-
Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung, insbesondere für Kraftstoffinjektoren, mit einem Filter, der zu einer Abzweigung eines Nebenkanals von einem axial durchflossenen Hauptkanal überdeckend liegt, gemäß dem Anspruch 1.
-
Aus der
DE 10 2005 035 347 B3 ist ein Kraftstoffinjektor bekannt, bei dem die in der auf Einspritzöffnungen auslaufenden Bohrung eines Düsenkörpers geführte Düsennadel an ihrem den Einspritzöffnungen gegenüberliegenden Ende auf einen Steuerraum ausläuft, der über eine auf dem Schaft der Düsennadel axial verschieblich geführte Buchse radial umgrenzt ist. Die die Düsennadel und die Buchse mit radialem Abstand aufnehmende Bohrung bildet für die Kraftstoffzufuhr einen auf die Einspritzöffnungen auslaufenden Hauptkanal, von dem ein zum Steuerraum führender Nebenkanal abgezweigt ist. Dieser Nebenkanal ist an den Hauptkanal über eine radiale, durch eine umlaufende Nut gebildete Ausnehmung in der auf der Düsennadel geführten Buchse angeschlossen, wobei der vom Hauptkanal auf den Nebenkanal abgezweigte Kraftstoff einen an der Buchse vorgesehenen, ringförmigen Filter durchströmt, der überdeckend und vertieft zur ringförmigen Ausnehmung zwischen axialen Bunden derselben liegt. Die Ausnehmung mit dem überdeckenden Filter liegt im Anschlussbereich der Kraftstoffzuführung auf den durch die Düsennadelbohrung gebildeten Hauptkanal, wodurch etwaige, in dem auf den Nebenkanal einströmenden Kraftstoff enthaltene Partikel vom Filter abgefangen und, angelagert an der Außenseite des Filters, von dem den Hauptkanal durchströmenden Kraftstoff mitgerissen werden sollen, so dass sich für den Filter ein Selbstreinigungseffekt ergibt. Gebunden ist eine derartige Filteranordnung an Kraftstoffinjektoren des vorgeschilderten Aufbaus, ungeachtet der Frage, Filter welcher Bauart, Drahtgewebe- oder Drahtgeflecht-Filter, Spaltfilter oder sonstige Filter eingesetzt werden.
-
Ferner ist aus der
DE 100 37 388 A1 für Kraftstoffinjektoren eine Filteranordnung bekannt, bei der ein Einsatzkörper in einen Hauptkanal eingesetzt wird und, zum Hauptkanal eingesetzt, gegenüber diesem einen axial durchströmten Radialspalt als Filterspalt in Ringform abgrenzt. Ungeachtet dessen, dass lediglich eine Filterung des über einen Nebenkanal vom Hauptkanal abgezweigten Kraftstoffs angestrebt wird, wird der gesamte über den Hauptkanal geführte Kraftstoffstrom gefiltert. Es muss somit die durchströmbare, ringförmige „Filterspaltfläche” auf den über den Hauptkanal laufenden Volumenstrom abgestimmt sein, was schon in Anbetracht der Größe des über den Hauptkanal laufenden Volumenstroms zumindest bei partikelbeladenen Kraftstoffen einen kaum beherrschbaren Wartungsaufwand bedingen dürfte.
-
Bei einem weiteren, aus der
DE 10 2005 062 547 A1 bekannten Kraftstoffinjektor wird ebenfalls der gesamte, dessen Pumpe-Düse-System zugeführte Kraftstoff gefiltert. Hierbei ist in einem Hauptkanal, der auf den Förderraum des Pumpe-Düse-Systems ausläuft, zunächst ein Grobfilter und in Durchströmungsrichtung dahinter überdeckend zu einer Abzweigung eines Nebenkanals eine von innen nach außen durchströmte, gegebenenfalls auch endseitig geschlossene Filterhülse über Befestigungsbunde dichtend eingesetzt. Die Filterhülse grenzt zur Wandung des Hauptkanals einen mit dem Nebenkanal verbundenen ringförmigen Übergangsraum ab, zu dem ein radialer Filterbereich in Überdeckung liegt. Dieser bildet einen ersten Filterbereich, wenn die Filterhülse in Durchströmungsrichtung abgesetzt in einem zur Wandung des Hauptkanals freiliegenden, bodenseitig kapselartig geschlossenen zweiten Filterbereich im Hauptkanal ausläuft, so dass aus dem Kraftstoff abgeschiedene Partikel nicht mitgerissen und mit dem Kraftstoff eingespritzt werden können, sondern den Filter mit zunehmender Beladung verstopfen.
-
Filteranordnungen, die in Kraftstoff-Einspritzsystemen einzusetzen sind, sind beispielsweise aus der
DE 196 08 608 A1 , der
DE 198 32 940 A1 oder der
DE 102 38 569 A1 in Aufbauformen bekannt, bei denen über den Radialabstand von axialen Kanten eines in einen Kanal eingesetzten Einsatzkörpers zur Wandung des Kanals gebildete Spalten „Filterspalten” für die zwischen Einsatzkörper und Kanalwand durchgeleitete Flüssigkeit, so zum Beispiel Kraftstoff bilden. Eingesetzt in der Kraftstoffzuführung auf einen oder in einem Kraftstoffinjektor sind bei diesen Lösungen längs des Einsatzkörpers verlaufende und über Stege voneinander getrennte Längsnuten vorgesehen, die an ihren entgegengesetzten Enden verschlossen sind, so dass bei axialer Anströmung des Einsatzkörpers der an einem Ende auf eine zuflussseitige, offene Längsnut zugeführte Kraftstoff durch den Filterspalt zwischen jeweiligem Steg und der Kanalwand auf die abflussseitig offene Längsnut übertreten muss und entsprechend der Spaltgröße zwischen Steg und Kanalwand gefiltert wird. Über den Umfang des Einsatzkörpers können mehrere, gegensinnig offene Längsnuten vorgesehen sein.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Filteranordnungen, insbesondere für Kraftstoffinjektoren, aufzuzeigen, die bei gutem Selbstreinigungseffekt auch konstruktiv gut zu beherrschen sind und den freien Durchflussquerschnitt des Hauptkanals möglichst wenig einengen.
-
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Filteranordnung sieht die von einem Filter überdeckte Abzweigung eines Nebenkanals von einem Hauptkanal dadurch vor, dass über einen Einsatzkörper zum Hauptkanal gegen die Wandung des Hauptkanals, im Bereich der Abzweigung des Nebenkanals vom Hauptkanal, axial verlaufende zum Nebenkanal offene Filterspalte abgegrenzt werden.
-
Um bei einem solchen, durch einen im Hauptkanal liegenden Einsatzkörper im Zusammenwirken mit der Wandung des Hauptkanals geschaffenen Spaltfilter den freien Durchströmungsquerschnitt des Hauptkanals möglichst wenig einzuengen, läuft der Einsatzkörper über einen Teil seines Umfangs radial in Querschnittsbereichen aus, die umfangsseitig im Bereich ihrer axial verlaufenden Kanten zur Wandung des Hauptkanals filterspaltbildend beabstandet sind und so in Durchflussrichtung des Hauptstroms offene Querschnittsanteile des Hauptkanals gegen zur Abzweigung des Nebenkanals offene Querschnittsanteile des Hauptkanals gegeneinander abgrenzen.
-
Die zur Wandung des Hauptkanals umfangsseitig filterspaltbildend beabstandeten Querschnittsbereiche können in ihrem Umfangsbereich zwischen den Spaltkanten bevorzugt zumindest bereichsweise hinterschnitten ausgebildet sein, beispielsweise dadurch, dass in diesen Umfangszonen, zur Abzweigung des Nebenkanals korrespondierend, rinnenförmige, insbesondere etwa in Form einer Sammelrinne axial verlaufende Vertiefungen ausgebildet sind.
-
Bezogen auf die in Durchflussrichtung des Hauptstromes offenen Querschnittsanteile des Hauptkanals erweist es sich als zweckmäßig, diese seitens des zwei- oder mehrarmigen Einsatzkörpers durch eingezogene, die Querschnittsbereiche verbindende Hohlflanken zu begrenzen, wobei über die Arme die Querschnittsanteile des Hauptkanals gegeneinander abgegrenzt sind, die in Durchflussrichtung des Hauptkanals oder zur Abzweigung des Nebenkanals offen sind.
-
Bezüglich des axialen Verlaufs der Filterspaltkanten erweist es sich als zweckmäßig, wenn diese zur Durchflussrichtung des Hauptstroms geneigt verlaufen, so dass durch den Hauptstrom aufgrund der Neigung der Spaltkanten zur Richtung des Hauptstroms an den Spaltkanten angelagerte Partikel vom Hauptstrom auch besonders gut erfasst und mitgerissen werden können.
-
Erreichen lässt sich ein zur Durchflussrichtung des Hauptstroms geneigter Verlauf der Spaltkanten in bevorzugter Weise dadurch, dass die zur Wandung des Hauptkanals umfangsseitig spaltbildend beabstandeten Querschnittsbereiche des Einsatzkörpers in Durchflussrichtung des Hauptstroms sich keilförmig verbreitern. So lassen sich mit einfachen Mitteln bei gleichem Grundaufbau durch Austausch des Einsatzkörpers auch an jeweilige Einsatzgegebenheiten angepasste Neigungsverläufe erreichen.
-
Über die Bemessung der sich in Durchströmungsrichtung des Hauptkanals erstreckenden Länge des Einsatzkörpers lassen sich des Weiteren auch die durch die Filterspalte gebildeten „Filterflächen” in ihrer Größe den jeweiligen Bedürfnissen anpassen, wobei sich im Hinblick auf eine Austauschbarkeit des jeweiligen Einsatzkörpers als zweckmäßig erweist, wenn dieser ausgehend von dem jeweiligen Einsteckende zum Hauptkanal einerseits gegen einen stufenförmig einspringenden Absatz des Hauptkanals anliegt und in Gegenrichtung gegen eine in den Hauptkanal eingesetzte Stützhülse, insbesondere Spreizhülse, abgestützt ist.
-
Die Größe des radialen Abstandes der Spaltkanten zur Wandung des Hauptkanales, somit die Größe des Filterspaltes, liegt entsprechend der Mindestgröße der auszufilternden Partikel bei Kraftstoff-Einspritzinjektoren im kleinen μ-Bereich, etwa im Bereich von 2 bis 6 μm, insbesondere bei 2,5 μm. Dieser Größenbereich lässt sich bei radial schwimmender Anordnung des Einsatzkörpers im Hauptkanal zwischen dessen axialen Abstützungen zum Hauptkanal realisieren, insbesondere unter Berücksichtigung dessen, dass über hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Hauptkanal bis in den Bereich von etwa 60 m/s ein Zentriereffekt erreicht wird.
-
Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, zur radialen Abstützung des Einsatzkörpers im Hauptkanal im Hinblick auf Filterspalte in vorgenannter Größenordnung zumindest einen Zentrierbund oder zentrierende Abstützungen am Einsatzkörper und/oder an der Wandung des Hauptkanals vorzusehen. So kann zur Zentrierung beispielsweise auch ein gegen einen axialen Anschlagbund am Hauptkanal auslaufender, fertigungsbedingt verlaufend ansteigender Endabschnitt des kanalseitigen Aufnahmebereiches für den Einsatzkörper zur Zentrierung genutzt werden.
-
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Zeichnungsbeschreibung und den zugehörigen Zeichnungen. Von diesen zeigen:
-
1 und 2 Filteranordnungen mit jeweils in einem Abschnitt eines Hauptkanals mit zum Hauptkanal abzweigendem Nebenkanal und in der Abzweigung des Nebenkanals zum Hauptkanal liegendem Filter, der in 1 durch einen bekannten zylinderförmigen Spaltfilter mit in Längsrichtung des Zylinders verlaufenden Filterspalten und in 2 durch einen erfindungsgemäßen Spaltfilter gebildet ist, dessen Filterspalte durch einen Einsatzkörper zum Hauptkanal und die Wandung des Hauptkanals begrenzt sind,
-
3 eine separate Darstellung des zylinderförmigen Spaltfilters gemäß 1 in Perspektive,
-
4 eine Schnittdarstellung der Filteranordnung gemäß 2 in einer Schnittführung IV-IV in 2,
-
5 eine gesonderte perspektivische Darstellung des Einsatzkörpers zum Hauptkanal bei einer Filteranordnung gemäß 2,
-
6 eine Ausschnittsvergrößerung VI zu 2,
-
7 bis 9 Ansichten des Einsatzkörpers gemäß 5 entsprechend den Pfeilen VII bis IX in 10,
-
10 eine Draufsicht auf den in 5 perspektivisch dargestellten Einsatzkörper,
-
11 einen Schnitt durch den Einsatzkörper entsprechend einer Schnittführung XI-XI in 10, und
-
12 einen Einsatzkörper gemäß der Erfindung in einer mehrarmigen, hier dreiarmigen Ausführung in einer der Schnittführung XI-XI in 10 entsprechenden Darstellung.
-
In den 1 und 2, die einander entsprechende Schnittdarstellungen zu Filteranordnungen 1 zeigen, wie sie in Kraftstoffinjektoren Verwendung finden können, ist ausschnittsweise ein Hauptkanal 2 veranschaulicht, der beispielsweise als auf Einspritzöffnungen auslaufende Bohrung in einem Düsenkörper 3 ausgebildet ist, in dem zum Hauptkanal 2 als Querbohrung ein Nebenkanal 4 vorgesehen ist, über den in bekannter Weise, abgezweigt vom Hauptkanal 2, ein gewisser, kleiner Kraftstoffanteil einem Steuerraum zugeführt wird. Das Volumen eines solchen Steuerraums ist sehr klein und liegt insbesondere im Bereich von etwa 6 bis 10 mm3, was ein entsprechend kleines, über den Nebenkanal 4 strömendes Kraftstoffvolumen zur Folge hat.
-
Entsprechend der Größe des Steuerraumvolumens und der schon dadurch gegebenen Empfindlichkeit der entsprechenden Steuerorgane ergeben sich für das über den Nebenkanal 4 abgezweigte Kraftstoffvolumen höhere Anforderungen an die Reinheit des Kraftstoffes als sie bezogen auf den über den Hauptkanal 2 zur Einspritzung über die Einspritzöffnungen zugeführten Kraftstoffanteil gegeben sind. Dementsprechend umfasst die Filteranordnung 1 einen im Bereich der Abzweigung des Nebenkanals 4 zum Hauptkanal 2 angeordneten Filter 5, 6, wie er in unterschiedlichen Ausgestaltungen in den 1 und 2 veranschaulicht ist.
-
1 zeigt insoweit, zur Veranschaulichung der Grundgegebenheiten, einen Filter 5, der als zylindrische Filterhülse 7 ausgebildet ist, wie sie in 3 in der Ausgestaltung als Spaltfilter mit axial, also in Achsrichtung des Hauptkanales 2 verlaufenden, durch Schlitzung gebildeten Filterspalten 8 gezeigt ist. Die Filterhülse 7 ist in der Darstellung gemäß 1 und 3 endseitig mit Ringbunden 9 versehen, zwischen denen sich der die durch Schlitze gebildete Filterspalte 8 aufweisende Mittelbereich erstreckt. Dieser liegt, wie 1 zeigt, in seiner Einbaulage zum Hauptkanal 2 im Überdeckungsbereich zu einem ringförmigen Sammelraum 10, von dem der Nebenkanal 4 ausgeht. Grundsätzlich kann die Filterhülse 7 im Bereich der Stützbunde bildenden Ringbunde 9 radial verdickt oder aufgedehnt ausgebildet sein, so dass auf die gesonderte Ausbildung eines Sammelraumes 10 in Form eines Hinterschnittes zur Wandung des Hauptkanales 2 gegebenenfalls verzichtet werden kann.
-
Die axiale Festlegung der Filterhülse 7 erfolgt im Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Einstecktiefe für die Filterhülse 7 durch eine Stufe 11 im Hauptkanal 2 begrenzt ist, welche in ihrer radialen Tiefe etwa der Wanddicke der Filterhülse 7 entspricht, so dass bei entsprechender Querschnittsvergrößerung des Hauptkanales 2 über dem Einsteckweg für die Filterhülse 7 ein im Wesentlichen absatzloser Wandverlauf für den Hauptkanal 2 gegeben ist. Dies insbesondere, wenn gegenüberliegend zur Stufe 11 die axiale Abstützung der Filterhülse 7 über einen in den Hauptkanal 2 eingeschobenen Stützring 12 erfolgt, der auch als Spreizring ausgebildet sein kann.
-
Die Filterhülse 7 kann gegebenenfalls über ihre ganze Länge längsgeschlitzt sein, so dass sie als Spreizhülse selbstsichernd zum Hauptkanal 2 fixierbar ist.
-
In allen diesen Ausführungsformen ist die Filterhülse 7 vom über den Hauptkanal 2 geführten Kraftstoffvolumen innen durchströmt, bei entsprechender radialer Einengung über die Filterhülse 7 gegebenenfalls sogar mit höherer Durchströmungsgeschwindigkeit als in den anschließenden Teilen des Hauptkanales 2, so dass etwaige Verunreinigungen über die Filterspalten 8 aus dem Kraftstoffanteil, der auf den Nebenkanal 4 abgezweigt wird, am Innenumfang der Filterhülse 7 abgefangen werden und dementsprechend über den den Hauptkanal 2 durchfließenden Volumenstrom mitgerissen werden, womit sich für den Filter 5 ein Selbstreinigungseffekt ergibt.
-
Die 2 und 5 bis 12 zeigen erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Filteranordnung 1, die dadurch geprägt sind, dass zur Filterfunktion ein in den Hauptkanal 2 eingesetzter Einsatzkörper 13 filterspaltbildend mit der Wandung des Hauptkanales 2 zusammenwirkt.
-
Für den Einsatzkörper 13 ist bevorzugt eine Grundform vorgesehen, die ungeachtet der Bildung der jeweiligen Filterspalte 16 durch das Zusammenwirken von Einsatzkörper 13 und Wandung des Hauptkanals 2 den freien Durchströmungsquerschnitt des Hauptkanals 2 möglichst wenig einschränkt, bei einer Ausgestaltung des Einsatzkörpers 13, durch die in Durchflussrichtung des Hauptkanals 2 – gemäß Pfeil 17 in 2 – offene Querschnittsanteile 14 und zur Abzweigung des Nebenkanals 4 offene Querschnittsanteile 15 des Hauptkanals 2 gegeneinander abgegrenzt werden.
-
Für den Einsatzkörper 13 erweist sich eine Gestaltung in Form einer axial im Hauptkanal 2 verlaufenden und radial benachbart zur Wandung des Hauptkanals 2 endenden Trennwand 18 als zweckmäßig, deren radial einander gegenüberliegende Querschnittsbereiche 19, 20 sich nach radial außen in Umfangsrichtung verbreitern und über einen eingeschnürten Mittelbereich 21 verbunden sind, so dass eine im Querschnitt sanduhrartige, zweiarmige Grundform gegeben ist. Die radial einander gegenüberliegenden Querschnittsbereiche 19, 20 überdecken den Anschlussbereich zu einander gegenüberliegenden Nebenkanälen 4 und grenzen damit die gegen die die Nebenkanäle 4 offenen und die über Einsatzkörper 13 abgeteilten Querschnittsanteile 14, 15 des Hauptkanales 2 gegeneinander ab. Die über die Hohlflanken 23 des Einsatzkörpers 13 gegeneinander abgegrenzten Querschnittsanteile 14 des Hauptkanales 2 sind demgegenüber in Durchflussrichtung des Hauptstromes durch den Hauptkanal 2 offen, so dass über den Einsatzkörper 13 nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Querschnittes des Hauptkanales 2 blockiert ist.
-
Die in Umfangsrichtung verbreiterten Querschnittsbereiche 19, 20 laufen im Übergang auf die Hohlflanken 23 auf spaltbegrenzende Längskanten, nachfolgend als Spaltkanten 25 bezeichnet, aus, über die gegen die Wandung des Hauptkanals 2 ein jeweiliger Filterspalt 16 abgegrenzt wird, dessen Spaltweite bevorzugt im Bereich von etwa 2 bis 6 μm liegt. Im Umfangsbereich zwischen den Spaltkanten 25 können die Querschnittsbereiche 19, 20 radial zurückgenommen ausgebildet sein, so dass sich entsprechende Übertrittsquerschnitte auf den jeweiligen Nebenkanal 4 ergeben. Im Ausführungsbeispiel sind die Querschnittsbereiche 19, 20 umfangsseitig jeweils mit einer in Längsrichtung der Spaltkanten 25 verlaufenden rinnenförmigen Vertiefungen 26, etwa in Form einer Sammelrinne ausgebildet, versehen, die in Überdeckung zu einem Nebenkanal 4 liegt.
-
Axial ist der Einsatzkörper 13, wie aus 2 ersichtlich, analog zur Darstellung gemäß 1, einerseits gegen eine Stufe 11 spaltüberdeckend abgestützt, bei gegenüberliegender entsprechender Abstützung über einen Stützring 12, wie auch in 6 veranschaulicht.
-
In einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausgestaltung ist der Einsatzkörper 13, wie insbesondere auch die Darstellungen gemäß 7 bis 11 zeigen, in Durchflussrichtung 17 des Hauptkanales 2 sich verbreiternd, und zwar insbesondere sich keilförmig verbreiternd ausgebildet, so dass sich für die Spaltkanten 25, wie insbesondere aus der Darstellung des Stützkörpers 13 in der Draufsicht gemäß 10 ersichtlich, ein gegeneinander geneigter Verlauf ergibt, und zwar mit bezogen auf einen jeweiligen Querschnittsbereich 19, 20 in Durchflussrichtung keilförmig auseinanderlaufenden Längskanten 25. Dadurch bleibt der Einsatzkörper 13 ungeachtet des zueinander schrägen Verlaufes der Spaltkanten 25 der jeweiligen Querschnittsbereiche 19, 20 symmetrisch angeströmt und wird dadurch auch auf seine zum Hauptkanal zentrierte Lage, selbst bei radial schwimmender Abstützung, stabilisiert. Der zur Durchflussrichtung 17 einschneidende, schräge Verlauf der Spaltkanten 25 hat zur Folge, dass die Spaltkanten 25, und damit der jeweilige Filterspalt 16 über seine ganze Länge überdeckungsfrei angeströmt wird, so dass über die Größe des Schrägungswinkels auch Einfluss darauf genommen werden kann, mit welcher Kraft etwa längs der jeweiligen Filterspalte 16 angelagerte Partikel mitgerissen werden.
-
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, einen jeweiligen mehrarmigen Einsatzkörper 13 nicht zweiarmig, wie anhand des vorstehenden Ausführungsbeispiels erläutert, sondern mit drei oder mehr Armen auszubilden, bei bezogen auf die jeweiligen Arme gleicher Grundkonfiguration. Für einen in 12 als Beispiel dargestellten dreiarmigen Einsatzkörper 27 sind die Arme mit 28 bezeichnet, wobei die Arme 28 in gleichen Winkelabständen zueinander koaxial angeordnet sind und, wie anhand des Ausführungsbeispiels gemäß 2 und 5 bis 11 erläutert, die Arme 28 jeweils radial in in Umfangsrichtung verbreiterten Querschnittsbereichen 29 auslaufen und über Hohlflanken 30 im zentralen Mittelbereich 31 ineinander übergehen. Bezüglich der sonstigen Funktionen und Ausgestaltungen wird insbesondere auf die Darlegungen zu den vorgenannten Figuren verwiesen.
