DE60007475T2

DE60007475T2 - Filter

Info

Publication number: DE60007475T2
Application number: DE60007475T
Authority: DE
Inventors: Peter Francis Bradford
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: EP1043054A3; GB9907330D0; US6461506B1; EP1043054B1; EP1043054A2; DE60007475D1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Filter und insbesondere, aber nicht ausschließlich einen Endstufenfilter für eine Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung.
In einem Kraftstoffeinspritzventil oder einem Einspritzventil-Adapter sind typischerweise Vorrichtungen vorgesehen, die allgemein als "Spaltfilter" bekannt sind, um die feindimensionierten Endstufen-Leitungen einer Einspritzventil-Vorrichtung, die so klein sein können, dass sie einen Durchmesser von nur rund 25 μm aufweisen, vor Kontamination durch unerwünscht große Partikel zu schützen. Solche Teilchen können beispielsweise Rückstände des Verbrennungsprozesses, Teilchen, die durch inneren Verschleiß entstanden sind, Teilchen, die von Wartungsarbeiten stammen, oder Material, das durch den Hauptfilter hindurch getreten ist, sein. Eine Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung mit einem Spaltfilter begrenzt üblicher Weise einen engen Durchgang zwischen einer Oberfläche des Spaltfilters und einem Gehäuse der Vorrichtung, in der der Spaltfilter angeordnet ist, um Teilchen oberhalb einer vorgegebenen Größe aus dem Kraftstoff zu entfernen, der durch den Durchgang in Richtung eines Auslasses des Einspritzventils fließen muss.
Der Erfinder hat zwei Hauptprobleme bei solchen Spaltfiltern ausgemacht. Zum ersten hat sich herausgestellt, dass sich das Gehäuse, das einen Teil des Durchgangs bildet, elastisch ausdehnt, so dass es sich erweiternd von der Oberfläche des Spaltfilters weg bewegt, wenn es unter hohem Druck stehendem Kraftstoff ausgesetzt wird, wodurch sich der Durchgang zeitweilig verbreitert und Verunreinigungsteilchen mit Übergröße den Durchtritt erlaubt. Zum zweiten wird ein Teilchen mit Übergröße dem Eingang des Durchgangs kontinuierlich wieder zugeführt, so dass das Teilchen unausweichlich entweder durch den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, der in den Durchgang eintritt, verformt wird, bis es wenigstens in einer Dimension klein genug ist, um durch den Durchgang hindurchzupassen, oder das Teilchen durchläuft den Durchgang, wenn die Wand des Einspritzventils sich weitet. Diese Probleme können dazu führen, dass ein Spaltfilter Verunreinigungsteilchen mit Abmessungen passieren lässt, die signifikant größer als der nominale Abstand zwischen der Wand des Durchgangs und der Außenfläche des Spaltfilters sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, mindestens eines der oben genannten Probleme zu abzuschwächen oder zu beseitigen.
Dementsprechend stellt die Erfindung einen Filter für eine Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung mit einem Gehäuse bereit, wobei der Filter eine Mehrzahl von Filterelementen aufweist, die während des Betriebs im Gehäuse angeordnet sind, derart, dass Flüssigkeit durch Zwischenräume vorgegebener Größe zwischen jeweils zueinander benachbart stehenden solchen Elementen geleitet wird, um den Durchtritt von übergroßen Verunreinigungsteilchen, die in der Flüssigkeit mitgeschleppt werden, zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente in Form eines Rings oder einer Schleife derart nebeneinander angeordnet sind, dass während des Betriebs einer durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit in einem der Zwischenräume auf eine Seite eines der Elemente ausgeübten Kraft eine Kraft entgegenwirkt, die durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit in einem nächststehenden benachbarten Zwischenraum auf eine andere Seite dieses Elements ausgeübt wird.
Auf diese Weise können die Wirkungen des hohen Drucks in den Filterzwischenräumen ausgeglichen werden, und ein signifikanter Anstieg der Größe der Zwischenräume in Folge des Kraftstoffdrucks kann abgemildert werden.
Die Erfindung umfasst auch eine Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung mit einem Gehäuse, einem wie oben beschriebenen Filter, der im Gehäuse zum Zurückhalten übergroßer Verunreinigungsteilchen angeordnet ist, und einer Teilchensammelzone, wobei der Filter relativ zum Gehäuse so gestaltet und angeordnet ist, dass während des Betriebs Flüssigkeit, die durch den Filter fließt, zurückgehaltene Teilchen weg vom Filter in die Teilchensammelzone leitet.
Bevorzugte Merkmale der Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 3 bis 9 aufgeführt.
Dies verringert die Zeit, die ein Teilchen in Kontakt mit dem Filter verbringt, und verringert die Möglichkeit, dass Hochdruck-Pulse in der Flüssigkeit das Teilchen verformen und durch den Filter drücken.
Der Filter ist in günstiger Weise vom voranstehend beschriebenen Typ.
Um die Erfindung gut verstehen zu können, werden nachstehend zwei ihrer Ausgestaltungen rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 eine Querschnitt-Ansicht durch eine Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung gemäß der Erfindung ist;
2 eine Ansicht entlang der Linie AA in 1 ist;
3 eine Querschnitt-Ansicht einer anderen Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung gemäß der Erfindung ist; und
4 eine Ansicht entlang der Linie BB in 3 ist.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein Teil einer Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung mit einem Gehäuse 1, einem innerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Filter 2 und einem Sammler 3 gezeigt. Der Filter 2 ist als segmentierte, hohle, allgemein kegelstumpfförmige Anordnung ausgebildet, die aus sechzehn Segmenten oder Elementen 4 gebildet wird. Jedes der sechzehn Elemente 4 des Filters 2 ist durch einen Zwischenraum 4a von ungefähr 15 μm von seinen Nachbarelementen 4 getrennt.
Der Sammler 3 umfasst einen Hohlkörper, der an einem Ende geschlossen ist. Das offene Ende des Sammlers 3 ist rund um das engere Ende des Filters 2 in einer ringförmigen Aussparung 5 dichtend eingepasst, die darin zur Aufnahme des Sammlers 3 angeordnet ist. Wie man am besten in 1 erkennen kann, bildet der Sammler eine Kammer 6, und der Innenrand des engeren Endes des Filters 2 bildet eine relativ enge Einlassöffnung 7 zur Kammer 6.
Das Gehäuse 1 umfasst einen Einlassteil 8, einen Auslassteil 9 und einen Mittelteil 10 zwischen den Teilen 8 und 9. Der Mittelteil 10 ist mit einer Stützwand 11 versehen, die sich radial ins Innere des Gehäuses 1 erstreckt und den Sammler 3 aufnimmt und ihn hält. Der Sammler 3 ist relativ starr und ist daher in der Lage, das engere Ende des Filters 2 in der in 1 gezeigten Stellung an seinem Platz zu halten und zu stützen. Das weite Ende des Filters 2 liegt an einer Innenfläche einer sich quer erstreckenden Wand 12 des Gehäuses 1 an. Diese Innenfläche ist mit (nicht gezeigten) Mitteln ausgestattet, die an den axialen Enden der Elemente 4 angreifen oder in diese eingreifen können, um den randständigen Abstand zwischen den Enden der Elemente 4 aufrecht zu erhalten. Die Angriffs- bzw. Eingriffsmittel könnten beispielsweise durch Vorsprünge auf der Innenfläche der Wand 12 oder alternativ durch eine Reliefbearbeitung der Innenfläche der Wand 12 gebildet werden.
Im Betrieb wird Kraftstoff durch den Einlassteil 8 in Richtung der in 1 gezeigten Pfeile und in das weite Ende des Filters 2 geführt. Wegen des stark gehemmten Durchflusses durch die Öffnung 7 am engen Ende des Filters 2 und der Anwesenheit des Sammlers 3 wird der größte Teil des Kraftstoffs durch die Zwischenräume 4a des Filters 2 geführt. Ein Teilchen, dessen kleinste Abmessung größer ist als die 15 μm Filterzwischenraum, ist nicht in der Lage, durch die Zwischenräume 4a hindurch zu treten, und begibt sich daher in Kontakt mit der inneren Außenrandfläche 13 des Filters 2. Da der Kraftstoff, der durch den Filter 2 hindurch tritt, eine Fließrichtungs-Komponente besitzt, die parallel zur inneren Randfläche 13 ist, werden gefilterte Verunreinigungsteilchen durch das engere Ende des Filters und in die Kammer 6 geschwemmt. Filtrierter Kraftstoff tritt durch Perforationen 14 in der Trägerwand 11 und durch den Auslassteil 9 des Gehäuses 1 zum Zwecke der Einspritzung in einen Motorzylinder (nicht gezeigt). Verunreinigungsteilchen werden in der Kammer 6 zurück gehalten, so dass es wenig Möglichkeit für sie gibt, durch Pulse des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs verformt und durch die Zwischenräume 4a gedrückt zu werden. Es sollte klar sein, dass die Kammer 6 als Sammelzone wirkt.
Der Sammler 3 kann undurchlässig sein, wobei Teilchen wegen der relativ kleinen Eintrittsöffnung 7 in der Kammer 6 zurück gehalten werden. Alternativ können die Wände der Kammer durchlässig sein und eine relativ geringe Durchflussrate durch die Kammer 6 erlauben. Der Sammler 3 kann beispielsweise aus einem gesinterten Material oder einem Vlies hergestellt sein oder segmentförmige Elemente besitzen, die auf ähnliche Weise wie die Elemente 4 des Filters 2 angeordnet sind, derart, dass sich Zwischenräume einer Größe ergeben, die gleich oder kleiner als die Größe der Zwischenräume 4a ist. Ein solcher Durchfluss kann unter manchen Umständen günstig sein, weil er die Aufwirbelung von Teilchen in der Kammer 6 in Folge von Rückstrahlung während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung verringert. Die Größe der Kammer 6 sollte der erwarteten Anzahl von Teilchen, die aller Wahrscheinlichkeit nach in der avisierten Leistungsperiode für eine beliebige Anwendung gesammelt werden, größenmäßig angepasst sein. Die Ansammlung von Teilchen in der Kammer verhindert den Durchfluss nicht signifikant, da die Flusskräfte nicht ausreichen, um die Teilchen umzuformen.
Peripher gerichtete Kräfte, die von unter hohem Druck stehender Flüssigkeit in den Zwischenräumen 4a auf die Seiten der Elemente 4 ausgeübt werden, neigen dazu, einander auszugleichen, so dass diese Kräfte die Größe der Zwischenräume 4a während des Hochdruckbetriebs nicht signifikant vergrößern. Darüber hinaus werden, wie aus der obigen Beschreibung klar sein sollte, Verunreinigungsteilchen, die nicht durch die Zwischenräume 4a hindurch treten können, sofort in die dem Filter 2 abgewandte Kammer 6 geführt, wo sie nicht länger signifikanten Verformungskräften ausgesetzt sind die sie ansonsten durch die Filterzwischenräume 4a drücken könnten.
Der Filter 2 stellt eine Fließfläche von etwa 7 mm² bereit, aber es sollte klar sein, dass die Abmessungen des Filters 2 und die Anzahl der Elemente 4 so eingestellt werden können, dass sie zu einer gewünschten Anwendung passen.
Nun sei auf die 3 und 4 verwiesen, in denen ein Teil einer anderen Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung gezeigt ist. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 20 mit einem Einlassteil 21, einem Auslassteil 22 und einem Zwischenteil 23. Der Zwischenteil 23 ist deutlich weiter als der Einlass- und der Auslassteil 21, 22 und beherbergt einen Filter 24. Der Filter hat die Form eines dickwandigen Rohres, das ein zentrales Loch 24a umschließt. Das Rohr umfasst sechzehn als Segmente ausgestaltete Elemente 25. Jedes Element 25 ist durch einen vorgegebenen Zwischenraum 26 von seinen benachbarten Elementen 25 getrennt. Der Filter 24 ist eng anliegend im Gehäuse 20 eingepasst, so dass der Fluss von Kraftstoff zwischen einer äußeren Randfläche 27 des Filters und einer inneren Randfläche 28 des Gehäuses 20 im Wesentlichen unterbunden ist.
Ein Ende (in der Darstellung der 3 ist es das obere Ende) des zentralen Lochs 24a des Filters wird von einem Verschluss 29 verriegelt. Das andere Ende des zentralen Lochs 24a des Filters (in der Darstellung der 3 ist es das untere Ende) ist gestuft und nimmt ein sich nach innen erstreckendes Rohr 30 auf, das die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem zentralen Loch 24a und dem Auslassteil 22 des Gehäuses 20 sicherstellt.
Die axialen Endflächen und äußeren Randflächen des Filters sind mit Nuten versehen, die Kanäle 31 bilden. Jeder Kanal 31 verbrückt einen entsprechenden Zwischenraum 26 und erstreckt sich entlang der gesamten schmutzseitigen Oberfläche des Filters 24.
Im Betrieb wird Kraftstoff in Richtung der in 3 gezeigten Pfeile durch den Einlassteil 21 des Gehäuses 20 geführt. Kraftstoff tritt in die Kanäle 31 ein und fließt über einen ersten, sich abwärts neigenden Abschnitt 32 eines jeden Kanals durch einen zweiten, vertikalen Abschnitt 33 zu einem dritten, horizontalen Abschnitt 34. Wie durch die Pfeile in 3 gezeigt, fließt ein Teil des Kraftstoffs durch die Zwischenräume 26, während er sich entlang der Kanäle 31 fortbewegt. Teilchen, die nicht in der Lage sind, durch die Zwischenräume 26 hindurch zu treten, werden vom Kraftstoff den geneigten Abschnitt 32 eines jeden Kanals 31 entlang, den vertikalen Abschnitt 33 hinunter und den horizontalen Abschnitt 34 entlang geschwemmt, während er durch den Filter strömt. Die Teilchen kommen in der allgemeinen Nähe einer Sammelzone 35 mit relativ ungestörter Strömung am Boden eines jeden Kanals 31 zur Ruhe. Die Teilchen neigen dazu, sich in der ungestörten Zone 35 abzusetzen und sind keinerlei signifikanten Verformungskräften ausgesetzt. Die Elemente 25 befinden sich auf eine Art und Weise unter ausgeglichenem Druck, die der für die in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Elemente 4 vergleichbar ist, und deshalb sind die Zwischenräume 26 nicht empfänglich für Aufweitungseffekte.
Obwohl der Filter in der voranstehenden Beschreibung für die Verwendung in einem System der Art vorgesehen ist, bei dem Kraftstoff durch den Filter geführt wird, beispielsweise mit Hilfe einer stromaufwärts vom Filter gelegene Pumpe oder mit Hilfe des Kraftstoffdrucks innerhalb einer "Common Rail"-Anordnung, sollte klar sein, dass die Erfindung auch auf Anordnungen angewendet werden kann, in denen Kraftstoff beispielsweise durch eine Kraftstoffpumpe, die stromabwärts des Filters liegt, durch den Filter gesaugt werden kann.

Claims

Filter (2; 24) für eine Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung mit einem Gehäuse (1; 20), wobei der Filter eine Mehrzahl von Filterelementen (4; 25) aufweist, die während des Betriebs im Gehäuse (1; 20) angeordnet sind, derart, dass Flüssigkeit durch Zwischenräume (4a; 26) vorgegebener Größe zwischen entsprechenden jeweils zueinander benachbart stehenden solchen Elementen (4; 25) geleitet wird, um den Durchtritt von übergroßen Verunreinigungsteilchen, die in der Flüssigkeit mitgeschleppt werden, zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4; 25) in Form eines Rings oder einer Schleife derart nebeneinander angeordnet sind, dass während des Betriebs einer durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit in einem der Zwischenräume (4a; 26) auf eine Seite eines der Elemente (4; 25) ausgeübten Kraft eine Kraft entgegenwirkt, die durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit in einem nächststehenden benachbarten Zwischenraum (4a; 26) auf eine andere Seite dieses Elementes (4; 25) ausgeübt wird.
Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung mit einem Gehäuse (1; 20), einem Filter (2; 24) nach Anspruch 1, wobei der Filter zum Zurückhalten übergroßer Verunreinigungsteilchen im Gehäuse (1; 20) angeordnet ist, und einer Teilchensammelzone (3, 6; 35), wobei der Filter (2; 4) relativ zum Gehäuse (1; 20) so ausgeformt und angeordnet ist, dass während des Betriebs Flüssigkeit, die durch den Filter (2; 24) fließt, zurückgehaltene Teilchen weg vom Filter in die Teilchensammelzone (3, 6; 35) führt.
Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Teilchensammelzone die Form eines Sammlers (3) annimmt, der von einer Sammelkammer (6) begrenzt wird.
Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung (2) nach Anspruch 3, worin ein engeres Ende des Filters (2) eine Einlassöffnung (7) definiert, die dazu dient, den Kraftstoff Fluss in die Sammelkammer (6) zu begrenzen.
Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, worin die Sammelkammer (6) im wesentlichen undurchlässig ist, um sicherzustellen, dass in die Sammelkammer (6) eintretende Teilchen im wesentlichen darin zurückgehalten werden.
Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, worin die Sammelkammer (6) durchlässig ist, derart, dass Kraftstoff in relativ geringer Menge hindurchfließen kann.
Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung (2) nach Anspruch 6, worin der Sammler (3) segmentförmige Elemente aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie weitere Zwischenräume einer Größe definieren bzw. begrenzen, die von gleicher Größe oder kleiner als die Zwischenräume (4a) sind.
Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung (24) nach Anspruch 2, worin der Filter (24) röhrenförmig ist und ein mittiges Loch (24a) zur Aufnahme eines sich nach innen erstreckenden Rohrs (30) aufweist, das eine Fluid-Verbindung zwischen dem mittigen Loch (24a) und einem Teil des Gehäuses (20) ermöglicht.
Kraftstoffeinspritzventil-Vorrichtung (24) nach Anspruch 8, worin der Filter (24) eine Endfläche und eine äußere Randfläche umfasst, die mit Kanäle (31) bildenden Vertiefungen versehen ist, wobei innerhalb eines Bodenteils eines jeden Kanals (31) eine Sammelzone (35) für Teilchen ausgebildet ist.