Fluidpumpe, Wasserfördereinheit, Wassereinspritzsystem, Ver brennungsmotor und Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Fluidpumpe zur Förderung eines flüssigen Fluids. Die Erfindung betrifft ferner eine Wasser fördereinheit mit einer solchen Fluidpumpe und ein Wasser einspritzsystem mit einer solchen Wasserfördereinheit. Die Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor, der mit einem solchen Wassereinspritzsystem betrieben wird, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor.

Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches zum Betrieb mit einem flüssigen Kraftstoff versorgt werden muss, insbesondere aber Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge. Ferner kann es sich beim Fahrzeug auch um ein teilelektrisches Fahrzeug handeln, insbesondere aber um Per sonenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge.

Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von Wasser im Sinne eines Additivs zur Einspritzung in einen Verbrennungsmotor bekannt. Die Wassereinspritzung dient dabei der Verbrauchs reduktion sowie der Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors.

Bei der Wassereinspritzung geht es darum, die Verbrennungsluft weiter herunter zu kühlen, als das mit einem Ladeluftkühler eines aufgeladenen Verbrennungsmotors gelingt. Dabei wird vor allem bei hohen Drehzahlen ein Wassersprühnebel - z.B. in den Sammler eines Saugmoduls - eingespritzt, welcher infolge seiner Verduns tung die Verbrennungsluft herunterkühlt, bevor sie in einen Zylinder strömt. Insbesondere in den heutigen Zeiten des "Downsizings" ist das sinnvoller denn je.

Aus den beiden Druckschriften WO 2012/045 452 und EP 2 789 839 A2 ist je ein Betriebs-verfahren einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem Wasser in einen Brennraum eingespritzt wird. Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Lang- zeitdichtheit einer zu diesem Zweck verwendeten Wasserpumpe sicherzustellen .

Diese Aufgabe wird durch eine gemäß Anspruch 1 unter Schutz gestellte Fluidpumpe gelöst. Es wird ferner eine Verwendung einer solchen Fluidpumpe als Wasserpumpe einer Wasserfördereinheit vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 10) . Des Weiteren werden eine Wasserfördereinheit, ein Wassereinspritz system, ein Verbrennungsmotor sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Ansprüche 11 bis 14) . Vorteil hafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche .

Durch die vorgeschlagene fluidische Verbindung lässt sich ein auf die Dichtung wirkender fluidischer Druck signifikant minimieren. Dies wiederum begünstigt eine Langzeitdichtheit der Pumpenstufe gegenüber dem Elektromotor. Die Langzeitdichtheit wiederum schützt den Elektromotor vor Korrosion.

Unter einem flüssigen Fluid ist dabei in erster Linie Wasser zu verstehen. Grundsätzlich aber eignet sich die vorgeschlagene Fluidpumpe auch zur Förderung einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem (Abgasreinigungsver fahren SCR-Verfahren; SCR = Selective Catalytic Reduction) .

Eine solche Harnstoff-Wasser-Lösung ist unter dem Handelsnamen AdBlue® erhältlich. Dabei kann es sich z.B. um eine 32,5%ige Harnstoff-Wasser-Lösung handeln, die als solche bei ca. -11°C einfriert .

Zur Umsetzung der fluidischen Verbindung wird vorgeschlagen, in einer Mitnehmerverbindung zwischen dem Wellenende und dem Pumpenlaufrad zumindest eine Freimachung im Wellenende und/oder im Pumpenlaufrad vorzusehen, welche sowohl mit der Dichtung als auch mit dem Einlass fluidisch verbunden ist/sind. Die Frei machung/Freimachungen verbindet/verbinden den dichtungsnahen Bereich mit einem Bereich um das Wellenende fluidisch und bildet/bilden ein erstes bzw. erste Druckentlastungsmittel.

Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist unter einer Freimachung eine lokale, nutähnlich verlaufende Aussparung bzw. Ausnehmung im Wellenende und/oder im Pumpenlaufrad zu verstehen, welche aufgrund ihrer Dimensionierung einen hinreichenden Fluidfluss in der Mitnehmerverbindung sicherstellt, um den besagten Druckabbau zu ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ dazu lässt sich die Mitnehmerverbindung auch mit einem entsprechenden Spiel ver sehen, um eine solch druckmindernde Wirkung zu erzielen . Insofern ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung unter einer Freimachung auch eine Mitnehmerverbindung zu verstehen, die als solche keine Aussparung bzw. Ausnehmung der zuvor beschriebenen Art umfasst, sondern lediglich entsprechend spielbehaftet ausgebildet ist.

Bei der Mitnehmerverbindung kann es sich z.B. um eine Mitnehmer verbindung handeln, bei der das Wellenende eine Querschnitts ausbildung mit zwei zueinander planparallelen Flächen umfasst, wobei das Wellenende durch eine entsprechend komplementär ausge bildete Durchgangsöffnung des Laufrades geführt ist. Alternative Querschnittsausbildungen hierzu sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht beschrieben.

Zur Umsetzung der fluidischen Verbindung wird ferner zusätzlich oder alternativ vorgeschlagen, in einem Bereich der Mitneh merverbindung zumindest ein erstes Druckentlastungsdurchgangs loch im Pumpenlaufrad vorzusehen, welches sowohl mit der Dichtung als auch mit dem Einlass fluidisch verbunden ist, wobei das erste Druckentlastungsdurchgangsloch ein zweites Druckentlastungs mittel bildet. Auch dieses erste Druckentlastungsdurchgangsloch verbindet den dichtungsnahen Bereich mit dem Bereich um das Wellenende fluidisch.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, in einem Bereich eines den Einlass der Fluidpumpe bildenden Gehäuseabschnitts zumindest ein zweites Druckentlastungsdurchgangsloch auszubilden, welches die Dichtung mit dem Einlass fluidisch verbindet, wobei das zweite Druckentlastungsdurchgangsloch ein drittes Druckentlastungs mittel bildet.

Ferner wird vorgeschlagen, in einem Gehäuseabschnitt der Fluid pumpe, angrenzend zur Pumpenstufe, eine Aufnahme vorzusehen, in welcher mindestens ein elastisch stauchbares Ausgleichselement zur Aufnahme einer sich in der Pumpenstufe einstellenden, verei sungsbedingten Ausdehnung des Fluids - damit ist der Eisgang des Fluids gemeint - angeordnet ist, wobei die Aufnahme einerseits mit dem Wellenende und andererseits mit der Dichtung über das erste und/oder zweite Druckentlastungsmittel sowie mit dem Einlass über das dritte Druckentlastungsmittel fluidisch ver bunden ist. Der Gehäuseabschnitt kann dabei einstückig mit der Pumpenstufe ausgebildet sein.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Pumpenstufe ein Pumpen stufengehäuse mit einem Deckel aufweist, wobei ein Pumpenstufen gehäuseteil und der Deckel eine Aufnahme des Pumpenlaufrades bilden, wobei der das Ausgleichselement aufnehmende Gehäuse abschnitt einstückig mit dem Pumpenstufengehäuseteil ausgebil det ist. Dabei sind ferner ein Einlass der Fluidpumpe am Pumpen stufengehäuseteil und ein Auslass der der Fluidpumpe am Deckel ausgebildet .

Das Pumpenlaufrad kann in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlauf rades und/oder eines Peripheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet sein .

Zur Kosten und Gewichtseinsparung kann die Pumpenstufe vorteil hafterweise zumindest ein aus einem Kunststoff gespritztes Element aufweisen.

Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren darstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:

Fig. 1 eine vorgeschlagene Wasserpumpe in einer ersten und zweiten perspektivischen Darstellung und

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Wasserpumpe in einer Schnitt darstellung .

Die Wasserpumpe 2 ist Teil einer Wasserfördereinheit zur Ver wendung in einem Wassereinspritzsystem, welches wiederum zur Einspritzung von Wasser - das kann z.B. destilliertes und/oder demineralisiertes Wasser oder auch nur Wasser sein - in einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Was serfördereinheit ist dabei an einem Wassertank angeordnet, der als solcher je nach Konstruktion des Fahrzeugs an verschiedenen Stellen untergebracht sein kann, etwa in einer Reserverad-Mulde eines Koffer- raums .

Die Wasserpumpe 2 umfasst einen als Trockenläufer und Innenläufer ausgebildeten Elektromotor 4 sowie eine durch diesen Elektro motor 4 angetriebene Pumpenstufe 6 in Gestalt einer Strömungs pumpenstufe, welche ein Pumpenlaufrad 12 in Gestalt eines Seiten kanalpumpenlaufrades umfasst. Grundsätzlich kann aber das Pumpenlaufrad 12 in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades und/oder eines Peripheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet sein. Ein einen Rotor umschließender Stator des Elektromotors 4 ist dabei mit der Pumpenstufe 6 formschlüssig gefügt (vgl. Fig. 2) .

Die Pumpenstufe 6 ist in einem Bereich eines pumpenseitigen, sich in die Pumpenstufe 6 bis durch das Pumpenlaufrad 12 erstreckenden Wellenendes 5 des Rotors mittels einer z.B. dreiteiligen Dichtung 16 gegenüber dem Elektromotor 4 abgedichtet. Die Dichtung 16 umfasst dabei eine geschlossen umlaufende Dichtschale 16a, in welcher eine geschlossen umlaufende Dichtscheibe 16b und ein Stützelement 16c angeordnet sind. Die Dichtung 16 ist dabei in einen Pumpendeckel bzw. Deckel 10 eingepresst, durch den sich das Wellenende 5 in die Pumpenstufe 6 erstreckt. Die Dichtung 16 wirkt dabei gegenüber dem Deckel 10 statisch und 16gegenüber dem Wellenende 5 dynamisch dichtend.

Alternativ zu einer solch vorgeschlagenen, mehrteiligen Dichtung 16 können grundsätzlich auch sogenannte Rundschnurringe ver wendet werden, etwa auch als Bestandteil einer zwei- oder mehr teiligen Dichtung. Solche Rundschnurringe sind im Gegensatz zu Elastomer-O-Ringen aus einer Rundschnur gefertigte und stoß geklebte bzw. stoßvulkanisierte Dichtringe. Die Rundschnur kann dabei extrudiert sein. Dadurch ergibt sich zwangsläufig eine Stoßstelle am Umfang, an welcher die Enden der Rundschnur verklebt bzw. vulkanisiert werden.

Die Dichtung 16 ist mit einem Einlass E der Wasserpumpe 2 bzw. der Pumpenstufe 6 fluidisch verbunden, um einen fluidischen Druckabbau in einem dichtungsnahen Bereich zu ermöglichen und die Dichtung 16 dadurch zu entlasten. Diese fluidische Verbindung ist dabei wie folgt umgesetzt. In einer Mitnehmerverbindung zwischen dem Wellenende 5 und dem Pumpenlaufrad 12 ist ein erstes Druck entlastungsmittel in Gestalt einer Freimachung vorgesehen. Die Freimachung kann dabei im Wellenende 5 und/oder im Pumpenlaufrad 12 ausgebildet sein. Die Freimachung erstreckt sich dabei zumindest zwischen dem der Dichtung 16 zugewandten und dem der Dichtung 16 abgewandten Ende des Pumpenlaufrades, so dass sie den dichtungsnahen Bereich mit einem Bereich um das Wellenende 5 fluidisch verbindet. Oder anders formuliert, die Freimachung erstreckt sich zumindest zwischen einer der Dichtung 16 zuge wandten und einer der Dichtung 16 abgewandten Stirnseite des Pumpenlaufrades, so dass sie den dichtungsnahen Bereich mit einem Bereich um das Wellenende 5 fluidisch verbindet.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann im Pumpenlaufrad 12 in einem Bereich der Mitnehmerverbindung zumindest ein erstes Druck entlastungsdurchgangsloch 14 vorgesehen sein, welches sich zwischen dem der Dichtung 16 zugewandten und dem der Dichtung 16 abgewandten Ende des Pumpenlaufrades 12 erstreckt und im Sinne eines zweiten Druckentlastungsmittels wirkt. Auch dieses erste Druckentlastungsdurchgangsloch 14 verbindet den dichtungsnahen Bereich mit dem Bereich um das Wellenende 5 fluidisch. Oder anders formuliert, das erste Druckentlastungsdurchgangsloch 14 er streckt sich zwischen einer der Dichtung 16 zugewandten und einer der Dichtung 16 abgewandten Stirnseite des Pumpenlaufrades, so dass es den dichtungsnahen Bereich mit einem Bereich um das Wellenende 5 fluidisch verbindet.

Angrenzend an die Pumpenstufe 6 einerseits und zwischen der Pumpenstufe 6 und einem den Einlass E bildenden Gehäuseabschnitt 7 eines Pumpenstufengehäuseteils 8 andererseits angeordnet ist ein - bspw. einstückig mit dem Pumpenstufengehäuseteil 8 ausge bildeter bzw. an diesem angeformter - Gehäuseabschnitt 9 mit einer Aufnahme 11 vorgesehen, in welcher ein elastisch stauch bares Ausgleichselement 18 in Gestalt eines Röhrchens angeordnet ist. Diese Aufnahme 11 und das darin angeordnete Röhrchen 18 sind dabei mit dem Wellenende 5 über einen Kanalabschnitt KA _V flui disch verbunden. Dadurch kann das Röhrchen 18 im Sinne eines Ausgleichselements wirken und eine vereisungsbedingte Aus dehnung des Wassers - damit ist der Eisgang des Wassers gemeint - zwischen dem Röhrchen 18 und dem Wellenende 5 elastisch und gänzlich reversibel aufnehmen.

Das Röhrchen 18 ist dabei z.B. als formstabiles Gummielement ausgebildet, welches zur Umgebung der Wasserpumpe hin offen ist bzw. in fluidisch-gasförmiger Wechselwirkung zur Umgebung der Wasserpumpe 2 steht. Außerhalb eines Betriebes der Wasserpumpe 2 stellt dieses Röhrchen 18 sicher, dass der Eisgang des Wassers nicht gegen das Wellenende 5 drückt und dadurch die Welle verschiebt .

Des Weiteren ist im Bereich des Gehäuseabschnitts 7 ein zweites Druckentlastungsdurchgangsloch 20 im Sinne eines dritten Druck entlastungsmittels ausgebildet, welches die Aufnahme 11 mit dem Einlass E fluidisch verbindet. Somit ergibt sich eine fluidische Verbindung zwischen der Dichtung 16 bzw. dem dichtungsnahen Bereich und dem Einlass E, über welche ein auf die Dichtung 16 wirkender Druck signifikant minimiert wird, um die Dichtung 16 zu entlasten. Bei einem in der Pumpenstufe 6 auslassseitig wirkenden Förderdruck von ca. 8 bar bis 12 bar, vorzugsweise ca. 10 bar, stellt sich ohne eine solch vorgeschlagene Fluidverbindung im Ergebnis ein auf die Dichtung 16 wirkender Wasserdruck von 4 bis 7 bar ein. Je nach Auslegung der einzelnen Entlastungsmittel kann dieser Wasserdruck vor teilhafterweise auf den Druck im Einlass E reduziert werden. Der auf die Dichtung 16 wirkende Wasserdruck kann dabei z.B. zwischen ca. 0 bar und ca. Umgebungsdruck (ca. 1 bar) liegen.

Die Strömungspumpenstufe 6 weist ein Pumpenstufengehäuse mit einem Deckel 10 auf. Das Pumpenstufengehäuseteil 8 ist dabei mit dem Deckel 10 gefügt, wobei das Pumpenstufengehäuseteil 8 und der Deckel 10 eine Aufnahme des Pumpenlaufrades 12 bilden. Der Gehäuseabschnitt 9 ist dabei - wie bereits zuvor beschrieben - einstückig mit dem Pumpenstufengehäuseteil 8 ausgebildet bzw. an diesem angeformt. Auch ist ein Einlass E der Wasserpumpe 2 bzw. der Pumpenstufe 6 am Pumpenstufengehäuseteil 8 angeformt, wohin gegen ein Auslass A der Wasserpumpe 2 bzw. der Pumpenstufe 6 am Deckel 10 angeformt ist.

Aus Fertigungsgründen wird ferner vorgeschlagen, das Pumpen stufengehäuseteil 8, den Deckel 10 sowie das Pumpenlaufrad 12 jeweils als ein gespritztes Kunststoffelement auszubilden. Dadurch werden Kosten und Gewicht eingespart.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Aus führungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplari- sehen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquiva- lenten Merkmalskombinationen ergibt.