DE19619151A1 - Kraftstoffpumpe mit Dampfablaßeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine umlaufende Kraft­ stoffpumpe und insbesondere eine Kraftstoffpumpe, die Druck­ impulse moduliert.

Kraftstoffpumpen, die dazu benutzt werden, Kohlenwasser­ stoff-Kraftstoff in flüssiger Form zu den Kraftstoffdüsen einer Brennkraftmaschine eines Personenkraftwagens oder Lastwagens zu fördern, werden üblicherweise von einem elek­ trischen Motor angetrieben, dessen Anker in dem Gehäuse der Kraftstoffpumpe untergebracht ist. Diese Pumpen müssen in einem großen Bereich von Umgebungstemperaturen arbeiten kön­ nen.

Kohlenwasserstoff-Kraftstoffe haben einen relativ niedrigen Siedepunkt. In bestimmten Gegenden können die Umgebungstem­ peraturen 43° bis 49°C (110° bis 120°F) erreichen. Die Tem­ peratur im Kraftstofftank unterhalb des Kraftfahrzeuges kann sogar noch höher sein. Da diese Pumpen häufig in den Kraft­ stofftanks untergebracht sind, ist die Gefahr groß, daß der Kraftstoff in der Pumpe verdampft. Bei den Pumpen handelt es sich üblicherweise um Verdrängerpumpen, und es ist erforder­ lich, daß der Einlaß in die Pumpenkammern einen Niederdruck erzeugt, um Kraftstoff in die Pumpenkammern zu ziehen.

Dieser verringerte Druck allein kann eine Zustandsänderung des Kraftstoffes vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand bei höheren Temperaturen hervorrufen und reduziert den Wir­ kungsgrad der Pumpe erheblich. Wenn außerdem beispielsweise ein Fahrzeug in Betrieb war und die Brennkraftmaschine ab­ geschaltet wird, ist die Kraftstoffleitung zwischen der Pumpe und dem Kraftstoffverteiler bzw. den Kraftstoffein­ spritzdüsen gefüllt mit unter Druck stehendem flüssigem Kraftstoff, wogegen der Kraftstoff in der Pumpe aufgrund der hohen Temperatur im Kraftstofftank und in der Pumpe selbst vollständig verdampft sein kann. Wenn daher die Brennkraft­ maschine wieder angelassen wird, ist die Pumpe voller Dampf, und selbst der Kraftstoff in dem Einlaßfilter der Pumpe kann verdampft sein. Unter diesen Umständen kann die Pumpe nicht genug Druck erzeugen, um den Kraftstoff in der Kraftstoff­ leitung zu fördern.

Es ist bereits bekannt, eine Dampfablaßöffnung in einer Pumpe vorzusehen, um Dampf aus dem Hochdruckbereich der Pumpe abzulassen. Diese Vorrichtungen sind in der Lage, Dampf aus der Pumpe auszustoßen. Beispielsweise offenbart die US-A-4 697 995 eine derartige Dampfablaßöffnung.

Es besteht jedoch immer noch ein Geräuschproblem, das noch nicht überwunden wurde. Es ist eine typische Eigenschaft einer Verdrängerpumpe, während des Pumpzyklus geringe Druckimpulse zu erzeugen. Jeder Druckimpuls verursacht eine Expansion und Kontraktion des Dampfes innerhalb der Dampf­ ablaßöffnung, was ein hörbares Geräusch hervorruft.

Die vorliegende Erfindung, die hier Abhilfe schaffen soll, sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, sind in den Ansprüchen definiert.

Die als Verdrängerpumpe ausgebildete Kraftstoffpumpe ist mit einer Dampfablaßeinrichtung versehen, die die Voraussetzung dafür schafft, daß die Pumpe unter den oben beschriebenen Bedingungen ohne Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr und mit erheblich verringertem Geräusch arbeitet. Allgemein gespro­ chen, besitzt die Kraftstoffpumpe ein Gehäuse mit einem elektrischen Motor, der eine Rotorkombination, bestehend beispielsweise aus einem inneren und einem äußeren Zahnrad, antreibt, welcher kleiner und größer werdende Pumpenkammern bildet, um unter Druck stehenden Kraftstoff zu einem Auslaß zu fördern. Eine Dampfablaßöffnung ist in dem Gehäuse vorge­ sehen und mündet in einer Dampfkammer, damit der Dampf in­ nerhalb der Kammer eine Expansion und Kontraktion erfahren kann. Die Dampfkammer besitzt einen Auslaßkanal, der zu dem Kraftstofftank bzw. -vorrat zurückführt, so daß flüssiger Kraftstoff und Dampf, die sich in der Kammer gesammelt haben, aus der Kammer dem Kraftstofftank bzw. -vorrat zuge­ führt wird.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Kraftstoffpumpe mit einer impulsmodulierenden Kammer, die die Möglichkeit bietet, daß Kraftstoffdampf aufgrund von durch die Pumpe er­ zeugten Druckimpulsen einer Expansion und Kontraktion ausge­ setzt wird, die flüssigen Kraftstoff vom Dampf abscheidet, die Kraftstoff und Dampf abführt, die Geräusche mindert, um einen ruhigen Betrieb zu ermöglichen, und die einfach, sta­ bil, robust, dauerfest, zuverlässig sowie relativ einfach im Aufbau und in der Herstellung ist.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoffpumpe;

Fig. 2 eine vergrößerte und fragmentarische Schnittan­ sicht der Pumpe entlang der Linie 2-2 der Fig. 3 und rechtwinklig zu dem Längsschnitt der Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht der beiden Rotoren der Pumpe entlang der Linie 4-4 in Fig. 1.

Der Längsschnitt der Fig. 1 zeigt die Einzelteile einer Ver­ dränger-Kraftstoffpumpe 8 für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Die Kraftstoffpumpe 8 besitzt ein Einlaßge­ häuse 10, ein Auslaßgehäuse 12, ein Pumpengehäuse 14 und einen elektrischen Motor 16, der zwischen dem Einlaßgehäuse 12 und dem Auslaßgehäuse 14 angeordnet ist. Im Betrieb ist die Ausrichtung der Pumpe, die im Kraftstoff innerhalb eines Kraftstofftankes untergetaucht ist, im wesentlichen verti­ kal, wobei das Einlaßgehäuse 14, d. h. das linksseitige Ende bei Betrachtung der Fig. 1, sich am Boden des Kraftstoff­ tanks befindet und mit einem Kraftstoffilter verbunden ist.

Der Stator des elektrischen Motors besitzt Permanentmagnete 17 und bogenförmige Flußelemente 18, die an ihren Enden mit den Gehäusen 12 und 14 in Berührung stehen. Die gesamte An­ ordnung befindet sich in einem zylindrischen Blech-Gehäuse­ mantel 20 mit Enden 22 und 24, die über zusammengedrückte Dichtringe 26 gerollt sind. Das Pumpengehäuse 14 besitzt eine exzentrische Ausnehmung 28, die einen äußeren Rotor 30 in Form eines Zahnrades sowie einen inneren Rotor 32 in Form eines Zahnrades drehbar aufnimmt. Der Rotor 32 wird von einem umlaufenden Anker 34 des Motors angetrieben, welcher einen Mitnehmeransatz 36 mit in Umfangsrichtung beabstande­ ten Fingern 38 aufweist, die zu Löchern 39 in dem inneren Rotor 32 ausgerichtet sind und von ihnen aufgenommen werden.

Ein Wellenstummel 40 in einer Bohrung 42 lagert den inneren Rotor 32 drehbar und bildet ein Lager für den Mitnehmeran­ satz 36 des Ankers. Das Auslaßgehäuse 12 bildet eine Lager­ bohrung 70 für einen Wellenstummel 72 am anderen Ende des Ankers 34. Ein Auslaßgang 74 führt zu einem Kraftstofflei­ tungs-Anschluß 76, der ein Rückschlagventil 78 enthält.

Kraftstoff-Auslaßventile werden von flexiblen Scheiben 50 und 60 gebildet. Die flexible Scheibe 50 wird von einer zweiten Scheibe 51 und einer spinnenförmigen Feder 52 abge­ stützt, die an den Rotoren 30, 32 anliegt und mit ihnen um­ läuft. Die flexible Scheibe 60 ist zwischen dem Einlaßge­ häuse 10 und dem Auslaßgehäuse 14 angeordnet und erstreckt sich über die Innenfläche des Einlaßgehäuses 10 auf einer Seite und über die Rotoren 30, 32 auf der anderen Seite.

Eine gekrümmt verlaufende Kraftstoff-Einlaßöffnung 90 liegt über demjenigen Abschnitt der Rotoren 30, 32, an dem die Pumpenkammern expandieren. Unter Druck stehender Kraftstoff in demjenigen Abschnitt der Rotoren 30, 32, an dem die Pum­ penkammern kleiner werden, entweicht vorbei an den flexiblen Scheiben 50 und 60. Der unter Druck stehende Kraftstoff, der die Scheibe 50 verformt und abhebt, fließt direkt in die Ankerkammer und von da zu dem Auslaß 74. Der Teil des unter Druck stehenden Kraftstoffes, der die Scheibe 60 in eine Tasche 92 hinein auslenkt, fließt durch die Tasche 92, einen axial verlaufenden Kanal 96 und von da zu der Ankerkammer und dem Auslaß 74.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, besitzt das Einlaßgehäuse 10 eine kreisförmige Wand 100, die ein geeignetes Filter (nicht gezeigt) in dem Kraftstofftank lagert. Eine Einbuchtung 102 in der Wand 100 besitzt eine Bohrung 104, in der ein Ent­ lastungsventil 106 angeordnet ist, welches überschüssigen Kraftstoff im Bypaß zu dem Kraftstofftank zurückführt.

Eine Dampfablaßeinrichtung wird von einem Kanal bzw. einer Dampfablaßöffnung 110 gebildet, die an der Innenfläche des Einlaßgehäuses 10 und einer Impulskammer 112 in dem Einlaß­ gehäuse 10 mündet. Ein kleines Loch ist in die flexible Scheibe 60 eingestanzt, derart, daß es mit der Dampfablaß­ öffnung 110 fluchtet. Dampf und flüssiger Kraftstoff werden aus der Kammer 112 durch einen axialen Auslaßkanal 114 mit einer Auslaßöffnung 116 ausgetrieben und in den Kraftstoff­ tank zurückgeführt.

Die Impulskammer 112 ist eine geschlossene Kammer, die teil­ weise von einer Ausnehmung bzw. einem Hohlraum 118 in dem Einlaßgehäuse 10 gebildet wird, wobei deren offener Boden von einem scheibenförmigen Deckel 120 verschlossen wird, der in einer Ausnehmung 122 sitzt. Um etwas flüssigen Kraftstoff in der Kammer 112 zurückzuhalten, steht der Auslaßkanal 114 vorzugsweise mit der Kammer 112 unmittelbar angrenzend an dem Boden der Kammer 112 in Verbindung, und er verläuft all­ gemein axial bzw. vertikal nach oben und verläßt das Einlaß­ gehäuse 10 an einer Stelle (Auslaßöffnung 116), die zu dem Boden der Kammer 112 beabstandet und vorzugsweise von ihm abgewandt bzw. weit entfernt ist. Im Betrieb wird auf diese Weise in der Kammer sowohl eine Masse aus flüssigem Kraft­ stoff, durch den der Dampf strömt, wie auch eine Dampfglocke oberhalb des flüssigen Kraftstoffes, in die Dampf und flüs­ siger Kraftstoff aus der Dampfablaßöffnung 110 abgegeben wird, gebildet.

Die Dampfablaßöffnung 110 ist, in Umfangsrichtung gesehen, in dem neutralen Bereich der Rotoren angeordnet, der als Bereich definiert wird, der zentral zwischen dem Ende der Einlaßöffnung 90 und dem Beginn der Auslaßöffnung angeordnet ist (Fig. 4). Die Dampfablaßöffnung 110 befindet sich somit direkt hinter dem Kraftstoffeinlaß 90 und, in Umfangsrich­ tung gesehen, in der Mitte zwischen dem Ende des Kraftstoff­ einlaßes 90 und dem Beginn der Flüssigkeits-Tasche 92.

Im Betrieb der Pumpe fließt flüssiger Kraftstoff und Kraft­ stoffdampf durch die Dampfablaßöffnung 110 in die Kammer 112, in der der Kraftstoff und der Dampf geschieden werden können, so daß sich der flüssige Kraftstoff am Boden der Kammer 112 sammelt. Dies bildet einen Dampfbereich oberhalb des flüssigen Kraftstoffes, wo eine Expansion und Kontrak­ tion des Dampfes erfolgen kann, während die Pumpe bei ihrem Pumpzyklus die Druckimpulse erzeugt. Da die Expansion und Kontraktion des Kraftstoffdampfes in der Kammer 112 erfolgt, wird das Geräusch, das von Druckimpulsen aufgrund einer Ex­ pansion und Kontraktion von Dampf in den Rotoren entsteht, vermieden, was eine ruhige Kraftstoffabgabe mit stark re­ duzierten Druckimpulsen bzw. -fluktuationen zur Folge hat. Der flüssige Kraftstoff wird aus der Kammer 112 zusammen mit dem Dampf durch den Auslaßkanal 114 und die Auslaßöffnung 116 abgeführt, welche als Standrohr fungieren, das etwas flüssigen Kraftstoff in der Kammer 112 zurückhält. Es wird angenommen, daß die Druckimpulse den flüssigen Kraftstoff in der Kammer 112 verdrängen bzw. in Bewegung versetzen, was eine Absorption und Dissipation von Energie zur Folge hat, wodurch das hörbare Geräusch erheblich reduziert wird. Ohne auf eine theoretische Erklärung festgelegt zu werden, steht jedenfalls fest, daß die Kammer 112 und der Auslaßkanal 114 für eine geräuscharme Abgabe von flüssigem Kraftstoff und Dampf aus der Pumpe sorgen.

Claims (4)

1. Umlaufende Kraftstoffpumpe zum Fördern eines flüchtigen Kraftstoffes aus einer Kraftstoffquelle, mit:
einer Rotorkombination (30, 32), die in Umfangsrichtung angeordnete größer und kleiner werdende Verdränger-Pumpen­ kammern verwendet,
einem in Umfangsrichtung verlaufenden Kraftstoff-Ein­ laßbereich (90) an der Rotorkombination (30, 32), die mit der Kraftstoffquelle in Verbindung steht,
einem in Umfangsrichtung verlaufenden Kraftstoff-Aus­ laßbereich (92) an der Rotorkombination (30, 32), die zu dem Einlaßbereich (90) in Umfangsrichtung beabstandet ist,
einem neutralen Bereich zwischen dem Einlaß- und Aus­ laßbereich,
einem stationären Auslaßgehäuse (12), das eine Auslaß­ kammer auf einer Seite der Rotorkombination (30, 32) bildet und mit dem Auslaßbereich (92) der Rotorkombination in Ver­ bindung steht,
einem stationären Einlaßgehäuse (10) mit einer Einlaß­ öffnung, die mit dem Einlaßbereich (90) der Rotorkombination (30, 32) in Verbindung steht,
einer in dem Einlaßgehäuse (10) vorgesehenen Dampfab­ laßöffnung (110), die mit den Pumpkammern zwischen dem Ein­ laßbereich (90) und dem Auslaßbereich (92) in Verbindung steht, um Dampf in den Pumpenkammern der Rotorkombination durch die Dampfablaßöffnung (110) entweichen zu lassen, einer in dem Einlaßgehäuse (10) vorgesehenen, geschlos­ senen Kammer (112), die mit der Dampfablaßöffnung (110) in Verbindung steht, und
einem Auslaßkanal (114), der im Einlaßgehäuse (10) ge­ bildet ist und sich von der geschlossenen Kammer (112) aus dem Einlaßgehäuse (10) heraus erstreckt, so daß Dampf und flüssiger Kraftstoff in der geschlossenen Kammer (112) durch den Auslaßkanal (114) abgefördert werden kann.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Auslaßkanal (114) mit der geschlossenen Kammer (112) angrenzend an dem Boden der geschlossenen Kammer (112) in Verbindung steht und aus dem Einlaßgehäuse (10) an einer Stelle (116) herausführt, der mit Abstand oberhalb des Bodens der geschlossenen Kammer (112) liegt.

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Auslaßkanal (110) aus dem Einlaßgehäuse (10) an einer Stelle (116) herausführt, die von dem Boden der ge­ schlossenen Kammer (112) entfernt ist.

4. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Kammer (112) eine in dem Einlaßgehäuse (10) gebildete Ausnehmung (118) sowie einen Deckel (120) aufweist, der an dem Boden des Einlaßgehäuses (10) angeordnet ist und unter zumindest einem Teil der Ausnehmung (118) liegt, daß der Auslaßkanal (114) mit der Ausnehmung (118) angrenzend an dem Deckel (120) und mit der Umgebung des Gehäuses (10) an der Stelle (116), die mit Abstand oberhalb des Deckels (120) liegt, in Verbindung steht, und daß die Dampfablaßöffnung (110) mit der Ausnehmung (118) an einer Stelle, die entfernt von und über dem Deckel (120) liegt, in Verbindung steht.