DE2030455A1

DE2030455A1 - Elektrische Kraftstoffpumpe fur Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2030455A1
Application number: DE19702030455
Authority: DE
Inventors: Günther 4040 Neuss P Frohberg
Original assignee: A Pierburg KG
Current assignee: A Pierburg KG
Priority date: 1970-06-20
Filing date: 1970-06-20
Publication date: 1971-12-23
Also published as: FR2095507A5

Description

A. Pierburg

Auto- und Luftfahrt-Gerätebau KG,

N e u 8 s

Düsseldorfer Str. 232 Elektrische Kraftstoffpumpe für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung besieht sich auf eine elektrische Kraftstoffpumpe für Verbrennungsmotoren, mit einem mit dem Kraftstofftank verbundenen Ansaugstutzen und einem zum Vergaser oder zur Einspritzpumpe führenden Förderstutzen.

Alle bekannten elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpen sind nach dem Zünden bzw. Starten des Verbrennungsmotors sofort auf voller Leistung und fördern somit in jedem Betriebszustand des Motors die größtmögliche Kraftstaffmenge. Da der Verbrennungsmotor extrem unterschiedliche Betriebszustand© durchläuft, in denen ein unterschiedlicher Kraftstoffbedarf anfällt, sind viele bekannte elektrische Kraftstoffpumpen mit einer Rücklaufleitung versehen, über die der überschüssige, vom Vergaser oder der Einspritzpumpe nicht benötigte Kraftstoff in den Kraftstofftank zurückfließen kann. Die Herstellung und Verlegung der Rücklaufleitung bedingt einen hohen baulichen Aufwand, zumal sie für die größtmögliche zurücklaufende Kraftstoffmenge ausgelegt werden muß, in vielen Fällen aber nur von einer geringeren Flüssigkeitsmenge durchströmt wird.

Außer diesem grundsätzlichen Nachteil besitzen die bekannten elektrischen Kraftstoffpuapen je nach Typ und Konstruktion noch weitere mehr oder minder beträchtliche Nachteile, Als elektrische Kraftstoffpumpen hat man bisher Membranpumpen, Kolbenpumpen und Rollenzellenpumpen benutzt· Außerdem kamen Zahnradpumpen, Seiten-* kanalpumpen und Kreiselpumpen zur Anwendung.

Bei den elektrischen Membran- und Kolbenpumpen sind die zum Heben und Senken der Membran erforderlichen elektrischen Kontakte äußerst störanfällig. Diese Kontakte müssen daher trotz regel-

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mäßiger Wartung im allgemeinen sehr rasch erneuert werden. Außerdem sind Membran- und Kolbenpumpen verhältnismäßig laut. Als weiterer Nachteil der Kolben·- und Membranpumpen kommt hinzu, daß durch die diskontinuierliche Bewegung der Antriebeelemente eine pulsierende Förderbewegung des Kraftstoffes in den Leitungen der Pumpen und somit ein stoßweises Fördern hervorgerufen wird. Der Hauptnachteil der Seitenkanal- und Kreiselpumpen liegt darin, daß sie das Fördermedium nicht trocken ansaugen können.

Zahnrad- und Rollenzellenpumpen sind sehr aufwendig, da bei ihnen die Bollen bzw. Zahnräder sehr sorgfälig in das Pumpenrad eingepaßt werden müssen« Nachteilig sind die starken Arbeitsgeräusche dieser Pumpen.

Flügelzellenpumpen hatten sich bisher als Kraftstoffpumpen nicht bewährt, weil sie einen sehr hohen Verschleiß, vor allem an den Flügeln, aufwiesen.

Als Ursache dieses Verschleißes wurde ermittelt, daß im hinteren Teil der Führungsachlitze des Flügelrades durch die Bewegung der Flügel ein schnell wechselnder Über- und Unter- ; druck herrscht, wobei der unzureichend entlastete Überdruck die Zellenflügel kräftig gegen die äußere Wand des Pumpenraueea preßt. Bei Flügelzellenpumpe» mit weniger ale J Flügeln macht sich außerdem eine pulsierende FÖrderbewegung auch hier unangenehm bemerkbar, weil schon frühaeitig unerwünschte Dampf* blasenbildung eintritt.

Die Erfindung besieht eich insbesondere auf Kraftetoffpumpen der Flügelzellenbauart mit mindestens 3 Flügeln.

Der Erfindung liegt die Auf galle £ugrunde_f eine elektrisch© Kraftstoffpumpe für VerbreBRUageaotoreß der eingangs g©»annt@a Art zu schaffen, die die erwähnten Nachteile der. bekanntes . elektrischen Kraftstoffpumpen nicht «ehr aufweist„ die b©£ geringem Verschleiß weitgehend wartungsfrei bleibt, kein©

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Eücklaufleitung mehr benötigt und eich insgesamt durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sämtliche innenliegenden Enden der Führungsschlitze für die Pumpenflügel des Flügelrades druckentlastet sind und gleichzeitig ein in sich geschlossener druckabhängiger Kraftstoffkreislauf innerhalb der Kraftstoffpumpe zwischen dem Förderstutzen und dem Ansaugstutzen vorhanden ist. Zweckmäßig verbindet eine um die Pumpenwelle herum angeordnete Hingnut sämtliche innenliegenden Enden der Führungsschlitze des Flügelrades.

In einer weiteren Ausführungsmöglichkeit sind die innenliegenden Enden der.Führungsschlitze für die Pumpenflügel durch Nuten oder Bohrungen des Flügelrades einzeln mit je einem von zwei Pumpenflügeln eingeschlossenen Pumpenraum verbunden.

Das Flügelrad der Flügelzellenpumpe wird zweckmäßig aus Sintermetall hergestellt. Hier sind die Fertigungsmöglichkeiten und vor allem die Herstellungskosten ausschlaggebend* Teile aus Sintermetall brauchen nicht mehr nachgearbeitet zu werden.

Der Verschleiß einer Flügelzellenpumpe nach der Erfindung kann noch weiter eingeschränkt werden, wenn die Pumpenflügel aus einem abriebfesten und selbstschmierenden Werkstoff, beispielsweise aus kunstharzgebundener, gepreßter Kunstkohle, bestehen.

Durch die erfindungsgemäfi angeordneten Entlaßtungskanäle des Flügelrades können die während des Betriebes hinter den Pumpenflügeln in den Führungsschlitzen herrschenden Drücke sich ausgleichen, weil die Summe der miteinander verbundenen Bäume stets gleich bleibt. Damit ist ein mögliches Verkanten und einseitiger Verschleiß der Pumpenflügel ausgeschlossen.

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Die Aufgabe, eine außerhalb der Pumpe liegende BUcklaufleitung zu vermeiden« wird erfindungsgemäß gelöst durch einen in sich geschlossenen druckabhängigen Kraftstoffkreislauf innerhalb der Kraftstoffpumpe zwischen dem Förderstutzen und dem Ansaugstutzen. Für die vorliegende Erfindung ist es wesentlich, daß die je nach dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine mehr oder weniger große Menge nicht benötigten Kraftstoffs nicht mehr wie bisher über eine besondere BUcklaufleitung zum Kraftstofftank zurückgeleitet wird, sondern unmittelbar im Pumpenkreislauf verbleibt. Außer der Arbeite- und Kostenersparnis für die Herstellung und Verlegung der Rücklaufleitung wird auch noch der Vorteil erreicht, daß das Problem der Undichtigkeiten an der Bücklaufleitung bzw. deren Verbindungsstelle sich nicht stellt.

Der geschlossene Kreislauf zwischen dem Förderstutzen und dem Ansaugstutzen läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß gemäß einem weiteren Merkaal der Erfindung dem Förderstutzen ein den Kraftstoffkreislauf öffnendes bzw. schließendes Druckregelventil zugeordnet ist. Zweckmäßig ist das Druckregelventil in einer senkrecht vom Förderetutzen abzweigenden Bohrung des Pumpengehäuses angeordnet. Die Rückströmung des überschüssigen Kraftstoffs findet somit innerhalb des Pumpengehäuses statt, d.h. es handelt sich um einen ir. sich geschlossenen Kraftstoffkreislauf.

Vorzugsweise ist das Druckregelventil über eine Feder einstellbar. Diese Ventileinstellung konnte grundsätzlich durch entsprechendes Verstellen der Ventilfeder erreicht werden. Dabei müßte diese aber von außen zugänglich und damit nach außen hin abgedichtet sein» Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhafter, wenn die Anspreehcharakteristik des Druckregelventils durch Austausch der Ventilfeder geändert wird. Somit kann durch entsprechendes Bemessen der Ventilfeder deren Schließkraft auf unterschiedliehe Ausbildungen der Vergaser und Einspritzpumpen eingestellt werden, so daß die gleiche Kraftstoffpumpe für verschiedene Vergaser oder Einspritzpumpen benutzt werden kann·

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Da* Druckregelventil wird zweckmäßig als Plattenventil mit einer losen Ventilplatte ausgeführt. Die Ventilplatte liegt im Buhezustand dichtschließend auf einem Ventilsitz auf. Die Ventilfeder, die dafür sorgt, daß die Ventilplatte im Buhezustand auf dem Ventilsitz aufliegt, ist stirnseitig von Ventiltellern gehalten und eingefaßt. Der obere Ventilteller ist mit dem Pumpengehäuse fest verbunden. Der untere Ventilteller ist pilzförmig ausgebildet und hat eine nach außen ragende Kuppe, die zentrisch der Ventilplatte aufliegt. Dadurch ist gewährleistet, daß die Kraft der Ventilfeder stets zentrisch am Ventilteller angreift, so daß der Ventilteller in der Ventilkammer nicht verkanten kann*

Bisher mußten die Motoren der elektrischen Kraftstoffpumpen überlastungseicher bzw. kurzschlußeicher ausgelegt sein, andernfalls mußte eine Zerstörung des Motors und weiterer Schaden bei einer Blockierung der Pumpe in Kauf genommen werden.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung vorgesehen» daß das Flügelrad über eine als Abreißkupplung wirkende Perraanentmagnetkupplung von eine« Elektromotor angetrieben ist. Eine derartige Kupplung überträgt nur ein bestimmtes Drehmoment. Bei Überlastung der Kraftstoffpumpe reißt die Kupplung ab, so daß der Antrieb unterbunden wird. Zweckmäßig werden die Kuppelmagnete konzentrisch zueinander angeordnet. Sie können in diesem Fall keine Axialkräfte auf den Elektromotor oder die Pumpe übertragen» Dadurch werden Verschleiß, Erwärmung und Reibungsverlust vermindert« Ein weiterer Vorteil der Magnetkupplung besteht darin, daß eich dae Puropeninnere gegenüber dem Elektromotor leicht abdichten läßt. Dazu ist beispielsweise lediglich ein zwischen dem Innen· und Außenmagnet der Perraane^magnetkupplung angeordneter Abdecktopf erforderlich. Der zwischen dem Pumpenteil und den elektrischen feil eingesetzte Abdecktopf stellt eine absolut flüesigkeitsdichte Trennung zwischen dem Pumpeninneren und dem Motor her.

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Bevorzugte Ausführungsljeispiele der'Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Sie werden int folgenden Text näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Kraftstoffpumpe gemäß der vorliegeaden Erfindung* Fig« 2 zeigt eine "Ansieht des Flügelrades der Flügelaelleßpuiap©. feei geöffnetem Pumpengehäuse in Sichtung "a" nach Fig» L fig» 3 zeigt - la vergrößertem Maßstab einen senkrechten Schnitt durch -das Flügel» rad gemäß Ausschnitt "b" nach Fig. !♦- Ιη,-Fig*"¹» Ist in gleicher Weise wie in Fig» 2 ein Flügelrad anderer Bettart dargestellt« Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Xtiriie. I- B'der Fig·' h :- -

Gemäß Fig» 1 wird die erfindungegeisäß - ausgebildete Kraftstoffpumpe von einen unter- €er Ha«te--S.-.aüge©rönete» Blektpo·» motor angetrieben, öeaaen Welle-5" .-einen- pens&neat «sgnetisierten Hing h trägt« Dieser fiiiag.-iat #in Teil'-einer, als Abreißkupplung wirkende» Pe:maB$ntHag&e-tktt|>:pjtuag,-. Piü weiteren Teile dieser Kupplung siai dtef .flfiesigkeiiediebte Äfedecktopf 3 aus dünnem» nicht iaag»et£sie£bsTOnj Blech ηηά ä®s> Magnetring 7^ der ait des» Faapeaaatriebswell© 8 -Tes-bttisäen ist«.

Der Abdeektopf' 3 bewirfst, öie fli

zwischen dem Motorgehäuse- «so üe® FisifesgoliSmae-o;' B&©-le>gs©fe kupplung ist ß© ausgelögt».. iaS e.%0' wm?: eis - foesiiiassteg -Syah^ moment übertragen kann·'3&i@ Öberseh^eites. des.- feetoöiaewta reißt die Kappleag ab, se- ü&

der Pumpe getrennt ist«

Die Pumpeßantrie&e&ellei 8 ist.ia <ä©a-Ssges-ai 9 »sei IO g©f!fto^:t und gelagert« Bas Purapeag©!iSisocr2.£&fe sl;fe &q& fi®t®m%$Mb® ß -" fest veptaoßen. Es- ist aia? MSm&BO üqq^: KUgölraöss 11 mafi - -. der Puiapeaaatriefeswelle 0 iaiages^äsbtöüo^: Ssa&??@eh| uliei? iea? Flügelrad befindet sieh oisa voffssthlsitSf©gfes ÄHla?Äisöfe©£l3ö"- -3^₅ die auf de? Saugso&fio ö@s- f?3saf® So® l£aX©ß8sii3.2,§s-35.isaö fiaf_ ■ der B^uekiseits öcii Äusiaßselilits 3& 'ösafwaist;ο Bas -FlSgeXim«! 1"3 rotiert iBnesiiGi'ö gIbös Siagos 3Ψ- tMQ ■ycäS'SöhS.eiSfsote© Katsria Laga s^i* y'rapsaaslisQ äs Figo. B 4as?gsai;el>It ■ ist«'- SlsiJteft

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17 schließt in Verbindung mit einer Dichtung hl das Pumpengehäuse Z nach außen hin ab.

Die Verbindung zwischen der Pumpenantrieb6welle 8 und dem Flügelrad 11 geschieht durch einen sternförmigen Mitnehmer 38, der mit der Pumpenantriebswelle 8 feet verbunden ist und in die Nuten 39 des Flügelrades 11 eingreift. Dae Flügelrad 11 ist aus Sintermetall gefertigt»

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt das Flügelrad 11 mehrere über seinen Umfang verteilt angeordnete Führungsschlitze 12, in denen Pumpenflügel 13 in bekannter Weise gleitbeweglich gelagert sind. Aus Gründen der Verschleißfestigkeit und wegen guter Schraiereigenschaften bestehen die Pumpenflügel 13 aus gepreßter Kunstkohle. Sämtliche innenliegenden Enden der Führungsschlitze 12 des Flügelrades 13 sind druckentlastet in der Weise, daß über die Kanäle kO, die in den Figuren 2 und 3 besonders deutlich zu sehen sind, eine Verbindung aller Führungsschlitee miteinander besteht. Durch diese Maßnahne kann im hinteren Teil der Führungsschlitze keine unzulässig hohe Kompression mit allen ihren nachteiligen Folgen mehr auftreten.

Etwa in Höhe des Lagers 10 der Pumpenantriebswelle 8 ist ein Kraftstoffansaugstutzen 18 vorgesehen, der über eine Rohrleitung 19 mit einem nicht dargestellten Kraftstofftank in Verbindung steht* Von dem Ansaugstutzen 18 geht eine parallel zu der Pumpenwellenbohrung verlaufende Steigleitung 20 ab. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist diese Steigleitung 20 an ihrem unteren Ende gegenüber der das Pumpenrad 11 aufnehmenden Kammer abgeschlossen. Etwas unterhalb der oberen Austrittsöffnung der Steigleitung 20 ist ein Kraftstoffilter 21 vorgesehen, das sich parallel zum Pumpenrad 11 erstreckt. Zum Festlegen des Kraftstof filters 21 wird der obere Eand der Steigleitung 20 aufgedornt, unterhalb des Kraftstoffilters 21 ist in einer parallel aur Pumpenwellenbohrung verlaufenden Bohrung 22 ein Druckregelventil 23 angeordnet.

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Das DruckregeVentil ist ein Plattenventil mit einer losen Ventilplatte 2^» Die Ventilfeder 26 Borgt dafür, daß die Ventilplatte im Ruhezustand auf dem Ventilsitz 27 aufliegt. Die Ventilfeder 26 ist stirnseitig von Ventiltellern 28 und 29 gehalten und eingefaßt. Der Ventilteller 28 ist mit dem Pumpengehäuee k verbunden. Der pilzförraige Ventilteller 29 hat eine zentrische, nach außen ragende Kuppe, die zentrisch der Ventilplatte 2k aufliegt· Sein Stiel wird in einer Zentralbohrung des Ventilteller« 28 geführt.

Unter den Druckregelventil zweigt rechtwinklig von der Ventilbohrung 22 ein Förderstutzen 30 ab, in den eine Auelaßleitung eingesetzt ist. Diese Auelaßleitung 31 führt zu einem nicht dargestellten Vergaser bsw* zu einer Einspritzpumpe eines Verbrennungsmotors.

Eine andere Variante dee Flügelrades zeigen die Fig. k und 5· Hier sind die innenliegenden luden der Führungsschlitze 12 durch Nuten 42 einsein sit Je einen von zwei Pumpenflügeln eingeschlossenen Punpenraum verbunden. Statt der Nuten h2 können much Bohrungen vorhanden sein· Im Verlauf einer Umdrehung des Flügelrades wird jeder PunpenflUgel 13 ganz in den Führungs-Bchlitz 12 geschoben. Die Nuten h2 verschaffen dabei der hinter den PuapenflUgeln befindlichen Flüssigkeit einen Austritt in die zugehörige PuBpenzelle. Das Flügelrad 11 ist fest ait der Pumpenantriebswelle 8 verbunden.

Nach den Zünden bzw» Starten der Brennkraftmaschine wird das Flügelrad 11 der Flügelzellenpumpe durch den Elektromotor angetrieben* Durch den dabfti entstehenden Ansaugunterdruck wird über die LeItUDf 19 aus des Kraftstofftank Kraftstoff angesaugt. Der in die Puape eintretende Kraftstoff gelangt über die Steigleitung 20 nach oben auf die Oberseite des Kraftstoffilters Nach de« Hindurchtret·»durch das Kraftstofffilter 21 strömt der Kraftstoff in das Innere des PuüpengehKusea und gelangt somit auch in die Ventilbohrung 22. Da jedoch normalerweise dae Druckregelventil 23 geschlossen ist;, kann hier der Kraftstoff

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nicht weiterströmen» Das bedeutet, daß' der Kraftstoff nur über

(j_en den Fumpeninnenraum mit der Saugseite des Pumpenrad es verbindenden Einlaßschlitz 35( in die Flügelzellen gelangen kann* Durch das umlaufende Pumpenrad,11 wird der Kraftstoff durch die Pumpenflügel 13 von/ der Sauigseite auf die gegenüberliegende Druckseite der Pumpe gefordert. Hier kann der Kraftstoff nach oben über d*n Auelaßschlitz j6 in das zum Vergaser bzw. zur Einspritzpumpe führende Auelaßrohr 31 strömen. '

Da elektromotorisch angetriebene Funpen sofort auf volle Förderleistung gebracht werden,' wird es nicht ausbleiben, daß beispielsweise unmittelbar nach dtyt Start einer Brennkraftmaschine zuviel Kraftstoff über die Förderleitung 31 dem Vergaser bzw. der Einspritzpumpe zugeführt wird. Um nun den Überschüssigen Kraftstoff abzuleiten, öffnet sich bei überschreiten eines bestimmten Rückdruckes in der Leitung 31 die Ventilplatte Zh des Druckregelνentils 23. Der überschüssige Kraftstoff wird damit über die Ventilbohrung wieder nach oben unmittelbar in den Innenraum des Purapengehäuses zurückbefördert. Das bedeutet, daß der überschüssige Kraftstoffnicht mehr wie bei den bekannten elektrischen Kraftstoffpumpen über eine besondere Rücklaufleitung dem Kraftstofftank zugeleitet werden nuß, sondern im Pumpengehäuse verbleibt. Dabei entsteht ein in eich geschlossener Kreislauf innerhalb der Pumpe. Durch entsprechendes Bemessen der Ventilfeder 26 kann man das Druckr*g*l"ventil 23 beispielE» weise auf den Druck der Schwimmernadel eines Vergasers einstellen. Es ist daher möglich, durch Auswechseln der Ventilfeder 26 die gleiche Kraftstoffpumpe für verschiedene Vergaser- bzw. Einspritzpumpenarten su benutzen.

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Claims

Patentansprüche

( I)/Elektrische, als Flügelzellenpumpe mit mindestem© drei ^■S in Einzelschlitzen geführten Flügeln ausgebildete Kraftstoffpumpe für Verbrennungsmotoren, mit einem mit dein Kraftstofftank verbundenen Ansaugstutzen unü einem zum Vergaser oder zur Einspritzpumpe führenden Färderstutzen, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche innenliegenden Enden der Fiikrungssclalitze für die Pumpenflügel des Flügelrades drackentlasitet sind und gleichzeitig ein in sieh geschlossener druckabhängiger Kraftstoffkreislauf innerhalb der Kraftstoffpumpe zwischen dem Förderstutzen und dem Ansaugstutzen vorhanden ist.

2) Elektrische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine um die Piampenwelle herum angeordnete Ringnut sämtliche innenliagenden Enden der Führungsschlitze des Flügelrades miteinander verbindet.

3) Elektrische Kraftstoffpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die i-nnenlisgeBden Enden der Führungsechlitze für die Pumpenflügel durch unten oder Bohrungen des Flügelrades einzeln »it je einem von swei Pumpenflügeln eingeschlossenen Puepenraua verbunden sind.

k) Elektrische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 Me 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad aus Sintermetall hergestellt ist.

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5) Elektrische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 bis k_%. dadurch gekenn ε ei chne t , daß die Pumpenfliigel aus abriebfestem und eelbstschraierendem Werkstoff« beispielsweise aus kunetharzgebundener, gepreßter Kußstkohle, bestehen.

6) Elektrische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 bis 5» g βk e n&s «lehnet durch ein dea Förderstutzen zugeordnetes, den Kraftstoffkreislauf öffnendes bzw. schließendes Qruckregelrentil.

7) Elektrische Kraftstoffpuape nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Druckregelventil in einer senkrecht too Förder*· stutzen abzweigenden Bohrung des Punpengehäusee angeordnet ist.

8) Elektrische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil fiber eine Feder einstellbar ist.

9) Elektrisde Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennsei c h η et , daß da· Flügelrad Über eine Feraanentaagnetkupplung ▼on einem Elektromotor angetrieben ist.

10) Elektrische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Kuppelmagnet« konzentrisch zueinander angeordnet sind.

11} Elektrische Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 bis 10, d a d.u r c h gekennzeichnet , daß der Elektromotor gegen das Pumpeninnere durch einen zwischen dem Innen- und Außenaagneten der Permanentmagnetkupplung angeordneten Abclecktopf abgedichtet ist*

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