen Flügeln 38 auf, die an ihren freien, von dem zentralen Bereich 34 abgewandten Enden durch einen umlaufenden Ring 40 miteinander verbunden sind, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Die Flügel 38 sind dadurch gebildet, daß zwischen, auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordneten Durchbrüchen 42 des Laufrades .14 Stege verbleiben, welche die Durchbrüche 42 in Umfangsrichtung begrenzen. Die Achse eines jeden Durchbruchs 42 verläuft parallel zur Drehachse des Laufrades. Da die Anordnung des äußeren Ringes 40 nicht zwingend notwendig ist, kann die zwischen den in Umfangsrichtung einander benachbarten Flügeln 38 verbleibende Lücke 42 auch als Nut bezeichnet werden. Wie insbesondere Figur 2 zeigt, ist deren Nutgrund besonders ausgeformt. Ausgehend von der einen Stirnfläche 44 des Laufrades 14 erstreckt sich der Nutgrund 46 kreisabschnittartig. Dies gilt ebenso für die andere Seite des Laufrades 14, wo sich von der Stirnfläche 48 aus der Nutgrund 50 ebenfalls kreisabschnittartig erstreckt. Die beiden Kreisabschnitte 46 und 50 gehen im Mittelbereich des Laufrades 14 stoßfrei ineinander über. Da das Laufrad 14 vorzugsweise in einer Form hergestellt wird, muß aus Gründen der besseren Formbarkeit sowohl der Nutgrund 46 als auch der Nutgrund 50 über kurze, waagrechte Endabschnitt 52 zu den Stirnflächen 44 und 48 geführt werden, die parallel zur Drehachse des Laufrades verlaufen. In den beiden
Kammerwänden 20 und 22 sind jeweils ein fast ringförmiger Förderkanal 54 und 56 angeordnet. Der Grund 58 des Förderkanals 54, wie auch der Grund 60 des Förderkanals 56 sind ebenfalls kreisabschnittförmig geformt. Sowohl die Kreisabschnitte 46 und 58 als auch die Kreisabschnitte 50 und 60 weisen jeweils gemeinsame Zentren 62 bzw. 64 auf. Die Radien eines jeden Nutgrundes 46 und 50 sind in Figur 2 mit 68 angegeben worden. Die Radien eines jeden Grundes 58, 60 der Förderkanäle 54 und 56 sind in Figur 2 mit 66 bezeichnet. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Zentren 62 bzw. 64 der beiden Kreisabschnitte 68 bzw. 66 gleich sind und innerhalb der Kontur des Laufrades 14 liegen (Figur 2). Wie Figur 2 weiter zeigt, sind die beiden Zentren 62 und 64 jeweils um ein Maß 70, gemessen von den jeweiligen benachbarten Stirnflächen 44 bzw. 48 des Laufrades 14 in die Laufradkontur hineingerückt worden. Weiter ist noch bemerkenswert, daß die beiden Zentren 62 und 64 - bezogen auf die Laufraddrehachse - auf einem gemeinsamen Teilkreis mit einem Radius 72 angeordnet sind.
Der Druck einer Peripheralpumpe kann näherungsweise gemäß der einschlägigen Literatur nach folgender Formel berechnet werden:
Figure imgf000006_0001
wobei: p = Druck
S - Dichte
A = Förderkanalguerschnitt
ω = Winkelgeschwindigkeit des Laufrades
R = Radius des Laufrades
Qt = Fördermenge inklusive interner Leckage
Qc = Zirkulationsströmung (zwischen Kanal und Laufrad
umgesetzte Flüssigkeitsmenge pro Sekunde) sind. Qc kann nährungsweise durch die Formel
Figure imgf000007_0001
berechnet werden, wobei C eine nur noch von der Pumpengeometrie abhängige Konstante ist.
Damit eine Pumpe bei sonst gleichen Betriebsbedingungen einen möglichst hohen Förderdruck erzielt, ist es also wichtig, daß dieser C-Faktor möglichst hoch ist.
Qc bzw. C läßt sich aus Meßergebnissen zurückrechnen. Ohne Meßergebnisse, d. h. wenn noch keine Pumpe vorhanden ist, kann Qc bzw. C nur mit finiten Elementen aus der Geometrie und den Betriebsdaten näherungsweise berechnet werden. Bei solchen Berechnungen wurde herausgefunden, daß bei Konstanthalten sämtlicher in Gleichung (1) und Gleichung (2) eingehender Parameter die Konstante C einen
Maximalwert hat, wenn die Pumpengeometrie folgende Merkmale aufweist:
1. Kanalguerschnitt ist ein Kreisabschnitt,
2. Mittelpunkt der Kreisgeometrie liegt um s = ε × r von der Laufradkante entfernt innerhalb des Laufrades, wobei der Wert für ε zwischen 0,15 und 0,35 vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 liegen sollte. Dabei bedeuten r der Kanalradius im Querschnitt (Maß 66) und s der Abstanddes Zentrums für r von der Laufradkante (Maß 70) (Stirnfläche). In dem Schaubild gemäß Figur 4 sind auf der Abszisse der Wert ε und auf der Ordinate das Verhältnis des zugehörigen C-Faktores C ( ε ) zum C-Faktor für
Figure imgf000007_0002
aufgetragen. Dabei sind für die Kurve 75 für R 17,5 mm und für A 4,52 mm angenommen worden. Bei der Kurve 80 wurde der Wert 17,5 mm für R beibehalten und A auf 5,31 mm vergrößert. Der Kurve 85 liegen die Werte R = 14,2 und A = 4,52 mm zugrunde.
Somit zeigt sich, daß die Lage des Maximums für
C (ε)/C (0) nahezu unabhängig von den absoluten Werten für A und R immer zwischen ca. 0,2 und 0,7, vorzugsweise bei etwa ε= 0,25, liegt.

Claims

Ansprüche
1. Peripheralpumpe, insbesondere zum Förderkraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem in einer Pumpenkammer umlaufenden, kreiszylindrischen Laufrad, das an mindestens einer seiner beiden Stirnflächen einen Kranz von in Umfangsrichtung des Laufrades mit Abstand voneinander angeordneten Flügeln aufweist und im Längsschnitt durch die Pumpe gesehen der Grund der nutartig ausgebildeten Lücke zwischen zwei einander benachbarten Flügeln einen Kreisabschnitt bildet, dessen Zentrum wenigstens nahezu identisch ist mit dem Zentrum eines anderen Kreisabschnitts, welcher durch den Grund eines annähernd ringförmigen Förderkanals gebildet ist, der den Flügelkranz gegenüberliegend in einer Wand der Pumpenkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentren (62, 64) der beiden Kreisabschnitte (46, 58 bzw. 50, 60) innerhalb der Kontur des Laufrades (14) liegen.
2. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (68) des Lückengrundes (46, 50) dem Radius (66) des Förderkanalgrundes (58, 60) entspricht.
3. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des linken Lückengrundes (46, 50) größer ist als der Radius (66) des Förderkanalgrundes (58, 60).
4. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß (70), gemessen von der die Drehachse des Laufrades (14) schneidenden Stirnfläche (48 bzw. 44) bis zum Zentrum (62 bzw. 64) r mal ε beträgt, wobei r der Radius (66) des Förderkanalgrundes (58, 60) ist und ε eine Konstante darstellt, deren Größe im Bereich von 0,15 bis 0,35 liegt.
5. Peripheralpumpe nach einem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Konstanten ε im Bereich zwischen 0,2 und 0,3 liegt.
6. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lückengrund-Kreisabschnitt (46 bzw. 50) zum
Förderkanalgrund-Kreisabschnitt (58, 60) konzentrisch ist.
7. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (14) an seinen beiden Stirnflächen (44, 48) je einen Kranz von Flügeln (38) aufweist und daß jedem Flügelkranz ein annähernd ringförmiger Förderkanal (54, 56) in der ihm benachbarten Wand (20, 22) der Pumpenkammer (19) zugeordnet ist.
8. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Flügel (38) durch einen umlaufenden Ring (40) miteinander verbunden sind.
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