PUMPE MIT EINEM ELEKTRISCHEN RÜCKSCHLAGVENTIL IM AUSLASS

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 Ver dunstung 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 Betriebsverfahren einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem Wasser in einen Brennraum eingespritzt wird. Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, der Problematik einer Wasservereisung in einer zu diesem Zweck verwendeten Wasserpumpe zu begegnen.

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 13) . Des Weiteren werden eine Wasserfördereinheit, ein Wassereinspritz system, ein Verbrennungsmotor sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Ansprüche 14 bis 17) . Vorteil hafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Unter einer vereisungsbedingten Ausdehnung des Fluids ist der Eisgang des Fluids zu verstehen, der sich außerhalb eines Betriebs der Fluidpumpe bei entsprechend tiefen Temperaturen bildet .

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 .

Die als Ausgleichselement fungierende Feder verhindert, dass das Steuerventil durch den Eisgang beschädigt wird. Somit stellt die Feder im Sinne eines Einfrierschutzelements die Funktionsfähig keit des Steuerventils sicher.

Dabei wird vorgeschlagen, das Steuerventil bei einer Förderung des Fluids in Richtung des Auslasses der Fluidpumpe nicht zu bestromen bzw. unbestromt zu belassen, wobei das Steuerventil aufgrund eines gegen eine Federvorspannkraft wirkenden Förder drucks im Zulauf passiv öffnet.

Es wird ferner vorgeschlagen, lediglich bei einer Förderung des Fluids in Richtung eines Einlasses der Fluidpumpe das Steuer ventil zu bestromen, um den Zulauf zum Auslass aktiv zu öffnen. Eine derartige Ansteuerung des Steuerventils ermöglicht eine größtmögliche Energieeinsparung.

Ferner wird vorgeschlagen, dass sich an ein dem Ventilsitz abgewandtes Ende des Verschlussteils ein Führungselement an schließt, welches mit der Feder zusammenwirkt. Das Führungs element kann dabei in einer Aufnahme geführt sein, die als solche in der Pumpenstufe und/oder in einem Gehäuseteil des Steuer ventils ausgebildet ist.

Das Verschlussteil - das als solches als Gummielement und/oder Kunststoffelement ausgebildet sein kann - weist eine geschlossen umlaufende Dichtlippe auf, über welche das Verschlussteil gegenüber der Aufnahme des Verschlussteils radial abdichtet.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Pumpenstufe ein Pumpenstufengehäuse mit einem Deckel auf, wobei ein Pumpen stufengehäuseteil und der Deckel eine Aufnahme des Pumpenlauf rades bilden. Dabei wird vorgeschlagen, den Einlass der Fluid pumpe am Pumpenstufengehäuseteil und den Auslass der Fluidpumpe am Deckel auszubilden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahme des Verschlussteils nebst ihres Ventilsitzes im Deckel ausge bildet .

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.

In einer weiteren Ausführungsform öffnet und schließt das elektrische Steuerventil der Fluidpumpe mithilfe des Ventil körpers bedarfsweise den Zulauf zu dem Auslass der Fluidpumpe. Insbesondere kann hierzu der Verschlussteil des Ventilkörpers genutzt werden.

Dadurch wird ein passiver Vereisungsschutz für eine Fluidpumpe in ein elektrisches Steuerventil einer Fluidpumpe auf kos tengünstige Art und Weise integriert.

Zudem kann der Ventilkörper einen magnetisierbaren Werkstoff aufweisen, sodass das elektrische Steuerventil den Ventilkörper mithilfe eines elektrisch erzeugten Magnetfelds bewegen kann.

Bevorzugt wird durch die Erzeugung eines elektrischen Mag netfelds der Ventilkörper dahingehend bewegt, dass der Zulauf zu dem Auslass der Fluidpumpe geöffnet wird.

Insbesondere wird dadurch die Feder vorgespannt. Wenn das Magnetfeld nicht mehr oder nicht mehr ausreichend stark auf den Ventilkörper wirkt, kann der Ventilkörper durch die vorgespannte Feder in eine Position bewegt werden, in der der Ventilkörper den Zulauf zu dem Auslass der Fluidpumpe verschließt.

Das elektrisch erzeugte Magnetfeld kann durch eine bestromte Wicklung oder Spule, die sich vorzugsweise entlang des Ven tilkörpers erstreckt und in Umfangsrichtung des Ventilkörpers gewickelt ist, erzeugt werden. Vorteilhafterweise ist diese in das elektrische Steuerventil integriert.

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, teilweise schematisiert:

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 14 in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades umfasst. Grundsätzlich kann aber das Pumpenlaufrad 14 in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades und/oder eines Peripheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet sein. Ein einen Rotor umschließender Stator 4 _S 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 14 erstreckenden Wellenendes des Rotors mittels einer Dichtung gegenüber dem Elektromotor 4 abgedichtet.

Die Wasserpumpe 2 weist ferner ein elektrisches Steuerventil 8 auf, welches der Pumpenstufe 6 fluidisch nachgeschaltet ist. Das Steuerventil 8 öffnet oder schließt dabei bedarfsweise einen Zulauf 16, 17, 18 zu einem Auslass A der Wasserpumpe 2. Das Steuerventil 8 umfasst einen stellbaren Ventilkörper 20, welcher in einer Schließstellung des Steuerventils 8 mittels eines Ausgleichselements in Gestalt einer Metallfeder oder Kunststoff feder 22 gegen einen Ventilsitz 24 im Zulauf 16, 17, 18 elastisch vorgespannt ist. Dabei sitzt ein z.B. als Gummielement ausge bildetes Verschlussteil 26 des Ventilkörpers 20 auf dem Ventil sitz 24 dichtend auf.

Außerhalb eines Betriebes der Wasserpumpe 2 nimmt die Feder 22 vorteilhafterweise eine sich bei tiefen Temperaturen im Zulauf 16, 17, 18 vor dem Verschlussteil 26 einstellende, vereisungs bedingte Ausdehnung des Wassers auf. Damit ist der Eisgang des Wassers gemeint. Somit wirkt die als Ausgleichselement fun gierende Feder 22 im Sinne eines Einfrierschutzelements, welches die Funktionsfähigkeit des Steuerventils sicherstellt.

Bei einer Förderung des Wassers in Richtung des Auslasses A, von dem eine Vorlaufleitung zu einer gemeinsamen, mit Injektoren verbundenen Wasserleitung (engl. "Common Water Rail") führt, bleibt das Steuerventil 8 unbestromt. Das Steuerventil 8 öffnet dabei passiv aufgrund eines sich im Zulauf 16, 17, 18 vor dem Verschlussteil 26 einstellenden und gegen eine Federvorspann kraft bzw. eine Federvorspannung wirkenden Förderdrucks, indem sich das Verschlussteil 26 mittelbar über ein Führungselement 28 gegen die Feder 22 verschiebt und diese dabei staucht. Infolge einer solch druckbedingten Verschiebung des Verschlussteils 26 bildet sich ein Zulaufabschnitt 17 aus, über welchen das Wasser von einem Zulaufabschnitt 16 kommend in einen Zulaufabschnitt 18 strömt. Der in der Pumpenstufe 6 erzeugte Förderdruck kann dabei z.B. ca. 8 bar bis 12 bar, vorzugsweise z.B. ca. 10 barbetragen.

Gilt es hingegen die Förderrichtung des Wassers - etwa beim Abstellen eines Fahrzeugs - umzukehren, d.h. in Richtung eines Einlasses E der Wasserpumpe 2 zu fördern, um die Vorlaufleitung sowie ggf. die gemeinsame Wasserleitung aus Bauteileschutz gründen zu entleeren, wird das Steuerventil 8 bestromt, um den Zulauf 16, 17, 18 zum Auslass A aktiv zu öffnen. Somit reduziert sich die Bestromung des Steuerventils 8 vorteilhafterweise auf genau diesen Entleerungsvorgang. Folglich bleibt das Steuer ventil 8 vorteilhafterweise meistens unbestromt.

Sofern eine solche Entleerung nicht erfolgt, weil ein Wasser einspritzsystem oder ein Motorsteuerungssystem die Entleerung nicht anfordert, hält das Steuerventil 8 in seiner Schließ stellung den Druck in der Vorlaufleitung aufrecht.

An ein dem Ventilsitz 24 abgewandtes Ende des Verschlussteils 26 schließt sich das Führungselement 28 an, welches aus Metall oder Kunststoff ausgebildet sein kann und den Ventilkörper 20 inner halb einer Aufnahme 11 eines Gehäuseteils 9 des Steuerventils 8 führt. Am Verschlussteil 26 ist eine geschlossen umlaufende Dichtlippe (hier nicht sichtbar!) angeformt, über welche das Verschlussteil 26 gegenüber einer Aufnahme 27 des Verschluss teils 26 und somit gegenüber der Umgebung der Wasserpumpe 2 abdichtet .

Die Strömungspumpenstufe 6 weist ein Pumpenstufengehäuse mit einem Deckel 12 auf. Ein Pumpenstufengehäuseteil 10 ist dabei mit dem Deckel 12 gefügt, wobei das Pumpenstufengehäuseteil 10 und der Deckel 12 eine Aufnahme des Pumpenlaufrades 14 bilden. Der Einlass E ist dabei am Pumpenstufengehäuseteil 10 angeformt, wohingegen der Auslass A am Deckel 12 angeformt ist. Im Deckel 12 ist ferner die Aufnahme 27 nebst dem Ventilsitz 24 ausgebildet.

Aus Fertigungsgründen wird ferner vorgeschlagen, das Pumpen stufengehäuseteil 10, den Deckel 12 sowie das Pumpenlaufrad 14 jeweils als ein gespritztes Kunststoffelement auszubilden. Dadurch werden Kosten und Gewicht eingespart.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Aus führungen erläutert wurden, 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.