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Patent Searching and Data


Title:
ELECTRIC DELIVERY PUMP AND METHOD FOR DRIVING AN ELECTRIC DELIVERY PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/035972
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric delivery pump for delivering a fluid, in particular for delivering fuel in a fuel injection system, which delivery pump has a pump unit and a drive unit, wherein the pump unit and the drive unit are arranged together in a housing, and wherein the drive unit comprises a motor with a multiplicity of windings to which current can be applied, in particular in order to generate a rotating magnetic field, wherein the motor can be operated with a mixed current.

Inventors:
STEINBACH TIMO (DE)
FUCHS ALEXANDER (AT)
Application Number:
PCT/EP2010/061290
Publication Date:
March 31, 2011
Filing Date:
August 03, 2010
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
STEINBACH TIMO (DE)
FUCHS ALEXANDER (AT)
International Classes:
F02M31/125; F02D41/30; F02M37/08; F04B17/04; F04B53/08; F04D13/06
Domestic Patent References:
WO2001059288A22001-08-16
Foreign References:
US20090107470A12009-04-30
US4934907A1990-06-19
EP0116419A21984-08-22
US20060013704A12006-01-19
DE102006007554A12007-08-23
EP1600635A22005-11-30
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

Elektrische Förderpumpe (2) zum Fördern eines fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem (1 ), welche eine Pumpeneinheit (13) und eine Antriebseinheit (12) aufweist, wobei die Pumpeneinheit (13) und die Antriebseinheit (12) gemeinsam in einem Gehäuse (14) angeordnet sind, und wobei die Antriebseinheit (12) einen Motor mit einer Vielzahl von Wicklungen (15, 15', 15") umfasst, welche mit Strom beaufschlagbar sind, insbesondere um ein umlaufendes Magnetfeld zu erzeugen,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Motor mit einem Mischstrom betreibar ist.

Elektrische Förderpumpe (2) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Motor ein elektronisch kommutierter Motor ist.

Elektrische Förderpumpe (2) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Wicklungen der Vielzahl von Wicklungen(15, 15', 15") fest mit einer jeweiligen Leistungsendstufe einer Leistungselektronik (1 1 ) verbunden sind, welche beliebig ansteuerbar ist.

Elektrische Förderpumpe (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Antriebseinheit (12) von dem zu fördernden fluidförmigen Medium, insbesondere von Kraftstoff, durchströmbar ist. 5. Elektrische Förderpumpe (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass

die Vielzahl von Wicklungen (15, 15', 15") von dem zu fördernden fluidförmigen Medium umströmbar ist.

Elektrische Förderpumpe (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

druckseitig der elektrischen Förderpumpe (2) ein Filter (9) angeordnet ist, oder dass saugseitig der elektrischen Förderpumpe (2) ein Filter (9) angeordnet ist.

Elektrische Förderpumpe (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die elektrische Förderpumpe (2) als Flügelzellenpumpe, Innenzahnradpum- pe oder Außenzahnradpumpe ausgebildet ist.

Elektrische Förderpumpe (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Vielzahl von Wicklungen (15, 15', 15") als Heizelement zum Heizen des zu förderenden fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Heizen des Kraftstoffs, dienen.

Verfahren zum Antreiben einer elektrischen Förderpumpe (2) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei Wicklungen (15, 15', 15") eines Motors derartig mit einem Wechselstrom beaufschlagt werden, dass ein Drehmoment am Motor entsteht,

dadurch gekennzeichnet, dass

zusätzlich zum Beaufschlagen mit Wechselstrom die Wicklungen (15, 15', 15") mit einem konstanten Strom zum Erzeugen von Wärme beaufschlagt werden.

0. Verfahren gemäß Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass ein zu förderndes Fluid die Vielzahl von Wicklungen (15, 15', 15") umströmt, wobei das Fluid gleichzeitig erwärmt wird, und wobei der Motor ein elektronisch kommutierter Motor ist.

Description:
Beschreibung

Titel

Elektrische Förderpumpe und Verfahren zum Antreiben einer elektrischen Förderpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Förderpumpe und gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Antreiben einer elektrischen Förderpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Stand der Technik

Als elektrische Förderpumpen zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem, wie beispielsweise in einem Common Rail System, werden unter anderem Innenzahnradpumpen, Außenzahnradpumpen und Flügelzellenpumpen eingesetzt. Im Stand der Technik sind diese elektrischen Förderpumpen in der Regel axial an eine Motorwelle angeflanscht und weisen voneinander getrennte Förder- und Antriebseinheiten auf. Darüber hinaus sind im Stand der Technik sogenannte integrierte Bauformen bekannt, bei denen die Förder- und Antriebseinheiten nicht getrennt voneinander vorgesehen sind, sondern gemeinsam in einem Gehäuse vorgesehen sind.

In DE 10 2006 007 554 A1 ist eine Förderpumpe beschrieben, welche in einen Elektromotor integriert ist. Die Förderpumpe umfasst ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Zwischen den beiden Zahnrädern bildet sich ein Förderraum aus. Das zweite Zahnrad lagert in seiner Mitte auf einem Dorn. Das erste Zahnrad ist ein Außenzahnrad und bildet den Rotor, das zweite Zahnrad ist ein Innenzahnrad, welches im außermittigen Zentrum des ersten Zahnrads mitgeschleppt wird. Das erste Zahnrad umfasst eingeklebte Permanentmagnete, die über den

Umfang verteilt angeordnet sind. Äußere Magnetfelderzeuger erzeugen ein um- laufendes, sich rotatorisch änderndes Feld, welches das direkte motorische Folgen des Rotors hervorruft.

In EP 1 600 635 A2 ist eine Innenzahnradpumpe beschrieben, welche einen Pumpenabschnitt mit einem inneren Rotor aufweist, welcher an seiner äußeren Peripherie mit Zähnen ausgebildet ist. Ein äußerer Rotor weist an seiner inneren Peripherie ausgebildete Zähne auf. Beide Rotoren sind in einem Gehäuse aufgenommen.

Die im Stand der Technik bekannten elektrischen Förderpumpen, welche zum Fördern für Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem angeordnet sind, benötigen jedoch alle zusätzliche Heizelemente im Kraftstoffzulauf, um den Kraftstoff, der durch die elektrische Förderpumpe fließt, soweit aufzuheizen, dass sich in einem beispielsweise druckseitig angeordneten Filter keine kältebedingten Paraf- finabscheidungen ansammeln können, oder bereits vorhandene„aufgetaut" werden. Hierzu ist bei den bekannten Kraftstoffeinspritzsystemen eine separate Filterheizung nötig, welche jedoch eine eigene Filterheizpatrone sowie eine dazugehörige Ansteuerung erforderlich macht. Dies ist konstruktiv aufwändig demzufolge auch teuer.

Daher ist es erforderlich, eine konstruktiv einfache und kostengünstige Lösung zum Heizen des die elektrische Förderpumpe durchströmenden Mediums, insbesondere zum Heizen des in einem Kraftstoffeinspritzsystem zu fördernden Kraftstoffs, bereitzustellen.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine elektrische Förderpumpe zum Fördern eines fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem, vorgesehen, welche eine Pumpeneinheit und eine Antriebseinheit aufweist, wobei die Pumpeneinheit und die Antriebseinheit gemeinsam in ei- nem Gehäuse angeordnet sind, und wobei die Antriebseinheit einen Motor mit einer Vielzahl von Wicklungen umfasst, welche mit Strom beaufschlagbar sind, um ein umlaufendes Magnetfeld zu erzeugen. Gemäß der Erfindung ist der Motor mit einem Mischstrom betreibar. Da dem wechselnden Strom ein konstanter Anteil hinzugefügt wird, wird einerseits zwar der Wirkungsgrad der elektrischen Förderpumpe„verschlechtert", jedoch wird durch den konstanten Anteil Wärme zum Heizen des zu fördernden und die Wicklungen umströmenden Mediums erzeugt.

Im Extremfall eines Pumpenstillstands bedeutet dies, dass alle Wicklungen mit einem konstanten Strom beaufschlagt werden. Dabei entsteht am Motor kein Drehmoment und die gesamte elektrische Leistung wird der Vielzahl von Wicklungen in Wärme umgewandelt. Die durch die zusätzliche Bestromung mit kon- stantem Strom erzielte Heizleistung ist dabei in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung regelbar. Mittels der erfindungsgemäßen Konfiguration, in welcher der Motor mit einem Wechselstrom, dem ein Anteil eines konstanten Stroms hinzugefügt ist, betreibbar ist, kann das zu fördernde Medium ohne zusätzliche Bauteile und Elektronikkomponenten geheizt werden, wodurch eine deutliche Kostenreduzierung erzielt wird. Außerdem ist die Heizleistung stufenlos regelbar und kann so optimal an die Umgebungsbedingungen angepasst werden. Dadurch kann, verglichen mit einem konventionellen Heizsystem, welches stets ungeregelt ausgebildet ist, Energie und damit auch C0 2 eingespart werden. Somit stellt die erfindungsgemäße Konfiguration auch eine umweltschonende Lösung dar.

Vorzugsweise ist der Motor ein elektronisch kommutierter Motor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wicklungen der Vielzahl von Wicklungen fest mit einer jeweiligen Leistungsendstufe einer Leistungselektronik verbunden, welche beliebig ansteuerbar ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebseinheit von dem zu fördernden fluidförmigen Medium, insbesondere von dem Kraftstoff durch ström bar. Durch die thermische Anbindung der Antriebseinheit wird das zu fördernde fluidförmige Medium schnell und effektiv ohne zusätzliche Heizelementen aufgeheizt, so dass Ansammlungen von kältebedingten Paraffinabscheidun- gen vermieden werden können. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Wicklungen der Vielzahl von Wicklungen von dem zu fördernden fluidförmigen Medium ums- trömbar. Dies erzielt eine besonders effektive und schnelle Aufheizung des zu fördernden fluidförmigen Mediums.

Vorzugsweise ist druckseitig der elektrischen Förderpumpe ein Filter angeordnet. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da das bereits in der elektrischen Förderpumpe aufgeheizte zu fördernde fluidförmige Medium direkt in den Filter strömt.

Auch kann der Filter saugseitig an der elektrischen Förderpumpe angeordnet sein. Dies ist beispielsweise in dem Fall von Vorteil, wenn die elektrische Förderpumpe oder elektrische Kraftstoffpumpe mit dem Filter kombiniert ausgebildet ist und so ein Wärmetransport von der Antriebseinheit zu dem Filter erfolgen kann.

Vorzugsweise ist die elektrische Förderpumpe als Flügelzellenpumpe, Innen- zahnradpumpe oder Außenzahnradpumpe ausgebildet.

Besonders vorteilhaft ist auch, wenn die Vielzahl von Wicklungen als Heizelement zum Heizen des zu förderenden fluidförmigen Mediums, insbesondere zum Heizen des Kraftstoffs, dienen.

Gemäß der Erfindung wird darüber hinaus ein Verfahren zum Antreiben einer elektrischen Förderpumpe bereitgestellt, bei welchem eine Wicklungen eines Motors derartig mit einem Wechselstrom beaufschlagt werden, dass ein Drehmoment am Motor entsteht, und bei welchem zusätzlich zum Beaufschlagen mit Wechselstrom die Wicklungen mit einem konstanten Strom zum Erzeugen von Wärme beaufschlagt werden. Somit kann das zu fördernde fluidförmige Medium direkt beim Durchströmen der elektrischen Förderpumpe ohne Vorsehen von zusätzlichen Heizelementen oder Regelungen schnell und effektiv erwärmt werden.

Vorzugsweise umströmt ein zu förderndes Fluid die Wicklungen, wobei es gleichzeitig erwärmt wird.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn der Motor ein elektronisch kommutierter Motor ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Hydraulikschema eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer Ausführungsform,

Fig. 2 ein Hydraulikschema eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 3 ein Strom-Zeit-Diagramm eines Wechselstroms;

Fig. 4 ein Strom-Zeit-Diagramm eines Gleichstroms; und

Fig. 5 ein Strom-Zeit-Diagramm eines Mischstroms.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Hydraulikschema eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Eine geregelte elektrische Förderpumpe 2 pumpt Kraftstoff von einem Kraftstoffbehälter 3 über eine Leitung 4 zu einer Hochdruckpumpe 5. Der durch die Hochdruckpumpe 5 geförderte Kraftstoff wird über eine Hochdruckleitung 6 in einen Hochdruckspeicher 7 gefördert. Von dem Hochdruckspeicher 7 kann Kraftstoff über Einspritzventile 8 in Brennräume der Brennkraftmaschine (nicht dargestellte) eingespritzt werden. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Filter 9 druckseitig der elekt- rischen Förderpumpe 2 angeordnet. Ein Motorsteuergerät 10 umfasst eine Leistungselektronik 1 1 , welche mit der elektrischen Förderpumpe 2 verbunden ist, um die Leistung der elektrischen Förderpumpe 2 zu steuern.

In Fig. 2 ist ein Hydraulikschema eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 einer Brenn- kraftmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Die hier dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Aus- führungsform dadurch, dass der Filter 9 nicht druckseitig sondern saugseitig der elektrischen Förderpumpe 2 angeordnet ist. Darüber hinaus ist der Filter 9 mit der elektrischen Förderpumpe 2 kombiniert. Die jeweils in den in Fig. 1 und 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzsystemen 1 angeordneten elektrischen Förderpumpen 2 sind in beiden Fällen von der sogenannten„integrierten Bauform". Dabei ist die elektrische Förderpumpe 2, wie bereits erwähnt, derartig aufgebaut, dass sie eine Antriebseinheit 12 und eine Pumpeneinheit 13 umfasst, welche in den Figuren nicht im Detail dargestellt sind, sondern nur schematisch angedeutet sind, welche jedoch als nicht trennbare

Einheit ausgebildet und gemeinsam in einem Gehäuse 14 angeordnet sind. Darüber hinaus arbeiten die in Fig. 1 und 2 dargestellten elektrischen Förderpumpen 2 wie folgt. Der Antrieb der geregelten elektrischen Förderpumpe 2 ist ein elektronisch kommutierter Motor (nicht im Detail dargestellt), welcher Wicklungen be- sitzt, die fest mit einer jeweiligen Leistungsendstufe der Leistungselektronik 1 1 verbunden sind und beliebig angesteuert werden können. Für den Antrieb der elektrischen Förderpumpe 2 werden die Wicklungen so mit Strom beaufschlagt, dass ein umlaufendes Magnetfeld erreicht wird. Dem wechselnden Strom wird außerdem ein konstanter Anteil hinzuaddiert. Im Extremfall bei einem Stillstand der elektrischen Förderpumpe 2 bedeutet das, dass alle Wicklungen mit einem konstanten Strom beaufschlagt werden. Dabei entsteht am Motor kein Drehmoment und die gesamte elektrische Leistung wird in den Wicklungen in Wärme umgewandelt. Wird dem wechselnden Strom der konstante Anteil hinzugefügt, entsteht im Stator ein umlaufendes Magnetfeld zum Antrieb des Motors und gleichzeitig wird der konstante Anteil in den Wicklungen in Wärme umgewandelt.

Durch sozusagen bewusstes Verschlechtern des Wirkungsgrads des Motors kann somit die gewünschte Heizleistung in den die Wicklungen umfließenden Kraftstoff eingebracht werden, so dass dieser ausreichend aufgeheizt wird, so dass sich keine kältebedingten Paraffinabscheidungen in dem Filter 9 ansam- mein können bzw. dass bereits vorhandene Paraffinabscheidungen„aufgetaut" werden. Es sind keine zusätzlichen Heizelemente erforderlich und eine stufenlose Regelung der Heizleistung, z. B. an die Umgebungsbedingungen angepasst, wird ebenfalls ermöglicht.

Fig. 3 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm eines an die elektrische Förderpumpe 2 angelegten Wechselstroms, welcher durch einen sinusförmigen Verlauf der Strom-Zeit-Kurve gekennzeichnet ist. Jede der Kurven kennzeichnet dabei den an eine von der Vielzahl von Wicklungen 15, 15', 15" des Motors angelegten Wechselstrom. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Drehfeld über drei Phasen erzeugt. Wie oben bereits beschrieben, ist jede von der Vielzahl von Wick- lungen 15, 15', 15" mit einer jeweiligen Leistungsendstufe verbunden und durch die Leistungselektronik 1 1 beliebig ansteuerbar.

Fig. 4 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm eines an die elektrische Förderpumpe 2 angelegten konstanten Gleichstroms, der durch einen linearen Verlauf der Strom- Zeit-Kurve gekennzeichnet ist. Wird lediglich Gleichstrom an die Antriebseinheit 12 angelegt, erzeugt diese, wie oben bereits beschrieben, nur Wärme, welche über die Vielzahl von Wicklungen 15, 15', 15" direkt an den die Wicklungen umfließenden Kraftstoff abgegeben wird, um diesen auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen.

Fig. 5 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm eines an die elektrische Förderpumpe 2 angelegten Mischstroms. Dem wechselnden Strom ist dabei ein konstanter Anteil, welcher durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, hinzugefügt worden. Dabei entsteht am Stator ein umlaufendes Magnetfeld zum Antrieb des Motors und gleichzeitig wird der konstante Anteil in der Vielzahl von Wicklungen 15, 15', 15" in Wärme umgewandelt.

Bei der elektrischen Förderpumpe 2 gemäß der Erfindung wird ohne zusätzliche Bauteile und Elektronikkomponenten eine effektive Heizung für den zu fördern- den Kraftstoff bereitgestellt, wobei die Heizleistung darüber hinaus stufenlos regelbar ist.