DE69408246T2

DE69408246T2 - Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE69408246T2
Application number: DE69408246T
Authority: DE
Inventors: Henry W Brockner; Dequan Yu
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1993-10-04
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2014-09-30
Also published as: ES2111857T3; DE69408246D1; EP0646726A1; EP0646726B1; US5310308A; JPH07167081A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Kraftstoffpumpen für Fahrzeuge und besonders auf ein Gehäuse für eine Kraftstoffpumpe und auf ein Drehpumpenelement, die kombiniert zwei Pumpenkammern bilden, um die für die Herstellung erforderlichen Toleranzen zu reduzieren und um Kreuzverluste auf ein Minimum zu reduzieren.
Herkömmliche, auf den Tank des Fahrzeugs montierte Kraftstoffpumpen haben typischerweise ein Drehpumpenelement 118, das sich in einem Pumpengehäuse 120 befindet, wie es auf den Figuren 2 und 3 dargestellt wird. Der Kraftstoff strömt in die Pumpenkammer 124 im Pumpengehäuse 120 und die Drehpumpenaktion der Flügel 126 und der Flügelnuten 128 des Drehpumpenelements 118 erzeugt Wirbel 132. Die Flügel 126 reichen jedoch nicht bis an den oberen Teil 130 der Pumpenkammer 124 und Kraftstoff fliesst zwischen den Seiten 134 und 136 hin.
Der Bedarf eines Streifenabschnitts 122 in dem Pumpengehäuse 120 (Figur 2) stellt ein anderes Problem mit der herkömmlichen Auslegung von Kraftstoffpumpen dar. Da Kraftstoff durch das Drehpumpenelement 118 vom Kraftstoffeingang (nicht dargestellt) zum Kraftstoffausgang (nicht dargestellt) vorwärts bewegt wird, erhöht sich der Druck des Kraftstoffs. Da der Kraftstoffeingang und -ausgang fast peripherisch benachbart sind, muss der Streifenabschnitt 122 im Verhältnis zum Drehpumpenelement 118 annähernde Toleranzen aufweisen, um die Niedrigdruckzone 110 von der Hochdruckzone 112 jeweils beim Eingang und Ausgang ohne unzulässige Verluste zu trennen. Der Streifenabschnitt 122 erhöht die Herstellungskosten, da annähernde Toleranz gefordert wird.
DE-A-3 118 533 handelt zum Beispiel von einer herkömmlichen Kraftstoffpumpe.
Die vorliegende Erfindung liefert eine wirksamere Kraftstoffpumpe, die Kreuzverluste in der Pumpenkammer auf ein Minimum in den zwei Pumpenkammern reduziert, indem zwei Pumpenkammern auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpenelements geliefert werden und indem das Pumpenelement mit einem Aussenringabschnitt versehen wird, der den Bedarf eines Streifens ausschliesst.
Nach der Erfindung liefern wir eine Kraftstoffpumpe zur Zufuhr von Kraftstoff von einem Kraftstofftank an einen Fahrzeugmotor, bestehend aus:
einem Pumpenkasten;
einem im besagten Kasten eingebauten Motor mit einer Welle, die sich daraus erstreckt;
einem Drehpumpenelement, das an die besagte Welle angepasst ist, mit einem Ringabschnitt an dessen Aussenperipherie entlang, mit einer Vielzahl von Flügeln um eine Innenperipherie, radial innerhalb des besagten Ringabschnitts und mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Kraftstoffströmungs-Durchgängen, die radial zwischen der besagten Vielzahl von Flügeln und dem besagten Ringabschnitt angebracht sind; sowie
einem Pumpengehäuse, das im besagten Pumpenkasten eingebaut ist und einen Kraftstoffeingang und -ausgang durch beide hat, wobei das besagte Pumpengehäuse das besagte Drehpumpenelement darin einschliesst:
dadurch gekennzeichnet, dass zwei axial auseinanderliegende Pumpenkammern, die serienweise mit den besagten Strömungsdurchgangen verbunden sind, an der Peripherie entlang von und auf den gegenüberliegenden Seiten des Pumpenelements gebildet werden.
Die beiden Pumpenkammern enthalten eine Eingangspumpenkammer, die mit dem Kraftstoffeingang verbunden ist und eine Ausgangspumpenkammer, die mit dem Kraftstoffausgang verbunden ist, wobei der Kraftstoff vom Kraftstoffeingang zu der Ausgangspumpenkammer und von der Eingangspumpenkammer zum Kraftstoffausgang durch die Kraftstoffströmungs-Durchgänge im Drehpumpenelement fliesst.
Eine Kraftstoffpumpe, die nach der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist, liefert ein Kraftstoffpumpen-Gehäuse und eine Drehpumpenelement- Vorrichtung, die die Notwendigkeit den Pumpenboden eines Pumpengehäuses maschinell zu bearbeiten oder eine Schranke zwischen der Hochdruckzone und der Niedrigdruckzone der Pumpenkammer zu liefern, ausschliesst.
Die beiden Pumpengehäuse der Kraftstoffpumpe reduzieren Kreuzverluste im Pumpengehäuse auf ein Minimum.
Die Kraftstoffpumpe, die nach der Erfindung ausgelegt ist, verfügt über ein Drehpumpenelement mit einem Aussenringabschnitt, der genau in den Pumpenboden des Pumpengehäuses passt, so dass der Pumpenboden keinen Streffenabschnitt erfordert und dadurch dessen Herstellung vereinfacht.
Die Erfindung wird jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, von denen:
Figur 1 ein querschnitt einer Kraftstoffpumpe nach der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 2 eine teilweise aufgebrochene Schnittansicht eines Drehpumpenelements in einem Kraftstoffpumpengehäuse nach dem früheren Fachwissen ist, das einen Streifenabschnitt darstellt, der die Hochdruckzone von der Niedrigdruckzone der Pumpenkammer trennt.
Figur 3 eine Querschnittsansicht einer Pumpenkammer nach dem früheren Fachwissen ist, die die Form der Strömungskanäle in Abschnitten im oberen Teil und auf dem Boden des Pumpengehäuses darstellt.
Figur 4 eine teilweise aufgebrochene Schnittansicht einer Drehpumpe nach der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 5 eine Querschnittsansicht eines Teils einer Pumpe nach der vorliegenden Erfindung ist, die Pumpenkammern in Abschnitten im oberen Teil und am Boden des Pumpengehäuses darstellt, die nicht ntiteinander verbunden sind.
Figur 6 eine Ansicht ist, die an der Linie 6-6 der Figur 4 entlang gemacht wurde und die ein Flügel- und ein Flügelnuten-Detail eines Drehpumpenelements nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
Figur 7 eine Ansicht ist, die an der Linie 7-7 der Figur 4 entlang gemacht wurde und die ein Flügel-, Kraftströmungs-Durchgangs- und Flügelnuten-Detail eines Drehpumpenelements nach der vorliegenden Erfindung darstellt
Figur 8 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Pumpe nach der vorliegenden Erfindung ist, die den Kraftstoffstrom vom Kraftstoffeingang bis zur Krafts toffausg angs-Pumpenkammer des Pumpengehäuses darstellt.
Figur 9 eine Querschnittsansicht eines Ausgangsabschnitts einer Pumpe nach der vorliegenden Erfindung ist, die den Kraftstoffstrom von einer schmaleren und flacheren versetzten Sektion der Eingangspumpenkammer zum Kraftstoffausgang des Pumpengehäuses darstellt.
Figur 10 eine Perspektivansicht eines Pumpengehäuses und eines Drehpumpenelements nach der vorliegenden Erfindung ist, die einen Pumpendeckel und einen Pumpenboden zeigt, die das Pumpengehäuse beinhalten.
Figur 11 eine Perspektivansicht der Passfläche eines Drehpumpendeckels nach der vorliegenden Erfindung ist, die einen ringförmigen Pumpenkanal darstellt, der mit einem Peripherieende zusammenläuft und sich axial nach aussen zu ihn hinbiegt.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 hat die Kraftstoffpumpe 10 einen Kasten 12 der den Motor 14 enthält vorzugsweise einen elektrischen Motor, der im Motorraum 36 montiert ist. Der Motor 14 hat eine Welle 16, die sich von dort in einer Richtung von dem Kraftstoffpumpen-Ausgang 44 zum Kraftstoffpumpen-Eingang 32 erstreckt. Das Drehpumpenelement 18, vorzugsweise ein Flügelrad oder als Variante eine Turbine mit Wärmetauscher, ist auf die Welle 16 montiert und in der Pumpensektion 19 eingeschlossen, die vorzugsweise aus einem Pumpenboden 20 und einem Pumpendeckel 30 besteht, wie es auf Figur 10 dargestellt wird. Das Drehpumpenelement 18 hat eine zentrale Achse, die mit der Achse der Welle 16 zusammenfällt (Figur 1). Die Welle 16 geht durch eine Wellenöffnung 40 des Drehpumpenelements 18 in eine Ausbuchtung 38 des Deckels des Pumpendeckels 30. Wie es auf Figur 1 gezeigt wird, wird die Welle 16 in einem Lager 24 getragen. Der Pumpenboden 20 hat einen Kraftstoffausgang 22, der von einer an der Peripherie eines Drehpumpenelements 18 entlang gebildeten Pumpenkammer 26 führt. Der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird durch den Kraftstoffausgang 22 in den Motorraum 36 geleitet und kühlt den Motor 14 ab, während er über ihn zum Kraftstoffpumpenausgang 44 strömt.
Die Figuren 4 und 10 stellen die bevorzugte Auslegung des Drehpumpenelements 18 nach der vorliegenden Erfindung dar. Das Drehpumpenelement 18 hat einen Aussenringabschnitt 60 radial an einer Aussenperiphene davon entlang, der in den ringförmigen inneren Rand 21 des Pumpenbodens 20 (Figur 10), passt. Die Gehäusepassfläche 17 des Drehpumpenelements 18 wird dadurch in einer Richtung senkrecht zur Achse der Welle 16 mit dem ringförmigen Aussenrand 23 in dem Absatz 25 des Pumpenbodens 20 gespült. Eine Vielzahl von Flügeln 56 erstrecken sich um eine innere Peripherie des Drehpumpenelements 18 radial innerhalb des Aussenringabschnitts 60 herum (Figur 4).
Peripherisch benachbart mit den Flügeln 56 befinden sich die Flügelnuten 58, die vorzugsweise eine haibrunde Form besitzen, die, wie es unten erörtert wird, der Form der Kraftstoffströmungs-Wirbel in der Pumpensektion 19 annähernd entsprechen.
Radial zwischen dem Aussenringabschnitt 60 und den Flügeln 56 befindet sich eine Vielzahl von Kraftstoffströmungs-Durchgängen 62, vorzugsweise bogenförmige Schlitze, die sich durch das Drehpumpenelement 18 parallel zur Achse der Welle 16 (Figur 7) erstrecken. Die Strömungsdurchgänge 62 haben vorzugsweise eine radiale Breite einer Halfte oder mehr als die radiale Länge eines Flügels 56. Die peripherische Länge der Strömungsdurchgänge 62 ist vorzugsweise gleichwertig mit oder niedriger als die peripherische Entfernung in einer Perspektive an einer Achse entlang, die parallel zur Welle 16 zwischen dem Kraftstoffeingang 32 und dem Kraftstoffausgang 22 ist.
Das Drehpumpenelement 18 ist vorzugsweise ganz aus einem Kunststoff hergestellt, wie zum Beispiel Phenol, Azetyl oder aus einem anderen Kunststoff- oder Nicht-Kunststoff-Werkstoff, der Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist. Als Variante kann das Drehpumpenelement 18 aus Murninium oder Stahl durch Druckgussverfahren hergestellt werden.
Um die im vorausgegangenen Text erwähnten Kreuzverluste auf ein Minimum zu reduzieren, werden zwei Pumpenkammern 26a und 26b auf den gegenüberliegenden Seiten eines Drehpumpenelements 18 gebildet, wie es auf Figur 5 dargestellt wird. Ein ringförmiger Deckelkanal 68 und ein ringförmiger Bodenkanal 70, die nüt den Flügelnuten 58 zusammenwirken, um die Pumpenkammern 26a und 26b zu bilden, werden jeweils peripherisch an einem radialen äusseren Abschnitt der Passflächen 46 und 48 des Drehpumpenelements entlang jeweils des Pumpendeckels 30 und Pumpenbodens 20 gebildet, wie es auf den Figuren 10 und 11 dargestellt wird.
Das Drehpumpenelement 18 passt zu den Passflächen 46 auf der benachbarten Seite des Pumpendeckels 30, sowie zum Innenrand 21 des Pumpenbodens 20, um zu verhindern, dass Kraftstoff zwischen den Pumpenkammern 26a und 26b (Figur 5) fliesst. Vorzugsweise verfügt das Drehpumpenelement 18 über einen inneren Ringabschnitt 64, der radial zwischen den Flügeln 56 und den Kraftströmungs-Durchgängen 62 angebracht ist, um zu verhindern, dass Kraftstoff zwischen der Fingangspumpenkammer 26a und der Ausgangspumpenkammer 26b fliesst. Ausserdem haben die Eingangspumpenkammer 26a und die Ausgangspumpenkammer 26b vorzugsweise kreisförmige Querschnitte, wie es auf Figur 5 dargestellt wird, die der Form der ersten Wirbel 66 annähernd entsprechen und die verhindern, dass sich zweite Gegenströmungswirbel bilden.
Mit dem gerade beschriebenen Drehpumpenelement 18 und der Pumpensektion 19, ist die Herstellung des Pumpenbodens 30 leichter, da kein Streifenabschnitt, wie vorab erörtert, erforderlich ist. Dadurch wird die im früheren Fachwissen notwendige Toleranzgenauigkeit für Drehpumpenelemente nicht mehr benötigt, da das Drehpumpenelement 18 nach der vorliegenden Fifindung einen Aussenringabschnitt 62 hat, der genau in den Absatz 25 des Pumpenbodens 20 passt.
Im Betrieb wird Kraftstoff von einem Kraftstofftank (nicht dargestellt), in dem die Pumpe 10 angebracht sein kann, durch einen Kraftstoffeingang 32 im Pumpendeckel 30 und in die Pumpenkammern 26a und 26b durch die Drehpumpenaktion des Drehpumpenelements 18 (Figur 8) entnommen. Da das Drehpumpenelement 18 rotiert, liefern Kraftstoffströmungs-Durchgänge 62 abwechselnd eine Bahn für Kraftstoff, der von einem aufgeweiteten Abschnitt 33 der Eingangspumpenkammer 26a zu einem aufgeweiteten Abschnitt 76 der Ausgangspumpenkammer 26b fliesst, die axial mit dem Kraftstoffeingang 32 (Figur 10) ausgerichtet ist.
Die Drehpumpenaktion der Flügel 56 auf dem Drehpumpenelement 18 bringt die ersten Wirbel 66 peripherisch um die ringförmigen Pumpenkammern 26a und 26b (Figur 5) vorwärts. Die Kraftstoffströmung vom Pumpengehäuse 19 zum Motorraum 36, erfolgt wie es auf Figur 9 dargestellt wird. Die Kraftstoffströmungs-Durchgänge 62 liefern abwechselnd eine Bahn für Kraftstoff, der von einer schmaleren und flacheren Übergangssektion 72 der Eingangspumpenkammer 26a zu einer aufgeweiteten Sektion 78 der Ausgangspumpenkammer 26b fliesst, die axial mit der Übergangssektion 72 und dem benachbarten Kraftstoffausgang 22 ausgerichtet ist. Kraftstoff von der Ausgangspumpenkammer 26b entströmt durch den Kraftstoffausgang 22.
Die Übergangssektion 72 des Pumpendeckels 30 erstreckt sich vorzugsweise an einem Winkel von ungefähr 15º bis 25º entlang, in dem die Tiefe des Deckelkanals 68, wenn sie vom Mittelpunkt des Deckelkanals 68 bis zur Passfläche 46 des Drehpumpenelements 30 gemessen wird, stufenweise abnimmt, bis der Deckelkanal 68 mit der Passfläche 46 am Ende des Deckelkanals 73 gespült wird. Die Deckelfläche 46 passt zum Drehpumpenelement 18 wenn der Pumpendeckel 30 und der Pumpenboden 20 kombiniert sind. Die Tiefe des Deckelkanals 68 beträgt ungefähr 0,5 bis 2,0 mm vom Kraftstoffeingang 32 zu einem Übergangsstartpunkt 74 der Übergangssektion 72. Die Breite des Deckelkanals 68 nimmt stufenweise bis zu einem Punkt am Ende des Deckelkanals 73 ab. Diese stufenweise Konvergenz des Deckelkanals 68 liefert eine glatte Bähn für die Wirbel 66, die zum Kraftstoffausgang 22 konirnen, ohne die Kreuzverluste, die in Kraftstoffströmungskanälen auftreten, die axial mit dem Kraftstoffausgang benachbart sind. Der Deckelkanal 68 erstreckt sich ungefähr um 285º bis 295º vom Kraftstoffeingang 32 zum Übergangsstartpunkt 74 (Figur 11).
Wie es auf Figur 1 gezeigt wird, erstreckt sich eine Ausströmungsöffnung 34 axial durch den Pumpendeckel 30, um Kraftstoffdampf von der Pumpenkammer 26a abzublasen, so dass dampffreier, flüssiger Kraftstoff den Motor (nicht dargestellt) erreicht. Kraftstoffdampf kommt von der Pumpenkammer 26a durch die Ausströmungsöffnung 34 in den Krafts tofftank (nicht darg es teilt).
Vorzugsweise befindet sich die Ausströmungsöffnung 34 an einem radial inneren Abschnitt des Deckelkanais 68) ungefähr 100º bis 120º vom Kraftstoffeingang 32, wie es auf Figur 11 dargestellt wird.
Der Deckelkanal 68 und der Bodenkanal 70 können im Druckgussverfahren mit dem Pumpenboden 20 und dem Pumpendeckel 30 vorzugsweise aus Muminium hergestellt werden oder sie können in dem Pumpenboden 20 und dem Pumpendeckel 30 maschinell gefertigt werden. Als Variante können der Deckelkanal 68 und der Bodenkanal 70 ganz zusammen mit dem Pumpenboden 20 und dem Pumpendeckel 30 aus einem Kunststoff, wie zum Beispiel Azetyl oder einem anderen Kunststoff- oder Nicht-Kunststoff-Material, das den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist, hergestellt werden.

Claims

1. Eine Kraftstoffpumpe zur Zufuhr von Kraftstoff von einem Kraftstofftank zum Motor eines Fahrzeugs, bestehend aus:

einem Pumpenkasten (12);

einem Motor (14), der im besagten Kasten (12) montiert ist und eine Welle (16) hat, die sich von dort aus erstreckt;

einem Drehpumpenelement (18), das zur besagten Welle (16) passt, mit einem Ringabschnitt (60) an der Aussenperiphene entlang, einer Vielzahl von Flügeln (56) um eine Innenperiphene herum radial innerhalb des besagten Ringabschnitts (60) und einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Kraftstoffströmungs-Durchgängen (62), die radial zwischen der besagten Vielzahl von Flügeln (56) und dem Ringabschnitt (60) liegen; und

einem Pumpengehäuse (19), das im besagten Pumpenkasten (12) montiert ist mit einem Kraftstoffeingang (32) und einem Kraftstoffausgang (22) durch ihn, wobei das besagte Pumpengehäuse (19) das besagte Pumpendrehelement darln aufnimmt:

dadurch gekennzeichnet dass zwei axial auseinanderliegende Pumpenkammem (26a und 26b), die serienweise durch die besagten Strömungsdurchgänge (62) verbunden sind, an der Peripherie des Pumpenelements( 18) und an dessen gegenüberliegenden Seiten entlang gebildet werden.

2. Eine Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, in der die besagten Pumpenkammern (26a, 2 6b) eine Eingangspumpenkammer (26 a) enthalten, die mit dem besagten Kraftstoffeingang (32) in Verbindung steht und in der eine Ausgangspumpenkammer (26b) mit dem besagten Kraftstoffausgang (22) in Verbindung steht, wobei Kraftstoff vom besagten Kraftstoffeingang (32) zur besagten Eingangspumpenkammer (26a) strömt und von der besagten Ausgangspumpenkammer (26b) zum besagten Kraftstoffausgang (22) durch die besagten Kraftstoffströmungs-Durchgänge (62) im besagten Drehpumpenelement (18).

3. Eine Kraftstoffpumpe entweder nach Anspruch 1 oder 2, in der das besagte Drehpumpenelement (18) einen inneren Ringabschnitt (64) hat, der sich radial zwischen den besagten Flügeln (56) und den besagten Strömungsdurchgängen (62) befindet, um die besagten Pumpenkammern (26a, 26b) zu trennen.

4. Eine Kraftstoffpumpe nach irgendeinem der vorausgegangenen Ansprüche, in der die besagte Vielzahl von Strömungsdurchgängen (62) bogenförmige Schlitze mit einer radialen Breite von einer Halfte oder mehr als der radialen Länge einer der besagten Vielzah] von Flügeln (56) hat.

5. Eine Kraftstoffpumpe nach irgendeinem der vorausgegangenen Ansprüche, in der die besagte Vielzahl von Flügeln (56) durch eine Vielzahl von halbrunden Flügelnuten (58) getrennt wird.

6. Eine Kraftstoffpumpe nach irgendeinem der vorausgegangenen Ansprüche, in der das besagte Drehpumpenelement (18) ein Flügelrad mit Seibstansaugung enthält.