DE10242827A1

DE10242827A1 - Impeller einer Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10242827A1
Application number: DE10242827A
Authority: DE
Inventors: Dequan Yu
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2002-09-14
Publication date: 2003-05-28
Also published as: GB2381559A; GB2381559B; GB0219077D0; US20030082047A1; US6688844B2

Abstract

Ein Impeller (20, 80) einer Kraftstoffpumpe (10) hat einen Impellerkörper (46), der im wesentlichen scheibenförmig ist und der zwei gegenüberliegende Flächen (54) sowie einen Außenrand (52) aufweist. Eine Vielzahl von sich radial von diesem Außenrand (52) des Impellerkörpers (46) nach außen erstreckenden Schaufeln (50) ist vorgesehen, ebenso wie eine Vielzahl von Abtrennungen (56), die zwischen diesen angeordnet sind und sich radial nach außen um eine kürzere Distanz erstrecken als die Schaufeln (50). Diese Abtrennungen (56) und die Schaufeln (50) definieren eine Vielzahl von Flügelausnehmungen (64). Jede dieser Flügelausnehmungen (64) weist einen Einlassbereich (66), der sich in der Nähe von einer der genannten Flächen (54) befindet, einen Auslassbereich (68) und einen Bogenbereich (60) oder Verbindungsbereiche auf, die den Einlassbereich (66) und den Auslassbereich (68) verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftstoffpumpen für Kraftfahrzeuge und insbesondere auf einen selbstansaugenden rotierenden Impeller vom Turbinentyp.

Selbstansaugende Kraftfahrzeugpumpen sind im Kraftfahrzeug-Bereich sehr umfangreich im Einsatz, weil sie eine geringe spezifische Geschwindigkeitszahl (Verhältnis von Durchmesser und Flussrate in Bezug auf Druck), geringe Betriebsgeräusche, gute Eigenschaften bei heißen Kraftstoffen und Dauerhaftigkeit aufweisen. Seitdem selbstansaugende Kraftstoffpumpen erstmals eingeführt wurden, gibt es einen typischen "Totzonenbereich" im oberen Teil der Flügelrinnen. Daher besteht eine Notwendigkeit für Verbesserungen am Impeller selbstansaugender Kraftstoffpumpen vom Turbinentyp.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Impeller einer selbstansaugenden Kraftstoffpumpe für Kraftfahrzeuge dahingehend zu verbessern, dass der Totzonenbereich konstruktiv anders und verbessert ausgeführt ist. Gelöst wird dieser Aufgabe durch einen Impeller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend zu verstehen, sie sollen vielmehr einem Fachmann ermöglichen, die Erfindung zu verstehen und in die Praxis umzusetzen. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Kraftstoffpumpe nach der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Impellers einer Kraftstoffpumpe nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Schnittbild des Impellers, wie er in Fig. 2 gezeigt ist,
Fig. 4a eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs des Schnittbildes nach Fig. 3, gezeigt ist eine flache Spitze der Flügelrinne,
Fig. 4b eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs des Querschnitts nach Fig. 3, gezeigt ist eine gerundete Spitze der Flügelrinne, und
Fig. 5 eine teilweise perspektivische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
In Fig. 1 ist eine Kraftstoffpumpe nach der vorliegenden Erfindung allgemein dargestellt mit 10. Die Kraftstoffpumpe 10 hat ein Gehäuse 12 und einen Motor 14, der innerhalb des Gehäuses 12 untergebracht ist. Vorzugsweise ist der Motor 14 ein Elektromotor mit einer Welle 18, die sich von ihm erstreckt. Ein Impeller 20 ist auf diese Welle 18 aufgesetzt und wird umschlossen vom Pumpgehäuse 12 zwischen einem Pumpenboden 22 und einem Pumpendeckel 24. Der Impeller 20, auch Flügelrad genannt, hat eine zentrale Achse, die zusammenfällt mit der Achse der Welle 18. Die Welle 18 läuft durch einen Wellenauslaß 26 im Pumpenboden 22, durch den Impeller 20, in den Deckelauslaß 28 hinein und endet in einem Druckboden 30. Die Welle ist durch ein Lager 32 gelagert. Eine Pumpenkammer 36 wird entlang der Peripherie des Impellers 20 durch einen ringförmigen Deckelkanal 38 des Pumpendeckels 24 und einen ringförmigen Bodenkanal im Pumpboden 22 ausgebildet. Der Pumpenboden 22 hat einen Auslaß 34 für Kraftstoff, der aus der Pumpenkammer 36 herausführt. Kraftstoff unter Druck wird durch diesen Auslaß 34 für Kraftstoff herausgedrückt und kühlt den Motor 14 während er an diesem vorbei läuft zu einem Auslaß 42 der Pumpe an einem Endbereich der Pumpe 10, der axial dem Einlass 44 für Kraftstoff gegenüber liegt.
In Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Impellers 20 wiedergegeben.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Impeller 20 entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2. Der Impeller 20 hat einen Impellerkörper 46, der im wesentlichen scheibenförmig ist. Vorzugsweise ist der Impeller 20 symmetrisch zu einer Ebene, die durch den Impeller 20 hindurch läuft. Der Impellerkörper 46 hat eine Vielzahl von Schaufeln 50, die sich radial nach außen von einem Außenrand 52 einer Impellerfläche 54 erstrecken. Abtrennungen 56 bzw. Teilungen sind zwischen den Schaufeln 50 angeordnet und separieren die Schaufeln 50 in Umfangsrichtung von einander. Die Abtrennungen 56 erstrecken sich radial nach außen vom Außenrand 52 um einen radial geringeren Abstand als die Schaufeln 50. Eine Bohrung 58 ist so ausgebildet, dass der Impeller 20 auf die Welle 18 aufgeschoben werden kann.
Fig. 4 zeigt eine detaillierte, teilweise schnittbildliche Ansicht eines äußeren Umfangbereichs des Impellers durch eine Abtrennung 56 hindurch. Die Schaufel 50, die vorzugsweise rechteckförmig ausgeführt ist, geht über in die Abtrennung 56 und ist dieser benachbart. Die Schaufeln 50 und die Abtrennungen 56 definieren eine Vielzahl von Flügelausnehmungen 46 oder Impellerrinnen, die sich um den Impeller herum erstrecken. Diese Flügelausnehmungen 64 sind somit axial separiert durch die Abtrennungen 56. Jede der Flügelausnehmungen 64 hat einen Einlassbereich 66, der sich in Nähe einer der Flächen 54 befindet, einen Auslassbereich 68 und einen Bogenbereich 60, der den Einlassbereich und den Auslassbereich 68 verbindet. Die Bogenbereiche 60 beginnen am Außenrand 52 der Impellerfläche 54 und haben vorzugsweise die Form eines Viertelkreises.
Der Einlassbereich 56 einer jeden Flügelausnehmung 64 hat einen geraden Bereich 70, der im wesentlichen rechtwinklig zu der benachbarten Fläche 54 verläuft und der sich nach innen von der benachbarten Fläche 54 erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich dieser gerade Bereich 70 des Einlassbereichs 66 nach innen von der benachbarten Impellerfläche 54, um einen Abstand 71, der zwischen grob gesehen 0,05 mm und grob gesehen 0,3 mm liegt. In dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der gerade Bereich 70 des Einlassbereichs 66 um 0,12 mm nach innen. Der gerade Bereich 70 des Einlassbereichs 66 ermöglicht es, dass sich der Fluss stabilisiert, dies reduziert erheblich das Ausmaß an Turbulenz im Fluss, was durch Versuche nachgewiesen wurde, und verbessert den Wirkungsgrad der Pumpenkammer 36 um grob gesehen 10%.
Ein Übergangsbereich 73 ist zwischen dem Bogenbereich 63 der Flügelausnehmung 64 und dem geraden Bereich 70 angeordnet. Wie Fig. 6 zeigt, ist der Übergangsbereich definiert durch den Punkt, wo der Bogenbereich endet und der gerade Bereich 70 beginnt. Vorzugsweise ist dieser Übergangsbereich 73 um einen Abstand 71 von ungefähr 0,05 mm bis ungefähr 0,3 mm beabstandet von der benachbarten Fläche. In dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Übergangsbereich 73 0,12 mm entfernt von der benachbarten Fläche.
Die Bogenbereiche 60 der Flügelausnehmungen 64 erstrecken sich nach innen und radial nach außen vom Impeller 20. Die Auslassbereiche 68 von zwei ausgerichteten Flügelausnehmungen 64 definieren eine Spitze 72 einer Flügelausnehmung. Vorzugsweise hat diese Spitze 72 einer Flügelausnehmung eine Dicke 74 zwischen grob gesehen 0,05 mm und grob gesehen 0,2 mm. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen hat die Spitze 72 der Flügelausnehmung eine Dicke von 0,12 mm. Die Spitze 72 kann flach sein, wie dies in Fig. 4a gezeigt ist, sie kann aber auch einen gekrümmten Verlauf haben, wie dies in Fig. 4b dargestellt ist. Die Dicke 74 der Spitze 72 nach der vorliegenden Erfindung vermeidet die Totzone in der Spitze der Flügelausnehmungen 64, die in konventionellen, selbstansaugenden Kraftstoffpumpen nach dem Turbinentyp gemäß dem Stand der Technik auftritt.
Der Auslassbereich 68 einer jeden Flügelausnehmung 64 hat zusätzlich einen geraden Teil, so dass die geraden Teile von zwei ausgerichteten, also in einer geraden Linie befindlichen Auslassbereichen einen eingeschlossenen Winkel 78 definieren. Vorzugsweise hat der eingeschlossene Winkel 78 zwischen zwei geraden Teilen zweier ausgerichteter Auslassbereiche 68 einen Wert zwischen ungefähr 0° und 15°. In dem bevorzugtem Ausführungsbeispielen ist der eingeschlossene Winkel 78 kleiner als 5°.
Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, hat das erste Ausführungsbeispiel des Impellers einen Ringbereich 56 um den Außenrand 52 herum, der mit den Schaufeln 50 verbunden ist. Dieser Ringbereich 56 passt genau in die Pumpenkammer 36, so dass der Pumpenboden 22 keinen Stripper- bzw. Abstreifbereich (nicht dargestellt) benötigt, wie ein solcher in konventionellen Kraftstoffpumpen mit selbstansaugenden Impellern vom Turbinentyp benötigt wird.
In Fig. 5 ist ein Teilbereich eines zweiten Ausführungsbeispiels für einen Impeller mit allgemein 80 bezeichnet. Dieses zweite Ausführungsbeispiel des Impellers 80 hat keinen Ringbereich 76. Es soll hier betont werden, dass die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung ebenso effektiv an einem Impeller ohne einen Ringbereich 76 angewendet werden können. Eine Vielzahl von axial verlaufenden Passagen 78' für den Kraftstofffluss sind zwischen den Schaufeln 50, den Abtrennungen 56 und dem Ringbereich 76 ausgebildet.
Der Impeller 20 ist vorzugsweise im Spritzgussverfahren aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, beispielsweise Phenol-Harz, Acetyl oder einem anderen Kunststoffmaterial. Es ist zu verstehen, dass der Impeller 20 ebenso aus einem Nichtkunststoffmaterial hergestellt werden kann, das Fachleuten für eine entsprechende Verwendung bekannt ist, zum Beispiel Aluminium oder Stahl. Die Kraftstoffpumpe 10 kann innerhalb eines Kraftstofftanks (nicht dargestellt) angeordnet sein, oder kann in einer Alternative eingebracht sein in die Kraftstoffleitung zwischen dem Kraftstofftank und dem Motor des Kraftfahrzeugs.
Die oben stehende Diskussion erläutert und beschreibt zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Ein Fachmann erkennt aus dieser Diskussion und den dazugehörigen Figuren und den Ansprüchen, dass Abwandlungen und Modifikationen an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne dabei vom wahren Geist und dem fairen Schutzumfang dieser Erfindung weg zu kommen, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist. Die Erfindung wurde illustrativ beschrieben und es ist verständlich, das die verwendete Terminologie in der Natur der Wörter und einer Beschreibung liegt und keineswegs in einem einschränkenden Sinn auszulegen ist.

Claims

1. Ein Impeller (20, 80) einer Kraftstoffpumpe (10), die Kraftstoff von einem Kraftstofftank zu einem Motor eines Kraftfahrzeugs fördert, weist auf
einen Impellerkörper (46), der im wesentlichen scheibenförmig ist und der zwei gegenüberliegende Flächen (54) sowie einen Außenrand (52) hat,
eine Vielzahl von sich radial von diesem Außenrand (52) des Impellerkörpers (46) nach außen erstreckenden Schaufeln (50) und
eine Vielzahl von Abtrennungen (56), die zwischen diesen angeordnet sind und sich radial nach außen um eine kürzere Distanz erstrecken als die Schaufeln (50), diese Abtrennungen (56) und die Schaufeln (50) definieren eine Vielzahl von Flügelausnehmungen (64);
dabei weist jede dieser Flügelausnehmungen (64) einen Einlassbereich (66), der sich in der Nähe von einer der genannten Flächen (54) befindet, einen Auslassbereich (68) und einen Bogenbereich (60) oder Verbindungsbereiche auf, die den Einlassbereich (66) und den Auslassbereich (68) verbinden,
dabei hat der Einlassbereich (56) der Flügelausnehmung (64) einen geraden Bereich (70), der im wesentlichen rechtwinkelig verläuft zur benachbarten Fläche (54) und der sich nach innen von dieser benachbarten Fläche (54) erstreckt und
dabei erstrecken sich die Flügelausnehmungen (64) vom Einlassbereich (66) so nach innen, dass die Auslassbereiche (68) zweier gleichgerichteter Flügelausnehmungen (64) eine Spitze (72) der Flügelausnehmung (64) deinieren, der Auslassbereich (68) jeder der Flügelausnehmungen (64) weist weiterhin einen geraden Teil so auf, dass die geraden Teile zweier gleichgerichteter Auslassbereiche (68) einen eingeschlossenen Winkel (78) definieren.

2. Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschlossene Winkel (78) zwischen den geraden Teilen zweier gleichgerichteter Auslassbereiche (68) kleiner ist als ungefähr 15°.

3. Impeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschlossene Winkel (78) zwischen den geradlinigen Teilen zweier gleichgerichteter Auslassbereiche (68) kleiner ist als 5°.

4. Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gerade Bereich (70) des Einlassbereichs (66) sich nach innen von der benachbarten Fläche (50) mit einer Distanz zwischen 0,05 mm und 0,3 mm erstreckt.

5. Impeller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gerade Bereich (70) des Einlassbereichs (66) sich von der benachbarten Fläche (54) um etwa 0,12 mm nach innen erstreckt.

6. Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin aufweist einen Übergangsbereich zwischen dem geraden Bereich (70) des Einlassbereichs (66) und dem Bogenbereich (60), dieser Übergangsbereich ist in einem Abstand von etwa 0,05 mm bis etwa 0,3 mm von der benachbarten Fläche (54) angeordnet.

7. Impeller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das der Übergangsbereich 0,12 mm entfernt angeordnet ist von der benachbarten Fläche (54).

8. Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (72) der Flügelausnehmung (64) eine Dicke hat, die ungefähr zwischen 0,05 mm und 0,2 mm liegt.

9. Impeller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (72) der Flügelausnehmung (64) eine Dicke von etwa 0,012 mm hat.

10. Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er symmetrisch ist zu einer Symmetrieebene durch diesen Impeller (20, 80).

11. Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (72) der Flügelausnehmung im wesentlichen flach ist.

12. Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (72) der Flügelradausnehmung in wesentlichen gekrümmt verläuft.

13. Impeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich einen Ringbereich (76) aufweist, der sich umfänglich um den Impeller (20) erstreckt und der mit den entfernten Enden der Vielzahl von Schaufeln (50) verbunden ist.