DE4428633C2

DE4428633C2 - Peripheralpumpe zum Zuführen von Kraftstoff zu einem Fahrzeugmotor

Info

Publication number: DE4428633C2
Application number: DE4428633A
Authority: DE
Inventors: Dequan Yu
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2014-08-13
Also published as: CA2131253A1; US5401147A; DE4428633A1; JPH07166996A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Peripheralpumpe zum Zu führen von Kraftstoff zu einem Fahrzeugmotor mit einem Pum pengehäuse, einem in das Gehäuse eingesetzten Motor, der eine sich von dem Motor erstreckende Welle aufweist, einem rotie renden Flügelrad, das fest mit der Welle verbunden ist, einem innerhalb des Gehäuses angebrachten Bodenteil, das eine Öff nung aufweist, durch die sich die Welle zu dem rotierenden Flügelrad erstreckt, wobei das Bodenteil weiterhin einen Bo denkanal einer ringförmigen Pumpenkammer mit einem ersten Ende und einem Pumpenauslaß an dem zweiten Ende des Bodenka nals aufweist, und einem Pumpendeckel, der an dem Bodenteil unter Einschluß des rotierenden Flügelrades befestigt ist und einen Deckelkanal einer ringförmigen Pumpenkammer mit einem Pumpeneinlaß aufweist.

Kraftstoff-Peripheralpumpen für Kraftfahrzeuge arbeiten im allgemeinen mit einem rotierenden Element, z. B. mit einem Flügelrad, das innerhalb des Pumpengehäuses an eine Motor welle gekoppelt ist. Eine den äußeren Umfang des rotierenden Elements umgebende Pumpenkammer wird durch zwei Hälften ge bildet, nämlich durch einen Deckelkanal in einem Pumpendeckel und einen Bodenkanal in einem Bodenteil. Kraftstoff, der an dem Kraftstoffeinlaß angesaugt wird, welcher am Anfang des Deckelkanals radial zu dem Anfang des Auslaßströmungskanals versetzt angeordnet ist, fließt entweder in den Deckelkanal oder den Bodenkanal. In jedem Kanal der Kammer bilden sich infolge der Pumpwirkung des rotierenden Elements primäre Wir bel, die auf das Ende jedes Kanals zugetrieben und dann durch den an dem Ende des Bodenkanals angeordneten Pumpenauslaß ausgetrieben werden. Wenn die primären Wirbel das Ende des Deckelkanals erreichen und den Pumpenauslaß überqueren, tre ten Pumpenverluste auf. Die Gestaltung des Deckelkanals er weist sich als problematisch, wenn unter Druck stehender Kraftstoff aus dem Deckelkanal in effektiver Weise in den Bo denkanal und durch den Pumpenauslaß getrieben werden soll.

In Strömungskammern nach dem Stande der Technik behält der Deckelkanal eine konstante Tiefe bei, bis er mit dem Pumpen auslaß axial fluchtet. Wie die den Stand der Technik darstel lenden Fig. 6 und 7 zeigen, beginnt der Deckelkanal 64 in dem Pumpendeckel 62 bei dem Pumpeneinlaß 68 und verläuft längs des Umfanges bis zu dem Kanalende 76. Der Deckelkanal wird in Richtung der Auslaßöffnung weder enger noch flacher. Folglich werden mit 65 bezeichnete primäre Wirbel an dem mit 76 bezeichneten Deckelkanalende abrupt zum Halten gebracht, wechseln ihre Richtung um 90° und kreuzen mit 59 bezeichnete primäre Wirbel, bevor sie aus dem mit 60 bezeichneten Pumpen auslaß ausgetrieben werden. Infolge einer derartigen Ausbil dung des Deckelkanals treten Pumpenverluste auf, wodurch sich der Wirkungsgrad der Pumpe verringert.

In der US-PS 44 78 550 (Watanabe et al.) ist eine Pumpe mit einer in dem Deckelkanal 94 vorgesehenen Ausnehmung 104 be schrieben, die axial dem Pumpenauslaß 90 gegenüberliegt. Wie die Fig. 8 und 9 zeigen, strömen primäre Wirbel 95 in eine Ausnehmung 104, drehen sich um 270° und kreuzen einen Auslaß 90. Wenn auch u. U. unerwünschte Kräfte auf das Flügelrad re duziert werden, hat diese Gestaltung den Nachteil, daß Über gangsverluste an dem Auslaß den Wirkungsgrad der Pumpe ver ringern.

Aus der DE-AS 17 03 566 ist eine Seitenkanalpumpe mit einem allmählich enger und flacher werdenden Übergangsbereich am auslaßseitigen Ende des einlaßseitigen Deckelkanals bekannt. Bei dieser Seitenkanalpumpe endet der saugseitige Kanal be reits vor dem Pumpenauslaß und erstreckt sich der Übergangs bereich über einen beträchtlichen Teil des Kreisbogens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Pe ripheralpumpen so zu verbessern, daß auf einfache Weise ein strömungsgünstiger Übergang vom Deckelkanal zum Pumpenauslaß erreicht wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.

Die erfindungsgemäße Peripheralpumpe zum Zuführen von Kraft stoff zu einem Fahrzeugmotor umfaßt ein Pumpengehäuse mit ei nem darin eingesetzten Motor, der eine sich von dem Motor er streckende Welle und ein rotierendes Flügelrad aufweist, das fest mit der Welle verbunden ist. In dem Gehäuse ist ein Bo denteil angebracht, das eine Öffnung aufweist, durch die sich die zu dem rotierenden Flügelrad führende Welle erstreckt. Das Bodenteil weist ferner einen Bodenkanalbereich einer ringförmigen Pumpenkammer mit einem ersten Ende und einem Pumpenauslaß an dem zweiten Ende des Kanals auf. An einem Ende des Gehäuses ist ein Pumpendeckel angebracht, der an dem Pumpenboden befestigt ist, wobei das rotierende Flügelrad da zwischen eingeschlossen ist. Der Pumpendeckel weist außerdem einen Deckelkanalbereich einer ringförmigen Pumpenkammer mit einem Pumpeneinlaß auf, wobei der Pumpendeckel und die Pum penkammer eine vollständige Pumpenkammer für das rotierende Flügelrad bilden. Der Deckelkanal erstreckt sich längs des Umfangs von dem Pumpeneinlaß zu einem Übergangsbereich, in welchem die Breite und Tiefe des Deckelkanals allmählich der art enger bzw. flacher wird, daß der Deckelkanal mit der dem rotierenden Flügelrad gegenüber liegenden Fläche des Deckel teils auf einer Ebene liegt und teilweise mit dem Pumpenaus laß in Verbindung steht.

Der Übergangsbereich erstreckt sich über einen Kreisbogen des Deckelkanals von etwa 15 bis 25° und der übergangsbereich en det umfangsmäßig 0 bis 5°, ausgehend von dem Mittelpunkt des Pumpenauslasses.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Kraftstoff strömung über das Flügelrad zu dem Pumpenauslaß geleitet, ohne daß Turbulenzen oder Übergangsverluste auftreten. Der Pumpenwirkungsgrad wird vergrößert, da die Übergangsverluste zwischen den primären Wirbeln in der Pumpenkammer reduziert sind. Darüberhinaus wird ein gleichmäßig zusammenlaufender Strömungsweg für die primären Wirbel ausgebildet, um die Wir bei durch den Pumpenauslaß austreten zu lassen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Peri pheralpumpe,

Fig. 2 einen Ausschnitt von Fig. 1 in vergrößerter Darstel lung,

Fig. 3 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Pumpendec kel entlang der Linie 3-3 von Fig. 2, der einen Dec kelkanal zeigt, der sich entlang des Umfanges von ei nem Pumpeneinlaß zu einem Übergangsbereich erstreckt, in welchem dieser allmählich enger und flacher wird, bis er mit der Fläche der Innenseite des Pumpendec kels auf einer Ebene liegt,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bodenteil entlang der Linie 4-4 von Fig. 2. Es ist ein Bodenka nal gezeigt, der sich entlang des Umfanges von einem Ende zu dem Pumpenauslaß erstreckt, wobei das Ende mit dem Pumpeneinlaß in dem Pumpendeckel axial fluch tet, wenn das Bodenteil an dem Pumpendeckel befestigt ist,

Fig. 5 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Pumpenkam mer entlang des Zentrums der Pumpenauslaßöffnung in vergrößerter Darstellung mit einer Darstellung der Kraftstoffströmung aus der Pumpe,

Fig. 6 eine Innenansicht eines Pumpendeckels nach dem Stand der Technik mit einer Darstellung eines Deckelkanals, der sich entlang des Umfanges von einem Pumpeneinlaß zu dem Ende des Deckelkanals erstreckt,

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Pumpendeckels nach dem Stand der Technik gem. Fig. 6 mit einer Darstellung des Endes eines axial mit dem Pumpenauslaß fluchten den Deckelkanals und einer schematischen Darstellung der primären Wirbel in dem Deckelkanal der Pumpenkam mer,

Fig. 8 eine Innenansicht eines weiteren Pumpendeckels nach dem Stand der Technik mit einer Darstellung eines sich entlang des Umfangs von dem Pumpeneinlaß zu dem Ende des Kanals erstreckenden Deckelkanals,

Fig. 9 eine Schnittansicht des Pumpendeckels nach dem Stand der Technik gem. Fig. 8, mit einer Darstellung des Endes eines Deckelkanals mit einer Ausnehmung, die axial mit dem Pumpenauslaß fluchtet, und einer Dar stellung der primären Wirbel in dem Deckelkanalbe reich der Pumpenkammer, und

Fig. 10 ein Diagramm zum Vergleich des Pumpenwirkungsgrades der erfindungsgemäßen Gestaltung des Deckelkanals mit den bekannten in den Fig. 6 bis 9 dargestellten Gestaltungen.

Fig. 1 zeigt eine Peripheralpumpe 10, die ein Gehäuse 14 zur Aufnahme der inneren Komponenten aufweist. Innerhalb eines Motorraums 33 ist zur Erzeugung einer Drehbewegung einer Welle 34 ein Motor 32, vorzugsweise ein Elektromotor, ange bracht. Die Welle erstreckt sich von dem Motor aus gesehen nach links zu einem in Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ge zeigten Pumpenbereich der Peripheralpumpe. Auf die Welle ist ein rotierendes Flügelrad 26 aufgesetzt und zwischen dem Bo denteil 16 und dem Pumpendeckel 22 gekapselt. Das Flügelrad 26 weist eine zentrale Achse auf, die mit der Achse der Welle 34 fluchtet. Die Welle 34 erstreckt sich durch eine Wellen öffnung 35 in das Bodenteil 16 und durch das Flügelrad in eine Deckelausnehmung 12 des Pumpendeckels 22. Die Welle 34 ist in einem Lager 37 gelagert. Das Unterteil der Pumpe 16 weist einen Pumpenauslaß 20 auf, der aus der Pumpenkammer 21 herausführt, die entlang des Umfangs des Flügelrades 26 durch einen ringförmigen Deckelkanal 24 des Pumpendeckels 22 und einen ringförmigen Bodenkanal 18 des Bodenteils 16 gebildet wird. Unter Druck stehender Kraftstoff wird durch den Pumpen auslaß 20 in den Motorraum 33 befördert. Der Kraftstoff kühlt den Motor 32, während er vorbei an diesem zu dem am Ende der Pumpe 10 axial gegenüber dem Einlaß 28 angeordneten Pumpen auslaß 40 gefördert wird.

Der Kraftstoff wird infolge der rotierenden Bewegung des Flü gelrades aus einem nicht gezeigten Kraftstofftank, in dem die Pumpe 10 eingebaut sein kann, durch einen Pumpeneinlaß 28 in dem Pumpendeckel 22 in den Deckelkanal 24 oder Bodenkanal 18 der Pumpenkammer 21 angesaugt. Infolge der Rotation des Flü gelrades 26 bilden sich in dem Deckelkanal 24 bzw. dem Boden kanal 18 primäre Wirbel 25 und 19 (Fig. 5), die entlang des Umfanges der ringförmigen Pumpenkammer 21 getrieben werden. Die Wirbel 25 treffen auf einen Übergangsbereich 30 (Fig. 3), in dem der Deckelkanal 24 allmählich enger und flacher wird, wodurch die Kraftstoffströmung gezwungen wird, gegen den Bodenkanal 18 zusammenzulaufen und somit durch den Pumpenauslaß 20 auszutreten.

Der Übergangsbereich 30 erstreckt sich über einen Winkel Θ von etwa 15-25° (Fig. 3), in welchem die zwischen dem Mittel punkt des Deckelkanals 24 und der Deckelfläche 27 gemessene Tiefe des Deckelkanals 24 allmählich solange abnimmt, bis der Deckelkanal 24 mit der Deckelfläche 27 an dem Kanalende 36 auf einer Ebene liegt. Wenn der Pumpendeckel 22 und das Bo denteil 16 zusammengesetzt sind, liegt die Deckelfläche dem Flügelrad 26 gegenüber. Die Tiefe des Deckelkanals 24 beträgt zwischen dem Pumpeneinlaß 28 bis zu dem Punkt 31, an dem der Übergangsbereich 30 beginnt, etwa 0,5 bis 2,0 mm. Die Breite des Deckelkanals 24, die über die Länge des Kanals zwischen dem Anfang des Kanals an dem Pumpeneinlaß 28 und dem Punkt 31, an dem der Übergangsbereich 30 beginnt, konstant bleibt, wird bis zu dem Deckelkanalende 36 allmählich enger. Dieses allmähliche Konvergieren des Deckelkanals 28 führt - wie be reits erläutert - zu einem gleichmäßigen Strömungsweg der Wirbel 25, die so ohne innerhalb des Kraftstoffströmungska nals auftretende Übergangsverluste, wie sie bei dem Stand der Technik auftreten, zu dem Pumpenauslaß 20 gelangen können. Der Deckelkanal 24 erstreckt sich über etwa 285 bis 295° von dem Pumpeneinlaß 24 bis zu dem Punkt 31, an dem der Über gangsbereich 30 beginnt (Fig. 3).

Zusätzlich zu dem konvergierenden Deckelkanal 24 ist für eine geeignete Kraftstoffströmung die Anordnung des Pumpenauslas ses 20 in Bezug auf das Deckelkanalende 36 von Bedeutung. Der Pumpenauslaß 20 ist vorteilhafterweise derart angeordnet, daß er den Deckelkanal 24 teilweise überlappt, wenn der Pumpen deckel 22 und das Bodenteil 16 zur Bildung einer Pumpenkammer 21 zusammengesetzt sind. Das Auslaßöffnungszentrum 20a des Pumpenauslasses 20 wird umfangsmäßig von dem Deckelkanalende 36 durch einen Winkel α getrennt, der zwischen 0 und 5° liegt, vorzugsweise zwischen 2 und 3° (Fig. 3). Der Pumpen auslaß 20 weist einen ausreichend großen Durchmesser auf, derart, daß der Pumpenauslaß das Deckelkanalende axial selbst dann überlappt, wenn das Auslaßöffnungszentrum 20a von dem Deckelkanalende 36 durch den Winkel a getrennt wird, damit die Fluidströmung aus dem Deckelkanal 24 durch den Pumpenaus laß 20 strömen kann. Die Linie 44 zeigt die umfangsmäßige Po sition des Pumpenauslaßöffnungszentrums 20a in Bezug auf das Deckelkanalende 36 in beiden Fig. 3 und 4. Das Auslaßöff nungszentrum 20a ist umfangsmäßig zu dem Pumpeneinlaß 28 ent gegen dem Uhrzeigersinn um etwa 305 bis 315° versetzt ange ordnet.

Infolge der oben beschriebenen Ausbildung der Pumpenkammer 21 wird der Kraftstoff wirkungsvoller gepumpt, da die Übergangs verluste an dem Pumpenauslaß 20 weitgehend eliminiert werden, wie Fig. 5 zeigt. Primäre Wirbel 25 in der Laufradschaufelnut 46 passieren die primären Wirbel 19 und den Pumpenauslaß 20 gleichmäßig.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist in dem Deckelkanal 24 eine Ablaßöffnung 38 angeordnet, um den Kraftstoffdampf aus der Pumpenkammer 21 abzulassen, so daß dampfloser flüssiger Kraftstoff den nicht gezeigten Motor erreicht. Die Ablaßöff nung 38 erstreckt sich axial durch den Pumpendeckel 22 an ei nem radial innen liegenden Bereich des Pumpenkanals 24. Der Kraftstoffdampf wird durch die Pumpenkammer 21 und die Ablaß öffnung 38 in den nicht gezeigten Kraftstofftank geleitet. Vorzugsweise ist die Kraftstoffablaßöffnung 38 zu dem Pumpen einlaß 28 etwa 100 bis 120° versetzt angeordnet, wie in Fig. 3 durch den Winkel β gezeigt wird.

Der Ablaßkanal 24 kann zusammen mit dem Pumpendeckel 20 als Spritzgußteil, vorzugsweise aus Aluminium, gefertigt sein oder er kann in den Pumpendeckel 20 maschinell eingearbeitet sein. Alternativ können der Deckelkanal 24 und der Pumpendec kel 22 aus einem Stück aus Kunststoff geformt sein, z. B. aus Azetyl oder anderen Kunststoffen oder anderen nicht aus Kunststoff bestehenden Materialien, die dem Fachmann bekannt sind.

Mit der erfindungsgemäßen Peripheralpumpe 10 kann der Pumpen wirkungsgrad im Vergleich zu den Pumpen nach dem Stand der Technik um 10 bis 15% erhöht werden. Fig. 10 zeigt sowohl den Pumpenwirkungsgrad von Kraftstoff-Peripheralpumpen mit einer Auslaßkonfiguration gemäß den Fig. 7 und 9 als auch den Pumpenwirkungsgrad gemäß der Erfindung. Der Pumpenwir kungsgrad gemäß der Erfindung ist sowohl bei einem Betrieb mit 8,0 als auch mit 13,5 Volt größer.

Claims

1. Peripheralpumpe zum Zuführen von Kraftstoff zu einem Fahrzeugmotor mit
einem Pumpengehäuse (14),
einem in das Gehäuse (14) eingesetzten Motor (32), der eine sich von dem Motor erstreckende Welle (34) aufweist,
einem rotierenden Flügelrad (26), das fest mit der Welle (34) verbunden ist,
einem innerhalb des Gehäuses (14) angebrachten Bodenteil (16), das eine Öffnung aufweist, durch die sich die Welle (34) zu dem rotierenden Flügelrad (26) erstreckt, wobei das Bodenteil (16) weiterhin einen Bodenkanal (18) einer ringförmigen Pumpenkammer (21) mit einem ersten Ende (17) und einem Pumpenauslaß (20) an dem zweiten Ende des Bo denkanals (18) aufweist, und
einem Pumpendeckel (22), der an dem Bodenteil (16) unter Einschluß des rotierenden Flügelrades (26) befestigt ist und einen Deckelkanal (24) einer ringförmigen Pumpenkam mer (21) mit einem Pumpeneinlaß (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Deckelkanal (24) umfangsmäßig von dem Pumpenein laß (28) zu einem Übergangsbereich (30) erstreckt, in welchem die Breite und die Tiefe des Deckelkanals (24) allmählich enger und flacher werden, und die Tiefe des Deckelkanals (24) bis zu dessen Ende auf Null abnimmt, wobei der Deckelkanal (24) an einem Punkt (36) etwa 0° bis 5° bezogen auf seinen Kreisbogen von dem Mittelpunkt (20a) des Pumpenauslasses (20) endet, so daß der Pumpen auslaß (20) das Deckelkanalende teilweise überlappt, und wobei sich der Übergangsbereich (30) über einen Kreisbo genabschnitt des Deckelkanals (24) von etwa 15° bis etwa 25° erstreckt.

2. Peripheralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckelkanal (24) am Anfang des Übergangsbereichs (30) eine Tiefe von etwa 0,5 bis 2,0 mm aufweist.

3. Peripheralpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (30) ausgehend von dem Mittelpunkt des Pumpeneinlasses (28) nach einem Kreisbogenabschnitt von etwa 285° bis 295° in Drehrichtung des Flügelrades (26) beginnt.