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EP 1 342 002 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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09.06.2004 Patentblatt 2004/24 |
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Anmeldetag: 13.12.2001 |
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Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/DE2001/004674 |
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Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2002/048535 (20.06.2002 Gazette 2002/25) |
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(54) |
KRAFTSTOFFPUMPE FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG
FUEL PUMP FOR A MOTOR VEHICLE
POMPE A CARBURANT POUR VEHICULE AUTOMOBILE
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Benannte Vertragsstaaten: |
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DE ES FR GB IT SE |
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Priorität: |
14.12.2000 DE 10062452
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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10.09.2003 Patentblatt 2003/37 |
(73) |
Patentinhaber: Siemens Aktiengesellschaft |
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80333 München (DE) |
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Erfinder: |
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- REINHARDT, Rolf
36199 Rotenburg (DE)
- WERNER, Thomas
36214 Nentershausen (DE)
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Entgegenhaltungen: :
DE-A- 4 425 670 US-A- 5 111 844
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DE-U- 9 104 511
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus
einer Vorstufe und einer Hauptstufe, zum Fördern des Kraftstoffes zu einer Brennkraftmaschine
des Kraftfahrzeuges und einem Elektromotor zum Antrieb der Vorstufe und Hauptstufe.
DE-U-9 104 511 beschreibt solch eine Kraftstoffpumpe.
[0002] Solche für Benzin oder Dieselkraftstoff bekannte Kraftstoffpumpen werden in heutigen
Kraftfahrzeugen häufig eingesetzt. Die Kraftstoffpumpe bildet in der Regel mit einem
in eine Öffnung des Kraftstoffbehälters einzusetzenden Flansch eine vormontierbare,
bauliche Einheit. Der Flansch trägt dabei einen Anschlußstutzen, an dem eine zu der
Brennkraftmaschine führende Vorlaufleitung angeschlossen werden kann, und einen Anschlußstutzen
für eine von der Brennkraftmaschine zurückführende Rücklaufleitung. Der von der Brennkraftmaschine
zurückgeführte Kraftstoff wird anschließend dem Kraftstoffbehälter oder einem Schwalltopf
zugeführt. Hierbei sind die Vorstufe und die Hauptstufe häufig jeweils als axial durchströmte
Seitenkanalpumpe oder Peripheralpumpe ausgebildet und gemeinsam an dem zum Bodenbereich
des Schwalltopfes weisenden Ende des Elektromotors angeordnet. Eine Welle des Elektromotors
treibt jeweils ein Laufrad der Vorstufe und der Hauptstufe an. Die Vorstufe und die
Hauptstufe sind dabei zusammen mit dem Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Der Elektromotor wird von dem von der Hauptstufe geförderten Kraftstoff durchströmt.
[0003] Ein Nachteil bekannter Kraftstoffpumpen besteht darin, daß an der Brennkraftmaschine
nicht benötigter, jedoch von ihr aufgeheizter Kraftstoff über die Rücklaufleitung
wieder in den Schwalltopf geführt wird. Bei erneuter Förderung dieses Kraftstoffs
durch die Kraftstoffpumpe wird der Kraftstoff insbesondere in der Hauptstufe noch
weiter erwärmt. Dadurch kann es zu Problemen infolge der geringen Hitzebeständigkeit
des Elektromotors, insbesondere des Kohle-Kollektor-Systems und der angrenzenden elektrischen
Beschaltung kommen. Aus diesem Grund ist die Temperatur des Kraftstoffs nach der Hauptstufe
auf einen zulässigen Wert begrenzt, bzw. der zurückgeführte Kraftstoff mußte gekühlt
werden.
[0004] Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der von der Hauptstufe geförderte Kraftstoff
beim Durchfließen des Elektromotors verwirbelt. Hierdurch neigt der Kraftstoff zur
Bildung von Dampfblasen, die mit dem Kraftstoff einen Schaum bilden, der die zuverlässige
Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff negativ beeinträchtigt.
[0005] Weiterhin kommt es im Stillstand der Kraftstoffpumpe aufgrund von Leckage zwischen
der Haupt- und Vorstufe der Kraftstoffpumpe zu einem Leerlaufen der Kraftstoffpumpe,
wobei sich der Motorraum der Kraftstoffpumpe zwischen dem Druckabgang und der Hauptstufe
mit Luft füllt. Des weiteren kann der Schwalltopf über den gleichen Weg bis auf die
Höhe der Hauptstufenlagerstelle leerlaufen. Das führt infolge des zu geringen Füllstandes
im Schwalltopf bei einem Neustart der Brennkraftmaschine zu relativ langen Startzeiten,
bzw. zu Aussetzern der Brennkraftmaschine.
[0006] Der Erfindung liegen die Probleme zugrunde, eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten
Art so zu gestalten, daß der Elektromotor der Kraftstoffpumpe durch den Kraftstoff
thermisch nicht mehr belastet und eine schnelle und sichere Versorgung der Brennkraftmaschine
mit Kraftstoff gewährleistet wird.
[0007] Diese Probleme werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hauptstufe der Kraftstoffpumpe
unmittelbar mit der Vorlaufleitung zur Brennkraftmaschine verbunden ist und vom Elektromotor
fluidisch entkoppelt ist. Dazu besitzt der Ansaugstutzen der Hauptstufe eine Verbindung
zu einem von der Vorstufe mit Kraftstoff gefülltem Bauteil, insbesondere einem Schwalltopf
oder einem Kraftstoffilter.
[0008] Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe besteht darin, daß sich das Volumen
der Vorlaufleitung zwischen der Hauptstufe und der Brennkraftmaschine sehr klein halten
läßt. Insbesondere das sich bei einem Stillstand der Kraftstoffpumpe bildende Luftpolster
im Elektromotor zwischen der Vorlaufleitung und der Hauptstufe bei bisherigen Kraftstoffpumpen
wird vermieden. Deshalb wird bei einem Start der Brennkraftmaschine mit fast leerem
Kraftstoffbehälter eine Verzögerung der Förderung des Kraftstoffs zu der Brennkraftmaschine
besonders gering gehalten. Weiterhin kann dem Schwalltopf oder dem Kraftstoffbehälter
von der Brennkraftmaschine zurückgeführter Kraftstoff mit einer höheren Temperatur
zugeführt werden, da bei erneuter Förderung durch die Hauptstufe der infolge der Erwärmung
nunmehr heiße Kraftstoff nicht mehr durch den Elektromotor, sondern direkt in die
Vorlaufleitung geführt wird. So wird eine unnötige Aufheizung des Elektromotors verhindert.
Dies führt zu einer besonders hohen Lebensdauer des Elektromotors. Darüber hinaus
wird durch diese Gestaltung eine Verwirbelung des von der Hauptstufe geförderten Kraftstoffs
durch den Elektromotor vermieden, so daß eine Schaumbildung in der Vorlaufleitung
verhindert wird. Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe ist somit eine zuverlässige
Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff sichergestellt.
[0009] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hauptstufe auf
der der Vorstufe gegenüberliegenden Seite des Elektromotors angeordnet. Neben der
Verkürzung der Vorlaufleitung hat diese Anordnung den Vorteil, daß diese Kraftstoffpumpe
sehr leise ist, da die hauptsächlich für die Geräuschbildung verantwortliche Hauptstufe
weiter vom Boden des Kraftstoffbehälters entfernt ist.
[0010] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Druckleitung
der Vorstufe in etwa auf Höhe der Hauptstufe oder oberhalb des Ansaugstutzens in einen
Schwalltopf mündet. Dadurch wird gewährleistet, daß zum einen im Schwalltopf immer
eine ausreichende Menge an Kraftstoff für die Hauptstufe zur Verfügung steht und daß
zum anderen die Hauptstufe stets mit Kraftstoff gefüllt ist oder zumindestens beim
Anlaufen augenblicklich Kraftstoff ansaugt und daher unverzüglich nach einem Start
des Elektromotors Kraftstoff fördert.
[0011] Eine Ansaugung von in dem Schwalltopf vorhandenem, aufgeschäumten Kraftstoffschaum
läßt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weitgehend
vermeiden, wenn die Hauptstufe eine außerhalb des Elektromotors bis in den Bodenbereich
des Schwalltopfes geführte Saugleitung hat.
[0012] Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe läßt sich besonders einfach montieren, wenn
die Hauptstufe an ihrer dem Elektromotor abgewandten Seite einen Flansch mit jeweils
einem Anschlußstutzen für ihre Saugleitung und ihre Vorlaufleitung aufweist.
[0013] In einer anderen Ausgestaltung ist die Druckleitung der Vorstufe vorteilhafterweise
durch den Elektromotor geführt. Neben des besonders geringen baulichen Aufwandes zur
Fertigung der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe wird dadurch gleichzeitig eine Schmierung
der Lagerstellen und Kühlung des Kohle-Kollektor-Systems ermöglicht. Entscheidend
ist jedoch, daß der Kraftstoff dadurch erwärmte und zum Ausgasen neigende Kraftstoff
durch die Förderung zu einem Bauteil wieder beruhigt wird, so daß über den Ansaugstutzen
der Hauptstufe aus diesem Bauteil blasenfreier Kraftstoff angesaugt wird.
[0014] Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres
Grundprinzips sind zwei davon in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben.
Diese zeigen in
- Fig. 1:
- einen Längsschnitt durch eine Kraftstoffpumpe,
- Fig. 2:
- einen Längsschnitt durch eine andere Ausführung einer Kraftstoffpumpe.
[0015] In Figur 1 ist in einem nahe eines Bodens eines Kraftstoffbehälters 1 angeordneten
Schwalltopfs 2 montierte Kraftstoffpumpe 3 angeordnet. Die Kraftstoffpumpe 3 hat ein
aus Aluminium oder Stahl gefertigtes Gehäuse 4 mit einem darin angeordneten Elektromotor
5. Der Elektromotor 5 dient zum Antrieb einer Vorstufe 6 und einer Hauptstufe 7. Die
Vorstufe 6 ist nahe eines Bodens des Schwalltopfes 2 angeordnet, während sich die
Hauptstufe 7 auf der gegenüberliegenden Seite des Elektromotors 5 befindet. Der Schwalltopf
2 hat in seinem Bodenbereich eine Öffnung 8, in die die Kraftstoffpumpe 3 abdichtend
eingesetzt ist. Unterhalb des Schwalltopfes 2 und in dessen oberen Bereich befindet
sich jeweils ein Kraftstoffilter 9, 10. Durch den oberen Kraftstoffilter 10 kann bei
ausreichend hohem Füllstand an Kraftstoff im Kraftstoffbehälter 1 Kraftstoff in den
Schwalltopf 2 hineinströmen. Zur Verdeutlichung sind die Strömungen des Kraftstoffs
in der Zeichnung mit Pfeilen gekennzeichnet. Die Vorstufe 6 und die Hauptstufe 7 sind
als Seitenkanalpumpen ausgebildet und weisen jeweils ein auf einer Welle 11 des Elektromotors
5 befestigtes Laufrad 12, 13 auf.
Die Vorstufe 6 ist über eine Saugleitung 14 mit dem unterhalb des Schwalltopfes 2
angeordneten Kraftstoffilter 9 und über eine Druckleitung 15 mit dem Schwalltopf 2
verbunden. Bei einem Antrieb der Vorstufe 6 durch den Elektromotor 5 saugt die Vorstufe
6 damit Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 1 an und fördert diesen in den Schwalltopf
2. Die Druckleitung 15 ist hierbei durch den Elektromotor 5 geführt und endet in Höhe
der Hauptstufe 7.
Die Hauptstufe 7 hat auf ihrer dem Elektromotor 5 abgewandten Seite einen Druckstutzen
16 für eine Vorlaufleitung 17 und einen am Umfang der Kraftstoffpumpe 3 angeordneten
Ansaugstutzen 18 für eine Saugleitung 19. Die Saugleitung 19 ist bis in den Bodenbereich
des Schwalltopfes 2 geführt und saugt von dort den Kraftstoff an. Die Vorlaufleitung
ist innerhalb des Kraftstoffbehälters 1 nach oben geführt. Über die Vorlaufleitung
17 geförderter Kraftstoff gelangt zu einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine
des Kraftfahrzeuges. Nicht benötigter Kraftstoff wird über einen Rücklauf 20 in den
Schwalltopf 2 geleitet. Dieser Kraftstoff wird über die Saugleitung 19 von der Hauptstufe
7 ohne nochmaliges Durchströmen des Elektromotors 5 wieder zur Brennkraftmaschine
gefördert.
[0016] Figur 2 zeigt eine im Aufbau veränderte Ausführung der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe
3. Die Kraftstoffpumpe 3 ist in einem Kraftstoffbehälter 1 angeordnet. Die Druckleitung
15 der Vorstufe 6 ist durch den Elektromotor 5 bis zu einem Kraftstoff-Feinfilter
21 geführt. Die Hauptstufe 7 ist eine Gerotorpumpe. Auf der dem Elektromotor 5 abgewandten
Seite der Hauptstufe 7 sind die Stutzen 16, 18 für die Saugleitung 19 und die Vorlaufleitung
17 angeordnet. Von dort wird der Kraftstoff durch den Ansaugstutzen 18 von der Hauptstufe
7 angesaugt und über die Vorlaufleitung 17 weiter zur Brennkraftmaschine gefördert.
Nicht benötigter Kraftstoff wird über einen Rücklauf 20 in den Kraftstoffbehälter
1 geleitet.
1. Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug mit einer in ein Bauteil, vorzugsweise einen
Schwalltopf (2) oder einen Filter fördernden Vorstufe (6), mit einer Hauptstufe (7)
zur Förderung von Kraftstoff über eine Vorlaufleitung (17) zu einer Brennkraftmaschine
und einem Elektromotor (5) zum Antrieb der Vor- und Hauptstufe, (6, 7) wobei die Hauptstufe
(7) unmittelbar vor der Vorlaufleitung (17) zur Brennkraftmaschine angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstufe (7) unmittelbar aus dem Bauteil (2, 21) Kraftstoff ansaugt und dass
das Bauteil (2, 21) von einem den Elektromotor (5) aufnehmenden Gehäuse (4) unabhängig
ist.
2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstufe (7) auf einer der Vorstufe (6) gegenüberliegenden Seite des Elektromotors
(5) angeordnet ist.
3. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckleitung (15) der Vorstufe (6) im Bereich der Hauptstufe (7) in den Schwalltopf
(2) mündet.
4. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (15) der Vorstufe (6) oberhalb des Ansaugstutzens (18) der Hauptstufe
(7) in den Schwalltopf (2) mündet.
5. Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstufe (7) eine außerhalb des Elektromotors (5) bis in den Bodenbereich des
Schwalltopfes (2) geführte Saugleitung (19) hat.
6. Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hauptstufe (7) an ihrer dem Elektromotor (5) abgewandten Seite, vorzugsweise
an einem Flansch, ein Druckstutzen (16) und ein Ansaugstutzen (18) angeordnet sind.
7. Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (15) der Vorstufe (6) durch den Elektromotor (5) geführt ist.
1. Fuel pump for a motor vehicle, having a preliminary stage (6) delivering into a component,
preferably a surge chamber (2) or a filter, having a main stage (7) for delivering
fuel via a forward-flow line (17) to an internal combustion engine and an electric
motor (5) for driving the preliminary stage and main stage (6, 7), the main stage
(7) being arranged directly upstream of the forward-flow line (17) to the internal
combustion engine, characterized in that the main stage (7) sucks in fuel directly from the component (2, 21), and in that the component (2, 21) is independent of a housing (4) accommodating the electric
motor (5).
2. Fuel pump according to Claim 1, characterized in that the main stage (7) is arranged on a side of the electric motor (5) which lies opposite
the preliminary stage (6).
3. Fuel pump according to either of Claims 1 and 2, characterized in that a discharge line (15) of the preliminary stage (6) opens into the surge chamber (2)
in the region of the main stage (7).
4. Fuel pump according to Claim 3, characterized in that the discharge line (15) of the preliminary stage (6) opens into the surge chamber
(2) above the suction branch (18) of the main stage (7).
5. Fuel pump according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that the main stage (7) has a suction line (19) which is guided outside the electric motor
(5) into the bottom region of the surge chamber (2).
6. Fuel pump according to at least one of Claims 1 to 5, characterized in that a discharge branch (16) and a suction branch (18) are arranged on the main stage
(7), on its side facing away from the electric motor (5), preferably on a flange.
7. Fuel pump according to at least one of Claims 1 to 6, characterized in that the discharge line (15) of the preliminary stage (6) is guided through the electric
motor (5).
1. Pompe à carburant pour un véhicule automobile, comprenant un étage d'entrée (6) refoulant
dans une pièce de construction, de préférence dans un pot de chicane (2) ou un filtre,
comprenant un étage principal (7) pour le refoulement de carburant vers un moteur
à combustion par l'intermédiaire d'une conduite d'admission (17) et un moteur électrique
(5) pour l'entraînement de l'étage d'entrée et de l'étage principal (6, 7), l'étage
principal (7) étant placé directement devant la conduite d'admission (17) vers le
moteur à combustion,
caractérisée en ce que l'étage principal (7) aspire du carburant directement depuis la pièce de construction
(221) et en ce que la pièce de construction (2, 21) est indépendante d'un carter (4) logeant le moteur
électrique (5).
2. Pompe à carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'étage principal (7) est placé sur un côté du moteur électrique (5) opposé à l'étage
d'entrée (6).
3. Pompe à carburant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'une conduite sous pression (15) de l'étage d'entrée (6) débouche dans le pot de chicane
(2), dans la zone de l'étage principal (7).
4. Pompe à carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que la conduite sous pression (15) de l'étage d'admission (6) débouche dans le pot de
chicane (2) au-dessus de la tubulure d'aspiration (18) de l'étage principal (7).
5. Pompe à carburant selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'étage principal (7) a une conduite d'aspiration (19) menée à l'extérieur du moteur
électrique (5) jusque dans la partie de fond du pot de chicane (2).
6. Pompe à carburant selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'une tubulure de pression (16) et une tubulure d'aspiration (18) sont placées sur l'étage
principal (7), sur son côté détourné du moteur électrique (5), de préférence sur une
bride.
7. Pompe à carburant selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la conduite sous pression (15) de l'étage d'entrée (6) est menée à travers le moteur
électrique (5).