CN1480639A - 在其过滤部分中设有孔的过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种过滤器(50)被推压插入一喷射器(1)的安装孔(42)内。过滤器(50)具有位于燃料入口开放终端一侧的入口部分(51)和包含很多孔(53)的过滤部分(52)。过滤部分(52)的底部是半球形的，以使半球形底部(54)的外表面和安装孔(42)入口内圆周表面之间形成的流动面积逐渐增加，从而有效减小压力损失。

Description

在其过滤部分中设有孔的过滤器
技术领域
本发明涉及一种设置在流体通道内的过滤器，其用来俘获流体中所包含的异物，还涉及一种应用于内燃机中并使用过滤器的燃料喷射装置。
背景技术
近几年，为了符合柴油机排放条例，柴油机燃料被施加高压，并且电控系统也被应用在喷射系统上。关于燃料喷射装置，传统的自动阀控制系统已经被具有电磁阀的电控喷嘴系统所代替。用来俘获燃料内的异物以保护燃料喷射器的过滤器的要求也提高了，例如要有一精确的滑动部分、一电磁阀和一喷嘴。过滤器大致分为两类。一类是用来俘获油内正常的异物。另一类用来俘获加工管道过程中产生的异物。后者被设置在高压燃料通道内。因此，压力的损失必须降低。同时，需要有高的俘获性能。
在JP-U-3-6052中的一种传统过滤器中，异物是由一个间隙来俘获的，该间隙位于过滤器外圆周表面和用于安装过滤器的内圆周表面之间。然而，薄异物和针状异物能通过间隙。另一方面，如果间隙被减小以提高俘获性能，则由于流动面积的减小而产生的压力损失又将提高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种过滤器和一使用该过滤器的燃料喷射装置，其可以俘获薄异物和针状异物，并具有足够的流动面积。同时还可以获得高俘获性能和低的压力损失。
根据本发明，一种过滤器设置在流体通道内。过滤器是圆柱形的并具有一入口部分和一过滤部分。过滤部分的终端部分是封闭的。过滤器设置在一燃料导入孔内，所述孔的开放一侧作为一入口。许多作为过滤孔的小孔在过滤部分的外周圆周表面上钻孔形成。封闭终端部分被这样成形，即在封闭终端部分外圆周表面和燃料入口内表面之间形成的横截面流动面积朝向下游方向逐渐变宽。
流体从入口部分的开放一侧流入过滤部分。然后流体穿过过滤部分的许多小孔。如果每一小孔的直径均小于异物，异物就不会穿过小孔，从而被俘获。而过滤部分的终端部分没有被钻的孔。这样如细微针形的异物就能在终端部分被俘获。
通过许多小孔的流体朝向下游方向流过在过滤器和燃料入口之间的管状的流动面积。过滤部分的终端成形为大致半球形或大致锥形或类似形状。在过滤部分的终端，流动面积逐渐扩大。这样由于流动面积阶进式增长而出现的涡流就被抑制了。而且压力损失也降低了。
优选地，过滤部分成形为使管状的流动面积的横截面面积等于或小于小孔的横截面面积总和，管状的流动面积在过滤器和燃料入口之间形成。这样，通过过滤器的流动速度就取决于管状的流动面积。也就是，过滤部分的外径和燃料入口的内径是流动速度的决定因素，而不管小孔的数量是多少或小孔的加工精度如何。所以，流动速度可以被精确控制，而单个的过滤器性能可以保持一致。
优选将许多小过滤孔成形为每一孔朝向下游方向的直径逐渐增加。这样由于在小孔出口处的阶进式增长而出现的涡流就被抑制了。小孔外侧的变宽也减小了在出口处的流动阻力。结果，压力损失也降低了。锥孔或阶梯直孔也能朝向下游方向上有效扩大流动面积。
将多种形状如大致半球形孔、直孔和锥孔相互组合可以用来获得类似的使流动面积朝向下游增加的效果。组合形状可以很容易获得。例如，大致半球形凹坑通过压制而形成，随后直孔或锥孔在凹陷的半球形凹坑上钻孔而形成。而且，压制也使金属晶体结构变硬。
另外，过滤部分的终端可以被成形为如上所述使流动面积在终端部分逐渐增加。这样，当流体通过许多小过滤孔和流体流过终端部分时产生的压力损失将降低。因此，压力损失也就被进一步减小。
一种燃料喷射装置，其具有如上所述能消除燃料中包含的异物而不增加压力损失的过滤器，过滤器也能有效保护装置内部的功能部件。
附图说明
本发明的上述和其它的目的，特征和优点将在结合附图的下述详细地描述中更清楚。在附图中：
图1是使用本发明第一优选实施例的过滤器的喷射器的整体剖视图；
图2是第一优选实施例的过滤器的放大剖视图；
图3是本发明第二优选实施例的过滤器的放大剖视图；
图4A是本发明第三优选实施例的过滤器的放大剖视图；
图4B是用来图解图4A中示出的过滤器上每一小孔形状的放大剖视图；
图4C是用来图解本发明第一优选实施例的过滤器上每一小孔形状的放大剖视图；
图5A一5C是用来图解本发明第四、第五、第六优选实施例的过滤器上每一小孔形状的放大剖视图；
图6是本发明第七优选实施例的过滤器透视图；和
图7是使用加工设备形成过滤器小孔的示意图。
具体实施方式
参考图1，本发明的一种过滤器由附图标记50表示并应用在一燃料喷射器1上，该燃料喷射器用在柴油机的共轨式燃料喷射系统中。喷射器1包括一具有壳体11的本体部分10、一喷嘴部分20和一电磁驱动部分30。喷射器1设置在一发动机的缸盖上，用来将燃料导入相应的气缸内。
壳体11大致为圆柱体，并且一燃料导入端口40从壳体11的外周表面沿侧面方向伸出并整体形成为一燃料导入通道本体。一燃料导入通道41在燃料导入端口40内形成，且过滤器50设置在燃料导入通道内。燃料导入端口40与一共轨(未示出)相连接。
在喷嘴部分20中，一保持架24固定于壳体11的底端，且其内不漏油地插有一末端密封垫21。一喷嘴孔22环绕喷嘴本体26的下凸形横截面末端敞开。在喷嘴本体26的内部，一阀针23位于竖直空腔内并同轴连接喷嘴孔22。阀针23沿着轴线方向上下移动，且阀针23的末端可以从一阀座(未示出)脱离然后再支靠在阀座上。这样，喷嘴孔22就能打开和关闭，以喷射燃料。在壳体11的气缸部分内部，一控制活塞12设置在针形阀23上并且沿着纵向整体上下移动。
一连接燃着料导入通道41的高压燃料通道13竖直形成。高压燃料通道13的底端连接着一在喷嘴部分20内围绕阀针23形成的燃料聚集腔27。高压燃料通道13的顶端通过一导入口14连接一位于控制活塞12上的压力控制腔15。当一高压燃料被引入压力控制腔15时，控制活塞12被向下推压。连接着控制活塞12的阀针23被推压并关闭喷嘴孔22。一第一弹簧25被设置在控制活塞12的底部外周，以向下推压阀针23。
电磁线圈本体31装在壳体11的上部，以构成一用来控制压力控制腔15内压力的电磁阀。电磁阀具有电磁线圈32，其与一外部动力源相连接以驱动一具有“T”形横断面的衔铁33。衔铁33被第二弹簧34向下推压并且与一位于底端部分的球形阀塞35相接触。阀塞35在一流出口36的端口和一低压腔37之间打开和关闭，所说的流出口36的端口位于压力控制腔15的顶部表面上，所说的低压腔37在环绕衔铁33的底端上形成。一向上的压力通过流出口36从压力控制腔15施加在阀塞35上。
当电磁线圈32被通电，衔铁33向上被吸引并解除了一向下推动阀塞35的压力。阀塞35被来自压力控制腔15的压力抬起，这样流出口36的端口就打开了。一高压燃料通过低压腔37从压力控制腔15排放到低压燃料通道38。这样，压力控制腔15内的压力降低了。一向上推压阀针23的力变得比向下推压阀针23的力大。这样，阀针23从阀座上脱离，燃料就从喷嘴孔22喷出。当电磁线圈32被断电，衔铁33就被第二弹簧34向下推压，从而推压阀塞35以关闭流出口36的端口。这样，压力调节器15和低压燃料通道38被断开。这样，压力控制腔15内的压力增加。向下推压阀针23的力变得比向上推压阀针23的力大，阀针23再次压靠在阀座上，从喷嘴孔22喷射的燃料就停止了。
从一共轨引入的燃料流入图2所示的燃料导入通道41中，燃料流经过滤器50的一开放终端部分，一入口部分51，一过滤部分52，并且流经许多沿径向钻通在圆柱表面中的小孔53。
如图2所示，第一实施例中的过滤器50是中空圆柱形，并且其底端侧是封闭的。它具有入口部分51和一过滤部分52，入口部分包含一开放终端作为入口(图2的左侧)。过滤器50是由金属材料如不锈钢制成并且是冷锻形成。入口部分51的直径(其外径为d1)几乎等于或略大于过滤器安装孔42的直径(其内径为D，这里，d1≥D)，所述过滤器安装孔在燃料导入通道41内钻孔形成。入口部分51通过推压插入或类似方法固定在安装孔42内部。许多的小孔53在过滤部分52的整个圆柱表面上通过钻孔形成(过滤部分的外径为d2；d1＞d2)，钻孔部位不包括作为封闭底部的终端部分54。过滤器50的内部通过小孔53与外部相通。小孔53的直径设计成比异物尺寸小。浮在燃料上的异物就不能通过小孔53，并且被俘获在过滤器50的内部。也就是，小孔53作为过滤孔来俘获流入小孔53内的异物。
优选地，相邻的三个小孔53的中心点设置成大致成等边三角形。这样，许多的小孔能被有效布置并保持强度。
至于过滤部分52的终端部分54，则没有被钻的孔。如果具有如细微针形的异物流入过滤部分52，异物将不会通过终端部分54，这样被俘获了。
位于封闭终端一侧(图2的右侧)的过滤部分52的终端部分54这样形成，其在终端部分54的外周表面和燃料导入端口40(安装孔42)之间形成的横截面流动面积向着封闭终端一侧(图2的右侧)逐渐增加。在这一实施例中，终端部分54是半球形，这样，在终端部分54的流动面积不会阶变式增加。因此，涡流现象就被抑制了。结果，压力损失可以降低。同时，由于降压分布在小孔53内和终端部分54外周，因此气穴现象被抑制，腐蚀被防止。
过滤部分52的直径d2被设计成使流动面积S等于或小于小孔总计横截面面积Sh，所述流动面积S是位于过滤部分52的笔直部分的外表面和燃料导入端口40的内表面之间的环形间隙43的横截面面积，所述小孔总计横截面面积Sh是小孔53的横截面面积的总和。环形间隙43的横截面面积S可以用下式计算。
S＝π(D/2)2-π(d2/2)2
(D：燃料导入端口40的直径，d2过滤部分52的外径)
D和d2被设计成使环形间隙43的横截面面积S等于或小于小孔53的总计横截面面积Sh。这样，经过过滤器50后的压降就取决于环形间隙43的横截面面积S。通过精确地加工过滤部分52外径d2和燃料导入端口40的内径D，经过过滤器50后的压降能被精确地控制。在这里，并不需要精确加工每一小孔53。这样，喷射器1性能的变化能很容易地调节。
在上述实施例中，过滤器50被固定在燃料导入端口40内的入口部分51的外圆周表面内。然而，过滤器也可以用环形或类似形状的连接件固定在燃料导入端口40处。
图3示出了第二实施例，过滤部分52的终端部分54是圆锥形的。也就是，终端部分54的直径向着封闭终端一侧(图3的右侧)减小，圆锥部分的顶点形成为大致半球形。圆锥部分的顶点并不必须是半球形。只要在终端部分54外表面和燃料导入端口40的内表面之间的横截面面积能形成为朝向下游方向逐渐增加的所需面积，终端部分54也可以是其它形式。不同的形式如大致半球形，大致圆锥形，曲面形，球形、圆锥形与曲面形的组合等等，均可被采用。
在图4A和4B示出的第三实施例中，通过改进每一小孔53的横截面形式，压力损失减小的效果被进一步提高了。
在上述的第一实施例(图4C)中，每一小孔53的均成形为一直孔，其直径D1沿着流动方向大致一致地分布。由于流动面积的阶进式增加，涡流V在出口B处产生。
另一方面，在图4A示出的第三实施例中，每一小孔53均呈锥形，这样直径从内表面一侧向外表面一侧逐渐加大(D2＞D1)。当燃料向出口B流动时，流动方向在出口B除逐渐加宽。液流在出口B并不容易分层。锥孔的结构阻止了在出口B处产生涡流。这样，由涡流导致的压力损失就被阻止了。
通常，管道内的压降与流动面积成相反比例，如下式表示，
ΔP∝L/S         (1)
(ΔP：压降，L：管道长度，S：流动面积)
通过采用锥孔，可以增加流动面积，进而减小压降。
小孔53的形状并不必须是锥形的。只要过滤部分52的外圆周表面的直径D2比内圆周表面的直径D1大，小孔53能充分减小压力损失即可。将大直径直孔和小直径直孔结合，或者将多种孔形状结合可以被采用。如图5A至5C所示的将一大致半球形孔、一直孔和一锥孔之间的组合的形式是本发明的第四、第五和第六实施例。在每种实施例中，流动面积朝向通过小孔53的下游方向增加。在图5C中，一锥孔位于上游侧。然而，锥孔也可位于下游侧。将孔形状与孔尺寸结合来设计一适当的组合形式，这需要考虑到应用条件和过滤器的形状和直径等因素。
如图5A和5B所示的小孔可以按如下方法形成。首先，大致半球曲面通过一位于外圆周表面上的大致半球形末端压制形成(压坑)。随后，直孔或锥孔可以通过激光器或类似设备钻孔形成。这种方法中，钻孔是在壁厚减小后完成的。因此，钻孔可以很容易完成。而且，通过冷作处理可以使晶体结构变硬。而这种硬化能有效阻止高压流体装置被腐蚀。不只是大致半球形孔，同时如图5C所示或类似形状，也可以通过冷作处理使在外圆周表面上形成曲面的形状变硬，类似上述实施例。
在上述实施例中，小孔53均匀布置在不包括终端部分54的过滤部分52的圆周方向上。然而，如图6所示(第七实施例)，许多小孔可以成螺旋形地布置。例如，小孔53沿着一具有一定间隔的螺旋线分布。螺旋线在外圆周表面上以恒定的节距沿轴线方向错置。
至于结构，例如，连续钻孔可以由一激光加工设备60利用一简单的程序来形成，并且加工时间可以减少。详细地讲，激光加工设备60包括一钻具62和一过滤器支架61。过滤器支架61带动过滤器50以指定旋转速度旋转，并带动过滤器50沿轴线方向以指定速度移动。
小孔53可以从上游侧到下游侧连续、快速地被钻孔。同时，相邻的三个小孔53的中心点可以通过调节轴线方向节距和旋转方向节距而布置成大致等边三角形。这样，许多小孔就能被有效布置并保持强度，而过滤器50具有高的耐用性和低压力损失性能。
优选利用激光加工方法钻小孔53。采用这种方法，通过将加工能量调节到适当值(用于穿透的最小值左右)，小孔53可以被钻出所期望的横载面形状，并且加工时间可以缩短。机械钻孔和放电加工或其它类似机加工方法也可以用来加工小孔53。
上述实施例中提到的过滤器不仅可以用在发动机的燃料供给系统中，也可以用在其它流体供给系统中。

Claims (10)

1.一种过滤器(50)，用于装配在一流体通道本体(40)的孔(42)内，所述流体通道本体包括一限定出流体通道(43)的内表面，所述过滤器包括：
一入口部分(51)，其固定在流体通道本体(40)的孔(42)的周面上；
一过滤部分(52)，其与入口部分(51)形成一体并且具有多个孔(53)，所述孔用于在过滤部分的周面处过滤流体，所述周面和流体通道本体(40)的内表面一起形成一管状流体通道(43)；和
一封闭终端部分(54)，其与过滤部分(52)形成一体，
其特征在于：
封闭终端部分(54)被这样成形，即在封闭终端部分(54)的外表面和流体通道本体(40)的内表面之间形成的横截面面积沿流体流动方向逐渐增加。
2.一种过滤器(50)，用于装配在一流体通道本体(40)的孔(42)内，所述流体通道本体包括一限定出流体通道(43)的内表面，所述过滤器包括：
一入口部分(51)，其固定在流体通道本体(40)的孔(42)的周面上；
一过滤部分(52)，其与入口部分(51)形成一体并且具有多个孔(53)，所述孔用于在过滤部分的周面处过滤流体，所述周面和流体通道本体(40)的内表面一起形成一流体通道(43)；和
一封闭终端部分(54)，其与过滤部分(52)形成一体，
其特征在于：
封闭终端部分(54)没有小孔，因而不能使流体沿着轴线方向流动。
3.一种过滤器(50)，用于装配在一流体通道本体(40)的孔(42)内，所述流体通道本体包括一限定出流体通道(43)的内表面，所述过滤器包括：
一入口部分(51)，其固定在流体通道本体(40)的孔(42)的周面上；
一过滤部分(52)，其与入口部分(51)形成一体并且具有多个孔(53)，所述孔用于在过滤部分的周面处过滤流体，所述周面和流体通道本体(40)内表面形成一管状流体通道(43)；和
一封闭终端部分(54)，其与过滤部分(52)形成一体，
其特征在于：
管状流体通道(43)的横截面面积等于或小于位于过滤部分(52)的周面上的小孔(53)的横截面面积总和。
4.一种过滤器(50)，用于装配在一流体通道本体(40)的孔(42)内，所述流体通道本体包括一限定出流体通道(43)的内表面，所述过滤器包括：
一入口部分(51)，其固定在流体通道本体(40)的孔(42)的周面上；
一过滤部分(52)，其与入口部分(51)形成一体并且具有多个孔(53)，所述孔用于在过滤部分的周面处过滤流体，所述周面和流体通道本体(40)的内表面一起形成一管状流体通道(43)；和
一封闭终端部分(54)，其与过滤部分(52)形成一体，
其特征在于：
每一孔(53)被成形为在过滤部分(52)径向外侧的直径比在过滤部分(52)径向内侧的直径大。
5.如权利要求1-4中任一所述的过滤器(50)，其特征在于：封闭终端部分(54)是大致半球形的，以使封闭终端部分(54)的直径向着流体流动方向逐渐减小。
6.如权利要求1-4中任一所述的过滤器(50)，其特征在于：封闭终端部分(54)是大致圆锥形的，以使封闭终端部分(54)的直径向着流体流动方向逐渐减小。
7.如权利要求1一4中任一所述的过滤器(50)，其特征在于：所述多个孔(53)中的每一个均是锥形的，以使其直径向着过滤部分(52)的外侧逐渐增大。
8.如权利要求1-4中任一所述的过滤器(50)，其特征在于：所述多个孔(53)中的每一个均是阶梯式的，以使其直径向着过滤部分(52)的外侧逐渐增大。
9.如权利要求1-4中任一所述的过滤器(50)，其特征在于：所述多个孔(53)被成形为不同形状。。
10.如权利要求1-4中任一所述的过滤器(50)，其特征在于：所述多个孔(53)被成形为大致球形、直孔和锥孔中的任意两种形状。
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