WO2011128164A1 - Pumpenanordnung - Google Patents

Pumpenanordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2011128164A1
WO2011128164A1 PCT/EP2011/053854 EP2011053854W WO2011128164A1 WO 2011128164 A1 WO2011128164 A1 WO 2011128164A1 EP 2011053854 W EP2011053854 W EP 2011053854W WO 2011128164 A1 WO2011128164 A1 WO 2011128164A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
outer ring
pump
pressure
impeller
electric drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/053854
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Langenbach
Josef Frank
Timo Steinbach
Alexander Fuchs
Robert Reitsam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2011128164A1 publication Critical patent/WO2011128164A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/08—Feeding by means of driven pumps electrically driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D33/00—Controlling delivery of fuel or combustion-air, not otherwise provided for
    • F02D33/003—Controlling the feeding of liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus ; Failure or leakage prevention; Diagnosis or detection of failure; Arrangement of sensors in the fuel system; Electric wiring; Electrostatic discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/045—Arrangements for driving rotary positive-displacement pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/06—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations specially adapted for stopping, starting, idling or no-load operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/08—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the rotational speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
    • F04C14/22—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members
    • F04C14/223—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members using a movable cam
    • F04C14/226—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members using a movable cam by pivoting the cam around an eccentric axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3441—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F04C2/3442—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution

Definitions

  • the invention relates to a pump assembly based on a vane pump. Specifically, the invention relates to the field of fuel injection systems of
  • the speed of the pump is mechanically coupled to the speed of the high pressure pump.
  • the speed of the pump is in a fixed
  • Ratio to a speed of the internal combustion engine Such known delivery pump concepts have the disadvantage that large pumps are required for the fulfillment of the starting conditions of the motor vehicles due to low rotational speeds. At higher speeds are then significantly promoted to large quantities. Throttling limits these large quantities to the required level. However, there is the disadvantage that losses are generated and thus the efficiency is significantly deteriorated.
  • the pump assembly according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a flow rate is optimized in terms of demand. Specifically, there is the advantage that efficiency is improved and in relation to a particular one
  • the electric drive is at least indirectly in operative connection with the impeller.
  • the electric drive can be directly or indirectly in operative connection with the impeller.
  • the electric drive can advantageously act on a shaft of the impeller.
  • a suitably designed gear can be provided between the electric drive and the impeller.
  • the electric drive has a drive shaft on which the impeller is mounted.
  • a controller which serves to control the electric drive, wherein the controller is a speed of the electric drive in
  • the rotational speed of the electric drive can in principle be selected independently of an engine speed of an internal combustion engine or a rotational speed of a high-pressure pump, since no mechanical coupling or the like between the vane pump and the internal combustion engine
  • Vane pump can be specified in principle independent of the engine speed or the speed of the high pressure pump, so that especially in the start phase already a relatively high speed of the electric drive and thus a relatively high speed of the vane pump is possible. This allows the performance of the vane pump regardless of the engine speed and the speed of the
  • High pressure pump can be optimally exhausted. This results in the possibility of reducing the size of the vane pump.
  • the outer ring is at least indirectly adjustable by an actuator and that the controller controls the speed of the electric drive and the actuator in dependence on a quantity requirement.
  • an actuator in particular a electromagnetic actuator are used.
  • an adjustment of the geometrical delivery volume via the actuator and the speed of the vane pump is possible via the controller.
  • the size of the vane pump and thus the pump assembly can be further reduced. It is advantageous that the outer ring of the vane pump is movably mounted in a housing and that an axis of the impeller of the vane pump is fixed to the housing. In this embodiment, the outer ring can be adjusted relative to the housing and thus also with respect to the impeller to the delivery volume of the
  • Vane pump to vary. This also simplifies the design of the operative connection between the electric drive and the impeller of
  • Vane pump since the electric drive and the axis of the impeller with respect to the pump assembly are stationary.
  • the vane pump has a suction side and a pressure side and that the outer ring is acted upon by a force that depends on an output pressure on the pressure side of the vane pump. It is also advantageous that the outer ring on the pressure side on its outer side of a
  • Signaling pressure is applied, which is at an output pressure on the pressure side of the
  • Vane pump based.
  • the adjusting force for adjusting the outer ring is applied by the actuating pressure.
  • Pressure side of the vane pump directly serve as a control pressure.
  • a self-regulating variation of the delivery volume of the vane pump can be realized. If, for example, the quantity requirement decreases due to an increased speed of the internal combustion engine, then the output pressure increases. This requires an increased signal pressure and thus an increase in the force. The consequent adjustment of the outer ring leads to a reduction of the geometric displacement.
  • Impeller further influence possible. Specifically, at a very high volume requirement by increasing the speed of the impeller, the flow rate can be increased. It is advantageous that the outer ring is acted upon by a restoring force acting counter to the actuating force or the control pressure on the outer ring. Especially, it is advantageous that a return spring is provided that the return spring on the
  • Suction side is connected to an outer side of the outer ring and that the return spring acts on the outer ring with a restoring force, which counteracts the actuating force
  • the return spring in this case preferably has a certain bias to reliably adjust the outer ring when the engine is switched off and thus resting the vane pump in a starting position in which, for example, a maximum geometric displacement is specified.
  • the outer ring is arranged in a housing, that at least one elastically deformable sealing element is provided, via which the outer ring is connected to the housing, and that the sealing element, the housing in a suction-side part of an outer side of the outer ring on the suction side of the
  • Vane pump is limited and divides into a pressure-side part of a
  • a return spring can be arranged in an advantageous manner in the suction-side part of the housing, while in the pressure-side part of the housing, the actuating pressure acts on the outer side of the outer ring.
  • the outer ring and the impeller are positioned in an initial position to each other so that a large geometric displacement is possible.
  • the outer ring is preferably arranged at a maximum eccentric with respect to the impeller.
  • Internal combustion engine can thus have a large delivery volume already at the start of
  • the outer ring is adjusted with respect to the impeller that the delivery volume is reduced starting from the large delivery volume. This can also serve to reduce the speed of the impeller to reduce the delivery volume. By combining these effects, an advantageous efficiency can be achieved over the entire operating range. Furthermore, a size of the
  • Vane pump Vane pump and thus the pump assembly to be optimized.
  • the adjustment of the outer ring is self-regulating relative to the impeller with respect to the delivery volume and the output pressure.
  • the adjustment of the outer ring relative to the impeller can also be purely hydraulic. As a result, a robust and reliable design of the pump assembly is possible. Furthermore, the tax or regulatory burden is reduced.
  • FIG. 1 shows a pump arrangement in a schematic representation according to a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a pump arrangement in a schematic representation according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a pump arrangement 1 in a schematic representation according to a first exemplary embodiment.
  • the pump assembly 1 can serve in particular as a fuel pump for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.
  • a preferred use of the pump assembly 1 is as Vorier- or low-pressure pump, which is connected upstream of a high-pressure pump.
  • the pump assembly 1 may be for a common rail fuel injection system that stores diesel fuel under high pressure.
  • the pump arrangement 1 has an excerpt, schematically illustrated housing 2 and arranged in the housing 2 vane pump 3.
  • the vane pump 3 has an outer ring 4 and an impeller 5 arranged inside the outer ring 4.
  • wings 6, 7, 8, 9 are provided within the outer ring 4, which are mounted radially displaceable with respect to an axis 10 of the impeller 5.
  • the individual wings 6, 7, 8, 9 are held in contact with an inner surface 1 1 of the outer ring 4 due to the centrifugal force occurring during operation and / or via elastic elements or in another way. In this case, a sealing effect between each of the wings 6, 7, 8, 9 and the inner surface 1 1 is achieved.
  • the impeller 5 is mounted on a shaft 15 which rotates about the axis 10 during operation.
  • the shaft 15 may in this case also be designed in one piece with the impeller 5.
  • the axis 10 of the shaft 15 is arranged stationary with respect to the housing 2.
  • the shaft 15 may be mounted at suitable bearings in the housing 2.
  • the outer ring 4, however, is arranged movably in the housing 2. As a result, the outer ring 4 can be adjusted, as illustrated by the double arrow 12.
  • Sealing elements 13, 14 are provided, which are designed elastically.
  • the sealing element 13 allows a certain tilting of the outer ring 4. This results in an elastic deformation of the sealing element 13.
  • the sealing element 14 cooperates with an inner surface 17 of the housing 2. In this case, a displacement of the sealing element 14 on the inner surface 17 is made possible. From a certain movement of the outer ring 4, which is illustrated by the double arrow 12, there is therefore a displacement of the elastic sealing element 14 and thus to a tilting movement of the outer ring 4th
  • the pump arrangement 1 has an input 20 formed by an input line 20 and an output 21 formed by an output line 21.
  • the input line 20 is connected to a suction side 22 of the vane pump 3.
  • Output line 21 is connected to a pressure side 23 of the vane pump 3.
  • the suction side 22 and the pressure side 23 are each formed by kidney-shaped openings.
  • the impeller rotates 5 with the shaft 15 about the axis 10, so that fuel from a tank 24 via the input line and the suction side 22 through a pump working space 25 to the
  • the sealing elements 13, 14 share an interior 18 of the housing 2 in a suction-side part 26 and a pressure-side part 27.
  • the suction-side part 26 is bounded on the suction side 22 by an outer side 28 of the outer ring 4.
  • the pressure-side part 27 is bounded on the pressure side 23 by the outer side 28 of the outer ring 4.
  • the pressure-side part 27 is illustrated by a broken line.
  • the pressure acting on the outlet 21 of the pump assembly 1 is guided via a line 29 on the pressure-side part 27 to the outer ring 4.
  • the outer ring 4 is acted upon from the pressure-side part 27 ago with the output pressure.
  • a control pressure which is equal to the output pressure in this embodiment.
  • the actuating pressure is throttled with respect to the outlet pressure or otherwise depends on the outlet pressure.
  • the suction-side part 26 can be acted upon by a certain pressure. By currently acting on the pressure-side member 27 pressure is then the adjustment of
  • Outer ring 4 causes.
  • the adjustment can be effected by a pressure difference of the pressure acting on the pressure-side part 27 of the outer ring 4 in comparison to the pressure on the suction-side part 26.
  • the pressure acting on the pressure-side part 27 is then unequal to the pressure acting on the suction-side part 26.
  • another vote can be made, for example by means of a return spring 30.
  • the pressure on the suction-side part 26 may also be neutral, in particular equal to an ambient pressure. The adjustment of the outer ring 4 is then against the force of the return spring 39.
  • the return spring 30 is arranged in this embodiment, which is connected on the one hand to the housing 2 and on the other hand to the outer side 28 of the outer ring 4.
  • the return spring 30 is biased in this case.
  • the return spring 30 acts counter to the actuating force or against the control pressure.
  • the pump arrangement 1 has an electric drive 40.
  • the electric drive 14 is formed for example by an electric motor.
  • the electric drive 40 has a drive shaft 41, which is in operative connection with the shaft 15 of the impeller 5. This is illustrated in FIG. 1 by a belt 42.
  • torque is transmitted from the rotary drive shaft 41 to the impeller 5.
  • the drive shaft 41 can rotate in a rotational direction 43, which results in a rotation of the impeller 5 in the direction of rotation 32.
  • the pressure side 23 formed by the kidney-shaped opening 23 is arranged in the region of the displaceable sealing element 14, while the suction side 22 formed by the kidney-shaped opening 22 is arranged in the region of the sealing element 13.
  • the direction of rotation 32 of the shaft 15 connected to the impeller 5 is hereby predetermined in a clockwise direction.
  • a reversed arrangement of the openings 22, 23 for the suction and pressure side in the reverse direction of rotation, namely opposite to the direction of rotation 32 be realized.
  • the pump assembly 1 also has a controller 44.
  • the controller 44 is connected via an electrical line 45 to the electric drive 40.
  • the controller 44 controls the electric drive 40 for driving the vane pump 3.
  • a high rotational speed of the drive shaft 41 of the electric drive 40 and a corresponding high rotational speed of the vane pump 3 can already be achieved in the starting phase.
  • the outer ring 4 in the maximum eccentric position in which the geometric flow rate of the vane pump 3 is maximum in the initial state of the outer ring 4 in the maximum eccentric position in which the geometric flow rate of the vane pump 3 is maximum. The combination of high speed and large geometric flow thus allows a fast construction of the output pressure at the output 21 and a large flow rate.
  • Output 21 has at least largely built, then increases the force on the outer ring 4, which is caused by the control pressure in the pressure-side part 27. This control pressure then acts against the return spring 30, whereby the outer ring 4 is adjusted counter to the direction 31 and the delivery volume of the vane pump 3 is reduced.
  • controller 44 may also reduce the rotational speed of the drive shaft 41 of the electric drive 40, and thus the rotational speed of the vane pump 3.
  • the reduction of Speed of the vane pump 3 acts in principle pressure-reducing with respect to
  • the controller 44 may correspond to the current operating point of a
  • the speed of the drive shaft 41 of the electric drive 40 vary in terms of optimum efficiency.
  • Saugdrosselung be waived. Due to the omission of the suction throttling, there are no losses from the suction throttling, a cavitation tendency decreases and lower pressure pulsations occur inside and outside the pump arrangement 1. Due to the reduced pressure pulsations, the load on the vane pump 3, the other pump components and external components such as lines and filters is reduced. Furthermore, due to the pressure control, an otherwise required
  • Pressure control valve omitted. Due to the adjusted delivery volume, an optimal approach to the minimum possible power requirement and a reduction of the hydraulic losses is possible. Due to the electric drive 40 and the size and geometry of the pump assembly 1 can be reduced or optimized, since the speed of the vane pump 3 in the start case higher than a
  • High-pressure pump speed or engine speed can be selected.
  • Vane pump 3 can be reduced in the directions illustrated by the double arrow 12 directions. Furthermore, due to the pressure control results in a simpler
  • the pressure and flow control can be designed purely hydraulic. Decreases, for example, during operation, the amount of fuel removed at the outlet 21, then the pressure at the outlet 21 increases, so that the outer ring 4 is adjusted counter to the direction 31 and the flow rate is reduced accordingly. If, on the other hand, the quantity of fuel removed at the outlet 21 increases again, the outlet pressure drops, so that the actuating force is reduced and the restoring force of the restoring spring 30 moves the outer ring 4 again in the direction 31. As a result, the geometric displacement of the
  • Vane pump 3 closed again.
  • a self-regulating and purely hydraulic adjustment of the outer ring 4 of the pump assembly 1 is possible. Accordingly regulates the output pressure and the flow rate at a variation of the speed of
  • Vane pump 3 which is specified by the controller 44.
  • the pump assembly 1 allows in different ways to adapt to the particular application. Tunings are in this case also about the size of the pressurized part 27 of the outer side 28 of the outer ring 4, a spring preload and spring stiffness of the return spring 30 and the power of the electric drive 40 possible.
  • the impeller 5 may also be mounted directly on the drive shaft 41 of the electric drive 40. Furthermore, it is possible that the electric drive 40 acts on the shaft 15 of the impeller 5 via a gear.
  • FIG. 2 shows a pump arrangement 1 in a schematic, partial representation according to a second exemplary embodiment.
  • an actuator 34 is provided, which is configured for example as an electromagnetic actuator 34.
  • the adjustment of the outer ring 4 is effected by the actuator 34.
  • the actuator 34 is connected via an electrical line 46 to the controller 44.
  • the controller 44 serves both to control the electric drive 40 and to control the actuator 34.
  • the actuator 34 actuates the outer ring 4 in an actuating direction 47 in accordance with the control performed by the controller 44.
  • the actuation direction 47 is oriented in this embodiment opposite to the direction 31, in which the
  • Return spring 30 acts on the outer ring 4.
  • the actuator 34 can also act in and against the operating direction 47 on the outer ring 4. The return spring 30 may then be omitted if necessary.
  • the outer ring 4 shifts in the region of the sealing element 14, wherein the sealing element 14 is displaceable relative to the housing 2 on the inner surface 17.
  • the pressure side 23 formed by the kidney-shaped opening 23 is arranged in the region of the displaceable sealing element 14, while the suction side 22 formed by the kidney-shaped opening 22 is arranged in the region of the sealing element 13.
  • the direction of rotation 32 of the impeller 5 connected to the shaft 15 is in this case predetermined in the counterclockwise direction.
  • a pressure sensor 50 is provided which detects the output pressure at the output 21 formed by the output line 21.
  • the pressure sensor 50 is connected to the controller 44 via an electrical line 51.
  • the controller 44 may drive both the electric drive 40 and the actuator 34 with respect to the detected output pressure.
  • the controller 44 may be configured as a controller 44.
  • Vane pump 3 done.
  • the size of the pump assembly 1 can be optimized.
  • a large flow rate can already be provided in the start phase in order to meet a large volume requirement.
  • the controller 44 can control the electric drive 40 such that the rotational speed of the electric drive 40 and thus the rotational speed of the vane pump 3 is increased relative to an engine speed of an internal combustion engine or a rotational speed of a high-pressure pump.
  • the controller 44 can control the electric drive 40 such that the rotational speed of the electric drive 40 and thus the rotational speed of the vane pump 3 is increased relative to an engine speed of an internal combustion engine or a rotational speed of a high-pressure pump.
  • the controller 44 can control the electric drive 40 such that the rotational speed of the electric drive 40 and thus the rotational speed of the vane pump 3 is increased relative to an engine speed of an internal combustion engine or a rotational speed of a high-pressure pump.
  • High-pressure pump speed is thus given at the beginning of a high flow rate, which allows rapid pressure build-up.
  • the controller 44 can also control the speed of the electric drive 40 and the actuator 34 in response to a current amount demand in the normal operation in an advantageous manner.
  • the speed of the electric drive 40 and thus the speed of the vane pump 3 is in principle independent of the engine speed or the high-pressure pump speed.
  • the controller 44 may take into account the engine speed and / or the speed of the high pressure pump and / or other operating variables in the specification of the instantaneous speed of the electric drive 40.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Eine Pumpenanordnung (1), die insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, umfasst eine Flügelzellenpumpe (3) und einen elektrischen Antrieb (40). Die Flügelzellenpumpe (3) weist einen Außenring (4) und ein in dem Außenring (4) angeordnetes Flügelrad (5) auf. Der elektrische Antrieb (40) dient zum Antreiben des Flügelrads (5). Hierbei ist der Außenring (4) zum Variieren eines Fördervolumens der Flügelzellenpumpe (3) relativ zu dem Flügelrad (5) verstellbar.

Description

Beschreibung Titel
Pumpenanordnung Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung, die auf einer Flügelzellenpumpe basiert. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von
luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Bei Anwendungen für Kraftfahrzeuge können zur Förderung von Brennstoff
unterschiedliche Förderpumpenkonzepte angewandt werden. Beispiele hierfür sind innen- oder außenfördernde Zahnradpumpen oder Flügelzellenpumpen. Bei diesen Pumpen ist durch die Pumpengeometrie ein bestimmtes Fördervolumen fest vorgegeben. Hierbei wird das Fördervolumen in der Regel durch saugseitig angebrachte Drosseln in der
Maximalmenge begrenzt. Die Drehzahl der Pumpe ist mechanisch an die Drehzahl der Hochdruckpumpe gekoppelt. Somit steht die Drehzahl der Pumpe in einem festen
Verhältnis zu einer Drehzahl der Brennkraftmaschine. Solche bekannten Förderpumpenkonzepte haben den Nachteil, dass für die Erfüllung der Startbedingungen der Kraftfahrzeuge auf Grund geringer Drehzahlen große Pumpen erforderlich sind. Bei höheren Drehzahlen werden dann deutlich zu große Mengen gefördert. Durch Drosseln werden diese großen Mengen auf das erforderliche Maß begrenzt. Hierbei besteht allerdings der Nachteil, dass Verluste erzeugt werden und somit der Wirkungsgrad erheblich verschlechtert ist.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Fördermenge im Hinblick auf den Bedarf optimiert ist. Speziell besteht der Vorteil, dass ein Wirkungsgrad verbessert ist und in Bezug auf eine bestimmte
Pumpenleistung eine Reduzierung der Baugröße der Pumpenanordnung möglich ist. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Pumpenanordnung möglich.
Vorteilhaft ist es, dass der elektrische Antrieb zumindest mittelbar mit dem Flügelrad in Wirkverbindung steht. Hierbei kann der elektrische Antrieb direkt oder indirekt mit dem Flügelrad in Wirkverbindung stehen. Speziell kann der elektrische Antrieb in vorteilhafter Weise auf eine Welle des Flügelrads einwirken. Hierbei kann zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Flügelrad ein geeignet ausgelegtes Getriebe vorgesehen sein. Möglich ist es auch, dass der elektrische Antrieb eine Antriebswelle aufweist, auf der das Flügelrad befestigt ist.
In vorteilhafter Weise ist eine Steuerung vorgesehen, die zum Steuern des elektrischen Antriebs dient, wobei die Steuerung eine Drehzahl des elektrischen Antriebs in
Abhängigkeit von einem Mengenbedarf steuert. Speziell kann die Drehzahl des elektrischen Antriebs prinzipiell unabhängig von einer Motordrehzahl einer Brennkraftmaschine oder einer Drehzahl einer Hochdruckpumpe gewählt werden, da keine mechanische Kopplung oder dergleichen zwischen der Flügelzellenpumpe und der Brennkraftmaschine
beziehungsweise der Hochdruckpumpe besteht. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass die Steuerung die Drehzahl des elektrischen Antriebs in einer Startphase relativ zu der Motordrehzahl der
Brennkraftmaschine oder der Drehzahl der Hochdruckpumpe überhöht. Speziell bei einer Kopplung der Drehzahl der Flügelzellenpumpe an die Motordrehzahl beziehungsweise die Drehzahl der Hochdruckpumpe besteht das Problem, dass in einer Startphase bei niedriger Motordrehzahl beziehungsweise niedriger Drehzahl der Hochdruckpumpe die Fördermenge relativ klein ist, was durch eine entsprechend große Baugröße der Flügelzellenpumpe ausgeglichen werden muss. Durch den elektrischen Antrieb kann die Drehzahl der
Flügelzellenpumpe prinzipiell unabhängig von der Motordrehzahl beziehungsweise der Drehzahl der Hochdruckpumpe vorgegeben werden, so dass speziell in der Startphase bereits eine relativ hohe Drehzahl des elektrischen Antriebs und somit eine relativ hohe Drehzahl der Flügelzellenpumpe möglich ist. Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit der Flügelzellenpumpe unabhängig von der Motordrehzahl und der Drehzahl der
Hochdruckpumpe optimal ausgeschöpft werden. Dies resultiert in der Möglichkeit, die Baugröße der Flügelzellenpumpe zu reduzieren.
Vorteilhaft ist es ferner, dass der Außenring zumindest mittelbar durch einen Aktor verstellbar ist und dass die Steuerung die Drehzahl des elektrischen Antriebs und den Aktor in Abhängigkeit von einem Mengenbedarf steuert. Als Aktor kann insbesondere ein elektromagnetischer Aktor zum Einsatz kommen. Somit ist über die Steuerung eine Anpassung des geometrischen Fördervolumens über den Aktor und die Drehzahl der Flügelzellenpumpe möglich. Durch diese Kombination der Steuerungsmöglichkeiten kann beispielsweise der Verstellbereich für die geometrische Fördermenge reduziert werden, da auf Grund der möglichen hohen Drehzahl der Flügelzellenpumpe über den gesamten Betriebsbereich der Verstellbereich für das geometrische Fördervolumen geringer ist.
Hierdurch kann die Baugröße der Flügelzellenpumpe und somit der Pumpenanordnung weiter verringert werden. Vorteilhaft ist es, dass der Außenring der Flügelzellenpumpe in einem Gehäuse bewegbar gelagert ist und dass eine Achse des Flügelrads der Flügelzellenpumpe gehäusefest angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Außenring relativ zu dem Gehäuse und somit auch bezüglich des Flügelrads verstellt werden, um das Fördervolumen der
Flügelzellenpumpe zu variieren. Hierdurch vereinfacht sich auch die Ausgestaltung der Wirkverbindung zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Flügelrad der
Flügelzellenpumpe, da der elektrische Antrieb und die Achse des Flügelrads bezüglich der Pumpenanordnung ortsfest sind.
Vorteilhaft ist es auch, dass die Flügelzellenpumpe eine Saugseite und eine Druckseite aufweist und dass der Außenring von einer Stellkraft beaufschlagt ist, die von einem Ausgangsdruck an der Druckseite der Flügelzellenpumpe abhängt. Hierbei ist ferner vorteilhaft, dass der Außenring auf der Druckseite an seiner Außenseite von einem
Stelldruck beaufschlagt ist, der auf einem Ausgangsdruck an der Druckseite der
Flügelzellenpumpe basiert. Bei dieser Ausgestaltung wird die Stellkraft zum Verstellen des Außenrings von dem Stelldruck aufgebracht. Hierbei kann der Ausgangsdruck an der
Druckseite der Flügelzellenpumpe direkt als Stelldruck dienen. Somit ist eine selbstregelnde Variation des Fördervolumens der Flügelzellenpumpe realisierbar. Nimmt beispielsweise der Mengenbedarf auf Grund einer gestiegenen Drehzahl der Brennkraftmaschine ab, dann kommt es zu einem Anstieg des Ausgangsdrucks. Dieser bedingt einen vergrößerten Stelldruck und somit eine Erhöhung der Stellkraft. Die hierdurch bedingte Verstellung des Außenrings führt zu einer Reduzierung des geometrischen Fördervolumens. Diese
Abnahme des geometrischen Fördervolumens wirkt nun dem Anstieg des Ausgangsdrucks entgegen. In dem sich einstellenden neuen Gleichgewichtszustand ergibt sich nun ein etwas gestiegener Ausgangsdruck der Flügelzellenpumpe und ein verringertes
Fördervolumen der Flügelzellenpumpe. In umgekehrter Weise kommt es bei einem gestiegenen Mengenbedarf an Brennstoff zu einer Verringerung des Ausgangsdrucks und somit zu einem Anstieg des geometrischen Fördervolumens. Hierbei ist durch
entsprechende Ansteuerung des elektrischen Antriebs außerdem über die Drehzahl des Flügelrads eine weitere Einflussnahme möglich. Speziell kann bei einem sehr hohen Mengenbedarf durch Erhöhen der Drehzahl des Flügelrads die Fördermenge erhöht werden. Vorteilhaft ist es, dass der Außenring von einer Rückstellkraft beaufschlagt ist, die entgegen der Stellkraft beziehungsweise dem Stelldruck auf den Außenring wirkt. Speziell ist es vorteilhaft, dass eine Rückstellfeder vorgesehen ist, dass die Rückstellfeder an der
Saugseite mit einer Außenseite des Außenrings verbunden ist und dass die Rückstellfeder den Außenring mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, die entgegen der Stellkraft
beziehungsweise dem Stelldruck auf den Außenring wirkt. Die Rückstellfeder weist hierbei vorzugsweise eine gewisse Vorspannung auf, um den Außenring bei abgeschaltetem Motor und somit Stillstehen der Flügelzellenpumpe zuverlässig in eine Ausgangsstellung zu verstellen, in der beispielsweise ein maximales geometrisches Fördervolumen vorgegeben ist. Dadurch steht beim Inbetriebnehmen der Pumpenanordnung, was beim Start der Brennkraftmaschine erfolgt, von Anfang an ein maximales geometrisches Fördervolumen zur Verfügung. Außerdem kann über den elektrischen Antrieb bereits beim Start eine hohe Drehzahl des Flügelrads vorgegeben sein. Hierdurch steht von Anfang ein maximales Fördervolumen der Flügelzellenpumpe zur Verfügung. Dadurch kann ein rascher
Druckaufbau erzielt werden.
Vorteilhaft ist es auch, dass der Außenring in einem Gehäuse angeordnet ist, dass zumindest ein elastisch verformbares Dichtelement vorgesehen ist, über das der Außenring mit dem Gehäuse verbunden ist, und dass das Dichtelement das Gehäuse in einen saugseitigen Teil, der von einer Außenseite des Außenrings an der Saugseite der
Flügelzellenpumpe begrenzt ist und in einen druckseitigen Teil teilt, der von einer
Außenseite des Außenrings an der Druckseite der Flügelzellenpumpe begrenzt ist. Hierbei kann eine Rückstellfeder in vorteilhafter Weise in dem saugseitigen Teil des Gehäuses angeordnet sein, während in dem druckseitigen Teil des Gehäuses der Stelldruck auf die Außenseite des Außenrings wirkt.
In vorteilhafter Weise sind der Außenring und das Flügelrad in einer Ausgangsstellung so zueinander positioniert, dass ein großes geometrisches Fördervolumen ermöglicht ist. Der Außenring ist dabei vorzugsweise maximal exzentrisch in Bezug auf das Flügelrad angeordnet. So steht beim Start der Brennkraftmaschine von Anfang an ein großes geometrisches Fördervolumen zur Verfügung. In Kombination mit der hohen möglichen Drehzahl des elektrischen Antriebs und somit des Flügelrads beim Start der
Brennkraftmaschine kann somit ein großes Fördervolumen bereits beim Start der
Brennkraftmaschine realisiert werden. Vorteilhaft ist es dabei auch, dass mit einem ansteigenden Ausgangsdruck der
Flügelzellenpumpe der Außenring so in Bezug auf das Flügelrad verstellt wird, dass das Fördervolumen ausgehend von dem großen Fördervolumen reduziert wird. Hierbei kann auch eine Verringerung der Drehzahl des Flügelrads zur Reduktion des Fördervolumens dienen. Durch die Kombination dieser Effekte kann über den gesamten Betriebsbereich ein vorteilhafter Wirkungsgrad erzielt werden. Ferner kann eine Baugröße der
Flügelzellenpumpe und somit der Pumpenanordnung optimiert sein.
Vorteilhaft ist es auch, dass die Verstellung des Außenrings relativ zu dem Flügelrad selbstregelnd in Bezug auf das Fördervolumen und den Ausgangsdruck ist. Hierbei kann die Verstellung des Außenrings relativ zu dem Flügelrad auch rein hydraulisch erfolgen. Hierdurch ist eine robuste und zuverlässige Ausgestaltung der Pumpenanordnung möglich. Ferner verringert sich der Steuer- oder Regelaufwand.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Pumpenanordnung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 2 eine Pumpenanordnung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung 1 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Pumpenanordnung 1 kann insbesondere als Brennstoffpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz der Pumpenanordnung 1 besteht als Vorförder- oder Niederdruckpumpe, die einer Hochdruckpumpe vorgeschaltet ist. Speziell kann die Pumpenanordnung 1 für ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem Common-Rail dienen, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße
Pumpenanordnung 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle. Die Pumpenanordnung 1 weist ein auszugsweise, schematisch dargestelltes Gehäuse 2 und eine in dem Gehäuse 2 angeordnete Flügelzellenpumpe 3 auf. Die Flügelzellenpumpe 3 weist einen Außenring 4 und ein innerhalb des Außenrings 4 angeordnetes Flügelrad 5 auf. Hierbei sind Flügel 6, 7, 8, 9 innerhalb des Außenrings 4 vorgesehen, die bezüglich einer Achse 10 des Flügelrads 5 radial verschiebbar gelagert sind. Die einzelnen Flügel 6, 7, 8, 9 werden auf Grund der im Betrieb auftretenden Fliehkraft und/oder über elastische Elemente oder auf andere Weise in Anlage mit einer Innenfläche 1 1 des Außenrings 4 gehalten. Hierbei wird eine Dichtwirkung zwischen jedem der Flügel 6, 7, 8, 9 und der Innenfläche 1 1 erzielt.
Das Flügelrad 5 ist auf einer Welle 15 angebracht, die im Betrieb um die Achse 10 rotiert. Die Welle 15 kann hierbei auch einstückig mit dem Flügelrad 5 ausgestaltet sein. Die Achse 10 der Welle 15 ist ortsfest bezüglich des Gehäuses 2 angeordnet. Beispielsweise kann die Welle 15 an geeigneten Lagerstellen in dem Gehäuse 2 gelagert sein. Der Außenring 4 ist hingegen in dem Gehäuse 2 bewegbar angeordnet. Hierdurch kann der Außenring 4 verstellt werden, wie es durch den Doppelpfeil 12 veranschaulicht ist. Hierbei sind
Dichtelemente 13, 14 vorgesehen, die elastisch ausgestaltet sind. Bei einer Verstellung des Außenrings 4 ermöglicht das Dichtelement 13 ein gewisses Verkippen des Außenrings 4. Hierbei kommt es zu einer elastischen Verformung des Dichtelements 13. Eine Nase 16 des Außenrings 4, die in das Dichtelement 13 eingreift, ermöglicht hierbei ein Verkippen, aber zumindest im Wesentlichen keine Verschiebung des Außenrings 4 im Bereich des Dichtelements 13. Das Dichtelement 14 wirkt mit einer Innenfläche 17 des Gehäuses 2 zusammen. Hierbei ist eine Verschiebung des Dichtelements 14 an der Innenfläche 17 ermöglicht. Ab einer gewissen Bewegung des Außenrings 4, die durch den Doppelpfeil 12 veranschaulicht ist, kommt es daher zu einer Verschiebung des elastischen Dichtelements 14 und somit zu einer Kippbewegung des Außenrings 4.
Somit ist eine Bewegung des Außenrings 4 relativ zu der Achse 10 der Welle 15 ermöglicht. Somit kann der Außenring 4 relativ zu dem Flügelrad 4 verstellt werden. Durch diese Verstellung kann das geometrische Fördervolumen der Flügelzellenpumpe 3 geändert und somit variiert werden.
Die Pumpenanordnung 1 weist einen durch eine Eingangsleitung 20 gebildeten Eingang 20 und einen durch eine Ausgangsleitung 21 gebildeten Ausgang 21 auf. Die Eingangsleitung 20 ist dabei mit einer Saugseite 22 der Flügelzellenpumpe 3 verbunden. Die
Ausgangsleitung 21 ist mit einer Druckseite 23 der Flügelzellenpumpe 3 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Saugseite 22 und die Druckseite 23 jeweils durch nierenförmige Öffnungen gebildet. Im Betrieb der Flügelzellenpumpe 3 rotiert das Flügelrad 5 mit der Welle 15 um die Achse 10, so dass Brennstoff aus einem Tank 24 über die Eingangsleitung und die Saugseite 22 durch einen Pumpenarbeitsraum 25 zu der
Druckseite 23 und somit durch die Ausgangsleitung 21 gefördert wird. Hierbei wird am Ausgang 21 ein gewisser Ausgangsdruck erreicht. Dieser Ausgangsdruck hängt von dem Mengenbedarf einer nachgeordneten Einrichtung ab.
Die Dichtelemente 13, 14 teilen einen Innenraum 18 des Gehäuses 2 in einen saugseitigen Teil 26 und einen druckseitigen Teil 27. Der saugseitige Teil 26 ist hierbei an der Saugseite 22 von einer Außenseite 28 des Außenrings 4 begrenzt. Der druckseitige Teil 27 ist an der Druckseite 23 von der Außenseite 28 des Außenrings 4 begrenzt. Der druckseitige Teil 27 ist durch eine unterbrochen dargestellte Linie veranschaulicht. Der am Ausgang 21 wirkende Druck der Pumpenanordnung 1 ist über eine Leitung 29 am druckseitigen Teil 27 an den Außenring 4 geführt. Hierdurch wird der Außenring 4 vom druckseitigen Teil 27 her mit dem Ausgangsdruck beaufschlagt. Somit wirkt auf den Außenring 4 ein Stelldruck, der in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem Ausgangsdruck ist. Allerdings ist es auch möglich, dass der Stelldruck gegenüber dem Ausgangsdruck gedrosselt ist oder auf andere Weise von dem Ausgangsdruck abhängt.
Der saugseitige Teil 26 kann von einem bestimmten Druck beaufschlagt sein. Durch den momentan am druckseitigen Teil 27 wirkenden Druck wird dann die Verstellung des
Außenrings 4 bewirkt. Hierbei kann die Verstellung durch einen Druckunterschied des am druckseitigen Teil 27 des Außenrings 4 wirkenden Drucks im Vergleich zu dem Druck am saugseitigen Teil 26 erfolgen. Für eine Verstellung ist der am druckseitigen Teil 27 wirkende Druck dann ungleich zu dem am saugseitigen Teil 26 wirkenden Druck. Allerdings kann auch eine andere Abstimmung erfolgen, beispielsweise mittels einer Rückstellfeder 30. Hierbei kann der Druck am saugseitigen Teil 26 auch neutral, insbesondere gleich einem Umgebungsdruck, sein. Die Verstellung des Außenrings 4 erfolgt dann gegen die Kraft der Rückstellfeder 39. In dem saugseitigen Teil 26 des Innenraums 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel die Rückstellfeder 30 angeordnet, die einerseits mit dem Gehäuse 2 und andererseits mit der Außenseite 28 des Außenrings 4 verbunden ist. Die Rückstellfeder 30 ist hierbei vorgespannt. Die Rückstellfeder 30 wirkt entgegen der Stellkraft beziehungsweise entgegen des Stelldrucks.
Im Ausgangszustand ist der Ausgangsdruck am Ausgang 21 noch nicht aufgebaut, so dass die Rückstellfeder 30 den Außenring 4 in einer Richtung 31 verstellt. Der Außenring 4 liegt dadurch maximal exzentrisch in Bezug auf das Flügelrad 5. Die geometrische Fördermenge der Flügelzellenpumpe 3 ist in dieser Stellung maximal.
Außerdem weist die Pumpenanordnung 1 einen elektrischen Antrieb 40 auf. Der elektrische Antrieb 14 ist beispielsweise durch einen Elektromotor gebildet. Der elektrische Antrieb 40 weist eine Antriebswelle 41 auf, die mit der Welle 15 des Flügelrads 5 in Wirkverbindung steht. Dies ist in der Fig. 1 durch einen Riemen 42 veranschaulicht. Zum Antreiben des Flügelrads 5 wird ein Drehmoment von der rotierenden Antriebswelle 41 auf das Flügelrad 5 übertragen. Hierbei kann die Antriebswelle 41 in einer Drehrichtung 43 rotieren, was sich in einer Rotation des Flügelrads 5 in der Drehrichtung 32 auswirkt.
Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die durch die nierenförmige Öffnung 23 gebildete Druckseite 23 im Bereich des verschiebbaren Dichtelements 14 angeordnet, während die durch die nierenförmige Öffnung 22 gebildete Saugseite 22 im Bereich des Dichtelements 13 angeordnet ist. Die Drehrichtung 32 des mit der Welle 15 verbundenen Flügelrads 5 ist hierbei im Uhrzeigersinn vorgegeben. Allerdings kann auch eine vertauschte Anordnung der Öffnungen 22, 23 für die Saug- und Druckseite bei umgekehrter Drehrichtung, nämlich entgegen der Drehrichtung 32, realisiert sein. Die Pumpenanordnung 1 weist außerdem eine Steuerung 44 auf. Die Steuerung 44 ist über eine elektrische Leitung 45 mit dem elektrischen Antrieb 40 verbunden.
In einer Startphase steuert die Steuerung 44 den elektrischen Antrieb 40 zum Antreiben der Flügelzellenpumpe 3 an. Hierbei kann bereits in der Startphase eine hohe Drehzahl der Antriebswelle 41 des elektrischen Antriebs 40 und eine entsprechende hohe Drehzahl der Flügelzellenpumpe 3 erreicht werden. Außerdem befindet sich im Ausgangszustand der Außenring 4 in der maximal exzentrischen Lage, in der die geometrische Fördermenge der Flügelzellenpumpe 3 maximal ist. Die Kombination aus hoher Drehzahl und großer geometrischer Fördermenge ermöglicht somit einen schnellen Aufbau des Ausgangsdrucks am Ausgang 21 sowie eine große Fördermenge. Wenn sich der Ausgangsdruck am
Ausgang 21 zumindest weitgehend aufgebaut hat, dann vergrößert sich die Stellkraft auf den Außenring 4, die durch den Stelldruck im druckseitigen Teil 27 verursacht ist. Dieser Stelldruck wirkt dann entgegen der Rückstellfeder 30, wodurch sich der Außenring 4 entgegen der Richtung 31 verstellt und das Fördervolumen der Flügelzellenpumpe 3 reduziert wird.
Allerdings kann die Steuerung 44 auch die Drehzahl der Antriebswelle 41 des elektrischen Antriebs 40 und somit die Drehzahl der Flügelzellenpumpe 3 reduzieren. Die Reduktion der Drehzahl der Flügelzellenpumpe 3 wirkt prinzipiell druckreduzierend bezüglich des
Ausgangsdrucks am Ausgang 21 , was gleichbedeutend mit einer Verstellung des
Außenrings 4 in der Richtung 31 ist. Somit kann die Steuerung 44 entsprechend dem momentanen Betriebspunkt eines
Verbrauchers, insbesondere einer Brennkraftmaschine, die Drehzahl der Antriebswelle 41 des elektrischen Antriebs 40 im Hinblick auf einen optimalen Wirkungsgrad variieren.
Hierbei ist eine rein hydraulische Regelung des Ausgangsdrucks am Ausgang 21 innerhalb gewisser Grenzen möglich. Durch das angepasste Fördervolumen kann auf eine
Saugdrosselung verzichtet werden. Wegen des Verzichts auf die Saugdrosselung ergeben sich auch keine Verluste aus der Saugdrosselung, eine Kavitationsneigung verringert sich und es treten geringere Druckpulsationen innerhalb und außerhalb der Pumpenanordnung 1 auf. Durch die verringerten Druckpulsationen ist die Belastung der Flügelzellenpumpe 3, der weiteren Pumpenkomponenten und externer Komponenten wie Leitungen und Filter verringert. Ferner kann auf Grund der Drucksteuerung ein ansonsten erforderliches
Druckregelventil entfallen. Auf Grund des angepassten Fördervolumens ist eine optimale Annäherung an den minimal möglichen Leistungsbedarf und eine Verringerung der hydraulischen Verluste möglich. Auf Grund des elektrischen Antriebs 40 kann auch die Baugröße und Geometrie der Pumpenanordnung 1 verringert beziehungsweise optimiert werden, da die Drehzahl der Flügelzellenpumpe 3 im Startfall höher als eine
Hochdruckpumpendrehzahl oder Motordrehzahl gewählt werden kann. Außerdem kann durch den elektrischen Antrieb 40 ein Verstellbereich des Außenrings 4 der
Flügelzellenpumpe 3 in den durch den Doppelpfeil 12 veranschaulichten Richtungen reduziert werden. Ferner ergibt sich auf Grund der Drucksteuerung eine einfachere
Drehzahl- und/oder Mengenregelung gegenüber Konzepten, bei denen feste Volumen unter Verzicht auf Druckregler eingesetzt werden. Somit ist eine vorteilhafte Anpassung des Fördervolumens an den Bedarf durch Druck- und Drehzahlsteuerung möglich.
Die Druck- und Mengenregelung kann rein hydraulisch ausgestaltet sein. Verringert sich beispielsweise im Betrieb die am Ausgang 21 entnommene Brennstoffmenge, dann steigt der Druck am Ausgang 21 an, so dass der Außenring 4 entgegen der Richtung 31 verstellt wird und die Fördermenge entsprechend reduziert ist. Steigt hingegen die am Ausgang 21 entnommene Brennstoff menge wieder an, dann fällt der Ausgangsdruck ab, so dass die Stellkraft reduziert und die Rückstellkraft der Rückstellfeder 30 den Außenring 4 wieder in der Richtung 31 verstellt. Dadurch nimmt das geometrische Fördervolumen der
Flügelzellenpumpe 3 wieder zu. Hierdurch ist eine selbstregelnde und rein hydraulische Verstellung des Außenrings 4 der Pumpenanordnung 1 ermöglicht. Entsprechend regelt sich der Ausgangsdruck und die Fördermenge bei einer Variation der Drehzahl der
Flügelzellenpumpe 3, die durch die Steuerung 44 vorgegeben wird.
Somit ermöglicht die Pumpenanordnung 1 auf unterschiedliche Weise eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall. Abstimmungen sind hierbei auch über die Größe des druckbeaufschlagten Teils 27 der Außenseite 28 des Außenrings 4, eine Federvorspannung sowie Federsteifigkeit der Rückstellfeder 30 und die Leistung des elektrischen Antriebs 40 möglich. Das Flügelrad 5 kann auch direkt auf der Antriebswelle 41 des elektrischen Antriebs 40 befestigt sein. Ferner ist es möglich, dass der elektrische Antrieb 40 über ein Getriebe auf die Welle 15 des Flügelrads 5 einwirkt.
Fig. 2 zeigt eine Pumpenanordnung 1 in einer schematischen, auszugsweisen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Aktor 34 vorgesehen, der beispielsweise als elektromagnetischer Aktor 34 ausgestaltet ist. Die Verstellung des Außenrings 4 erfolgt durch den Aktor 34. Hierbei ist der Aktor 34 über eine elektrische Leitung 46 mit der Steuerung 44 verbunden. Die Steuerung 44 dient sowohl zum Steuern des elektrischen Antriebs 40 als auch zum Steuern des Aktors 34. Hierbei betätigt der Aktor 34 den Außenring 4 in einer Betätigungsrichtung 47 entsprechend der von der Steuerung 44 durchgeführten Steuerung. Die Betätigungsrichtung 47 ist in diesem Ausführungsbeispiel entgegengesetzt zu der Richtung 31 orientiert, in der die
Rückstellfeder 30 auf den Außenring 4 einwirkt. Der Aktor 34 kann auch in und entgegen der Betätigungsrichtung 47 auf den Außenring 4 einwirken. Die Rückstellfeder 30 kann dann gegebenenfalls entfallen.
Entsprechend der Betätigung des Außenrings 4 verschiebt sich der Außenring 4 im Bereich des Dichtelements 14, wobei das Dichtelement 14 relativ zu dem Gehäuse 2 an der Innenfläche 17 verschiebbar ist.
Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die durch die nierenförmige Öffnung 23 gebildete Druckseite 23 im Bereich des verschiebbaren Dichtelements 14 angeordnet, während die durch die nierenförmige Öffnung 22 gebildete Saugseite 22 im Bereich des Dichtelements 13 angeordnet ist. Die Drehrichtung 32 des mit der Welle 15 verbundenen Flügelrads 5 ist hierbei entgegen dem Uhrzeigersinn vorgegeben. Allerdings kann auch eine vertauschte Anordnung der Öffnungen 22, 23 für die Saug- und Druckseite bei umgekehrter
Drehrichtung, nämlich entgegen der Drehrichtung 32, realisiert sein. Außerdem ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Drucksensor 50 vorgesehen, der den Ausgangsdruck an dem durch die Ausgangsleitung 21 gebildeten Ausgang 21 erfasst. Der Drucksensor 50 ist über eine elektrische Leitung 51 mit der Steuerung 44 verbunden. Somit kann die Steuerung 44 sowohl den elektrischen Antrieb 40 als auch den Aktor 34 in Bezug auf den erfassten Ausgangsdruck ansteuern. Insbesondere kann die Steuerung 44 als Regelung 44 ausgestaltet sein. Somit kann eine optimale Ausnutzung der
Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebs 40 sowie der Leistungsfähigkeit der
Flügelzellenpumpe 3 erfolgen. Hierdurch kann die Baugröße der Pumpenanordnung 1 optimiert werden. Ferner kann bereits in der Startphase eine große Fördermenge bereitgestellt werden, um einen großen Mengenbedarf zu befriedigen.
Die Steuerung 44 kann beispielsweise in einer Startphase den elektrischen Antrieb 40 so ansteuern, dass die Drehzahl des elektrischen Antriebs 40 und somit die Drehzahl der Flügelzellenpumpe 3 relativ zu einer Motordrehzahl einer Brennkraftmaschine oder einer Drehzahl einer Hochdruckpumpe überhöht ist. Im Unterschied zu einer Kopplung der Drehzahl der Flügelzellenpumpe 3 an die Motordrehzahl beziehungsweise die
Hochdruckpumpendrehzahl ist hierdurch bereits zu Beginn eine hohe Förderleistung gegeben, die einen raschen Druckaufbau ermöglicht. Ferner kann die Steuerung 44 auch im regulären Betrieb in vorteilhafter Weise die Drehzahl des elektrischen Antriebs 40 und den Aktor 34 in Abhängigkeit von einem momentanen Mengenbedarf ansteuern. Hierbei ist die Drehzahl des elektrischen Antriebs 40 und somit die Drehzahl der Flügelzellenpumpe 3 prinzipiell unabhängig von der Motordrehzahl oder der Hochdruckpumpendrehzahl. Allerdings kann die Steuerung 44 die Motordrehzahl und/oder die Drehzahl der Hochdruckpumpe und/oder andere Betriebsgrößen bei der Vorgabe der momentanen Drehzahl des elektrischen Antriebs 40 berücksichtigen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ansprüche
1 . Pumpenanordnung (1 ), insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von
luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einer Flügelzellenpumpe (3), die einen Außenring (4) und ein in dem Außenring (4) angeordnetes Flügelrad (5) aufweist, und einem elektrischen Antrieb (40), der zum Antreiben des Flügelrads (5) dient, wobei der Außenring (4) zum Variieren eines Fördervolumens der Flügelzellenpumpe (3) relativ zu dem Flügelrad (5) verstellbar ist.
2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Antrieb (40) zumindest mittelbar mit dem Flügelrad (5) in
Wirkverbindung steht
und/oder
dass der elektrische Antrieb (40) eine Welle (15) des Flügelrads (5) antreibt.
3. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Antrieb (40) eine Antriebswelle (41 ) aufweist, auf der das Flügelrad (5) befestigt ist.
4. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuerung (44) vorgesehen ist, die zum Steuern des elektrischen Antriebs (40) dient und dass die Steuerung (44) eine Drehzahl des elektrischen Antriebs (40) in
Abhängigkeit von einem Mengenbedarf steuert.
5. Pumpenanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (44) die Drehzahl des elektrischen Antriebs (40) in einer Startphase relativ zu einer Motordrehzahl einer Brennkraftmaschine oder einer Drehzahl einer
Hochdruckpumpe überhöht.
6. Pumpenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Außenring (4) zumindest mittelbar durch einen Aktor (34) verstellbar ist und dass die Steuerung (44) die Drehzahl des elektrischen Antriebs (40) und den Aktor (34) in Abhängigkeit von einem Mengenbedarf steuert.
7. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügelzellenpumpe (3) eine Saugseite (22) und eine Druckseite (23) aufweist und dass der Außenring (4) von einer Stellkraft beaufschlagt ist, die von einem Ausgangsdruck an der Druckseite (23) der Flügelzellenpumpe (3) abhängt.
8. Pumpenanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Außenring (4) von einer Rückstellkraft beaufschlagt ist, die entgegen der Stellkraft auf den Außenring (4) wirkt.
9. Pumpenanordnung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Rückstellfeder (30) vorgesehen ist, dass die Rückstellfeder (30) an der Saugseite (22) mit einer Außenseite (28) des Außenrings (4) verbunden ist und dass die
Rückstellfeder (30) den Außenring (4) mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, die entgegen der Stellkraft auf den Außenring (4) wirkt.
10. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Außenring (4) und das Flügelrad (5) in einer Ausgangsstellung so zueinander positioniert sind, dass ein großes Fördervolumen ermöglicht ist.
1 1. Pumpenanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit einem ansteigenden Ausgangsdruck der Flügelzellenpumpe (3) der Außenring (4) so in Bezug auf das Flügelrad (5) verstellt wird, dass das Fördervolumen ausgehend von dem großen Fördervolumen reduziert wird.
PCT/EP2011/053854 2010-04-16 2011-03-15 Pumpenanordnung Ceased WO2011128164A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010027842 DE102010027842A1 (de) 2010-04-16 2010-04-16 Pumpenanordnung
DE102010027842.4 2010-04-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011128164A1 true WO2011128164A1 (de) 2011-10-20

Family

ID=43881235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/053854 Ceased WO2011128164A1 (de) 2010-04-16 2011-03-15 Pumpenanordnung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010027842A1 (de)
WO (1) WO2011128164A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012113488A1 (de) * 2011-02-24 2012-08-30 Robert Bosch Gmbh Kraftstofffördereinrichtung und verfahren zum betätigen einer kraftstofffördereinrichtung
CN115306770A (zh) * 2021-05-07 2022-11-08 通用电气公司 具有开口致动的涡轮发动机压缩机可变几何系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011086681A1 (de) * 2011-11-21 2013-05-23 Robert Bosch Gmbh Kraftstofffoerdersystem fuer ein Fahrzeug

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3238884A (en) * 1962-07-09 1966-03-08 Tokheim Corp Variable positive displacement pump with rising pressure curve
US5538400A (en) * 1992-12-28 1996-07-23 Jidosha Kiki Co., Ltd. Variable displacement pump
DE10130597A1 (de) * 2001-06-27 2003-01-16 Michael Becker Elektrohydraulischer Aktor auf Basis einer reversierbaren Flügelzellenpumpe mit unterlagerter Druckregelung
US20050047936A1 (en) * 2003-08-25 2005-03-03 Denso Corporation Vane pump, method for adjusting pump flow rate of vane pump and fuel vapor leakage check module having vane pump
US20090223737A1 (en) * 2008-03-04 2009-09-10 Crossman John C Power Assisted Steering System

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3238884A (en) * 1962-07-09 1966-03-08 Tokheim Corp Variable positive displacement pump with rising pressure curve
US5538400A (en) * 1992-12-28 1996-07-23 Jidosha Kiki Co., Ltd. Variable displacement pump
DE10130597A1 (de) * 2001-06-27 2003-01-16 Michael Becker Elektrohydraulischer Aktor auf Basis einer reversierbaren Flügelzellenpumpe mit unterlagerter Druckregelung
US20050047936A1 (en) * 2003-08-25 2005-03-03 Denso Corporation Vane pump, method for adjusting pump flow rate of vane pump and fuel vapor leakage check module having vane pump
US20090223737A1 (en) * 2008-03-04 2009-09-10 Crossman John C Power Assisted Steering System

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012113488A1 (de) * 2011-02-24 2012-08-30 Robert Bosch Gmbh Kraftstofffördereinrichtung und verfahren zum betätigen einer kraftstofffördereinrichtung
CN115306770A (zh) * 2021-05-07 2022-11-08 通用电气公司 具有开口致动的涡轮发动机压缩机可变几何系统
US12129762B2 (en) 2021-05-07 2024-10-29 General Electric Company Turbine engine compressor variable geometry system with split actuation

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010027842A1 (de) 2011-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004013307B4 (de) Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Druckbegrenzungsventil
EP2467591B1 (de) Kraftstofffördereinrichtung für eine kraftstoffeinspritzeinrichtung einer brennkraftmaschine
EP1537335B1 (de) Einrichtung zur regelung der pumpleistung einer schmiermittelpumpe für eine brennkraftmaschine
EP2596232B1 (de) Kraftstofffördereinrichtung
US9803638B2 (en) Control circuit for transmission variable displacement pump with improved efficiency
EP3059438B1 (de) Pumpeneinheit für eine hochdruckpumpe
WO2006134002A1 (de) Kraftstoffeinspritzsystem für eine brennkraftmaschine
DE102006027486A1 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
EP3179108B1 (de) Pumpe mit verstellbarem fördervolumen
WO2012149929A2 (de) Verstellpumpe
WO2002084105A1 (de) Hochdruck-kraftstoffpumpe für ein kraftstoffsystem einer direkteinspritzenden brennkraftmaschine, kraftstoffsystem sowie brennkraftmaschine
EP1913255B1 (de) Kraftstoff-fördereinrichtung, insbesondere für eine brennkraftmaschine
DE102010027842A1 (de) Pumpenanordnung
WO2012113488A1 (de) Kraftstofffördereinrichtung und verfahren zum betätigen einer kraftstofffördereinrichtung
EP2455615B1 (de) Pumpe
WO2013075946A1 (de) Kraftstofffoerdersystem fuer ein fahrzeug
WO2012028369A1 (de) Pumpe für ein hochdrucksystem
DE102009060189B4 (de) Regelvorrichtung für die Verstellung des Fördervolumens einer Pumpe
WO2012041628A1 (de) Kraftstoffeinspritzsystem
DE102009028439A1 (de) Pumpenanordnung
DE102009028402A1 (de) Pumpenanordnung
DE102011005027B4 (de) Hochdruckpumpe
DE102009047113A1 (de) Hochdruckpumpe mit mechanischer Vorförderpumpe
DE102004007317A1 (de) Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11708834

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11708834

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1