DE69908498T2

DE69908498T2 - Filter für Brennstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE69908498T2
Application number: DE69908498T
Authority: DE
Inventors: George A. Grand Rapids Kotkowicz
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: DE69908498D1; US6015103A; EP0971124A2; EP0971124A3; EP0971124B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft einen Filter für Kraftstoffeinspritzdüsen, die zur Zufuhr von Kraftstoff an Brennkraftmaschinen verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei Kraftstoffeinspritzdüsen für Brennkraftmaschinen ist es wichtig, Verunreinigungen, die in die Kraftstoffeinspritzdüse eingebracht werden, zu minimieren. Verunreinigungen können den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils stören, wenn sie an dem Ventilsitz haften und verhindern, dass das Ventil vollständig aufsitzt. Eine Quelle für Verunreinigungen kann der eintretende Kraftstoff sein, der oberstromig von dem Einlass der Kraftstoffeinspritzdüse mit einem externen Filter gefiltert werden kann. Verunreinigungen können auch während des Herstellungsverfahrens innerhalb der Kraftstoffeinspritzdüse entstehen, und solche Verunreinigungen werden durch einen externen oberstromigen Filter nicht berührt. Ein bekanntes Mittel zur Reduktion dieser herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht aus einem internen Filter, der oberstromig von dem Ventil angeordnet ist und durch eine daneben liegende unterstromige Ventilführung unterstützt wird. Dieses Filtrationssystem fügt zu der Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung einen separaten Teil hinzu.
Die US-A-5423489 offenbart eine Kraftstoffeinspritzdüse in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse, die eine Ventilführung mit einem integrierten Filter besitzt, zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine. Die Filter-Ventilführung dient dazu, die Ventilanordnung zu führen, während die integrierten Filtrationsöffnungen dazu dienen, Partikel daran zu hindern, die Schnittstelle zwischen Ventil und Ventilsitz zu erreichen. Die Filtrationsfunktion ist eingeschlossen, ohne dass zusätzliche Bauteile zu der Kraftstoffeinspritzdüsen-Anordnung hinzugefügt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise, geschnittene Seitenansicht einer Kraftstoffeinspritzdüse, die Merkmale der vorliegenden Erfindung ausführt;
2 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnittes von 1; und
3 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht der Filter-Ventilführung der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 und 2 illustrieren eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritzdüse, allgemein mit 10 bezeichnet, welche als Hauptbestandteile der selben einen Einspritzdüsenkörper 12, eine elektromagnetische Betätigungsanordnung 14, eine Düsenanordnung 16, und eine Ventilanordnung 18 umfasst.
Der Einspritzdüsenkörper 12 ist ein allgemein zylindrisches, hohles röhrenförmiges Element, das einen zentralen röhrenförmigen Raum 19 und eine Zentralachse 20 definiert. Der Körper 12 umfasst einen oberen Elektromagnet-Gehäuseabschnitt 21, einen schmalen Anker-Gehäuseabschnitt 22, und einen unteren Düsen-Gehäuseabschnitt 24. Eine untere Schulter 26 des Einspritzdüsenkörpers 12 erstreckt sich zwischen dem schmalen Anker-Gehäuseabschnitt 22 und dem unteren Düsen-Gehäuseabschnitt 24. Ein Kraftstoffrohr 28 an dem oberen Ende des Einspritzdüsenkörpers 12 liefert unter Druck stehenden Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle (nicht dargestellt).
Die elektromagnetische Betätigungsanordnung 14 ist innerhalb des oberen Elektromagnet-Gehäuseabschnittes 21 angeordnet und umfasst einen spulenartigen, röhrenförmigen Spulenkörper 30, der eine Draht-Elektromagnetwicklung 32 trägt. Eine Erregung der Elektromagnetwicklung 32 betätigt die Ventilanordnung 18.
Die Düsenanordnung 16 ist innerhalb des unteren Düsen-Gehäuseabschnittes 24 angeordnet. Sie umfasst einen Düsenkörper 34, der eine schalenförmige Gestalt mit einer abgestuften oberen Schulter 36 zur Aufnahme eines Dichtelementes, wie etwa eines O-Rings 38, besitzt. Das Dichtelement 38 ist zwischen die abgestufte obere Schulter 36 des Düsenkörpers 34 und den unteren Düsen-Gehäuseabschnitt 24 des Einspritzdüsenkörpers 12 eingebracht, und stellt dabei eine Dichtung gegen Durchsickern von Kraftstoff an der Schnittstelle der Düsenanordnung 16 und des Einspritzdüsenkörpers 12 her. Ein innerer zylindrischer Hohlraum 40 in dem Düsenkörper 34 wird durch eine zylindrische Wand 42 definiert, welche sich von einem offenen, oberen Ende 46 des Düsenkörpers 34 aus erstreckt, um in einem geschlossenen, unteren Ende 48 des Düsenkörpers 48 zu enden. Der zylindrische Hohlraum 40 wirkt als ein Kraftstoffvorratsdepot innerhalb der Düsenanordnung 16. Das geschlossene, untere Ende 48 des Düsenkörpers 34 besitzt eine Kraftstoffabgabeöffnung 50 durch denselben, die koaxial mit der Zentralachse 20 des Einspritzdüsenkörpers 12 ist, sowie einen ringförmigen, kegelstumpfförmigen Ventilsitz 52, der um diese herum angeordnet ist.
An dem unteren Ende 48 des Düsenkörpers 34, unterstromig von der Kraftstoffabgabeöffnung 50, ist eine Kraftstoffzerstäubungs-Leitplatte 54 angeordnet. Die Leitplatte 54 umfasst Kraftstoffleitöffnungen 56, die sich durch dieselbe erstrecken. Kraftstoff, der durch die Kraftstoffabgabeöffnung 50 strömt, wird über die Leitplatte 54 zu den Kraftstoffleitöffnungen 56 verteilt. Die Kraftstoffleitöffnungen 56 sind so ausgerichtet, um ein gewünschtes Zerstäubungsbild des von der Einspritzdüse 10 abgegebenen Kraftstoffs zu erzeugen.
Die Ventilanordnung 18 umfasst einen röhrenförmigen Anker 58, der sich axial innerhalb des zentralen röhrenförmigen Raumes 19 des Einspritzdüsenkörpers 12 erstreckt, und ein Ventilelement 60, das innerhalb des Düsenkörpers 34 angeordnet ist. Das Ventilelement 60 kann eine sphärische Kugel sein, welche an das untere ringförmige Ende 62 des röhrenförmigen Ankers 58 angeschweißt ist. Der Radius des Ventilelementes 60 ist für einen sitzenden Eingriff mit dem Ventilsitz 52 gewählt. Der röhrenförmige Anker 58 ist mit einem vorbestimmten äußeren Durchmesser ausgebildet, so dass er innerhalb des inneren Durchmessers des schmalen Anker-Gehäuseabschnittes 22 des Einspritzdüsenkörpers 12 leicht verschiebbar ist.
Koaxial innerhalb des zylindrischen Hohlraums 40 des Düsenkörpers 34 angeordnet, neben dem Ventilsitz 52, befindet sich eine Filter-Ventil führung 64, 2 und 3. Die Filter-Ventilführung 64 ist als eine ringförmige Schale mit einem ringförmigen geschlossenen Boden 66 ausgestaltet. Axial von dem geschlossenen Boden 66 nach oben verlaufend liegen eine zylindrische äußere Wand 68 und eine zylindrische innere Wand 70. Die äußere Wand 68 definiert den äußeren Durchmesser der Filter-Ventilführung 64, während die innere Wand 70 eine zentrale, das Ventil leitende Öffnung 72 definiert. Der ringförmige geschlossene Boden 66 besitzt eine Vielzahl von Filtrationsöffnungen 74, die sich von der oberstromigen Seite 76 zu der unterstromigen Seite 78 erstrecken. Die in der Figur dargestellten Filtrationsöffnungen 74 sind schmale Schlitze, sie können jedoch auch anders gestaltet sein, z. B. rund.
Die Filter-Ventilführung 64 kann aus einem Material wie etwa rostfreiem Stahl der Serie 300 oder 400 aufgebaut sein. Die Materialauswahl basiert auf den mechanischen Eigenschaften des Materials, der Korrosionsfestigkeit, der Verschleißfestigkeit, und auf herstellungsbezogenen Überlegungen. Kunststoff kann als ein alternatives Material in Betracht gezogen werden, sofern er die Anforderungen bezüglich Formbeständigkeit, chemischer Beständigkeit, Verschleißfestigkeit, und Herstellbarkeit erfüllt. Die Filtrationsöffnungen 74 können durch Auflegen eines Filmes mit den definierten Öffnungen auf den ringförmigen geschlossenen Boden 66 und photochemisches Ätzen des rostfreien Stahls aufgebaut sein. Das Ätzverfahren kann vor oder nach einer Formungsoperation zur Erzeugung der äußeren und inneren Wände 68, 70 der ringförmigen, schalenförmigen Filter-Ventilführung 64 durchgeführt werden.
Die Filter-Ventilführung 64 ist koaxial mit der Zentralachse 20 des Einspritzdüsenkörpers eingebaut, wobei die äußere Wand 68 der Filter-Ventilführung einen festen Sitz mit der zylindrischen Wand 42 des Düsenkörpers 34 herstellt. Der feste Sitz stellt eine Dichtung 77 her, um ein Durchsickern des Kraftstoffes um die Filter-Ventilführung herum zu minimieren. Die zentrale Öffnung 72 dient zur Durchführung des Ventilelementes 60, worin die innere Wand 70 der Filter-Ventilführung das Ventilelement eng umgibt, um das Durchsickern von Kraftstoff zwischen der inneren Wand der Führung und dem Ventilelement zu minimieren, und bewirkt, dass das Ventilelement axial geführt wird, während es sich in und außer Eingriff mit dem Ventilsitz 52 hin und her bewegt. Der passgenaue Einbau der Filter-Ventilführung 64 verhindert, dass Kraftstoff die Filtration umgeht.
Als ein Resultat des beschriebenen Einbaus der Filter-Ventilführung 64 strömt Kraftstoff, der von dem zylindrischen Hohlraum 40 zu der Kraftstoffabgabeöffnung 50 strömt, durch die Filtrationsöffnungen 74 der Filter-Ventilführung, wo Partikel entfernt werden, bevor sie den Ventilsitz 52 erreichen. Es kann wünschenswert sein, die Weite der Filtrationsöffnungen 74 so zu dimensionieren, dass Partikel, die größer sind als die Toleranz zwischen dem Ventilelement 60 und dem Ventilsitz 52 bei offenem Ventil, eingefangen werden. Die kleinste Dimension kann ca. zwischen 0,04 bis 0,10 mm liegen, abhängig von der speziellen Anwendung.
Das Ventilelement 60 der Ventilanordnung 18 ist normalerweise durch ein vorspannendes Element wie etwa eine Ventilrückholfeder 80 in einen geschlossenen, sitzenden Eingriff mit dem Ventilsitz 52 vorgespannt. Bei Erregung der Elektromagnetanordnung 14 werden der röhrenförmige Anker 58 und das zugehörige Ventilelement 60 axial von dem Ventilsitz 52 weg gegen die Vorspannung der Rückholfeder 80 gezogen. Unter Druck stehender Kraftstoff tritt von der Kraftstoffquelle, nicht dargestellt, in die Einspritzdüse 10 ein und passiert das Kraftstoffrohr 28, um durch über den Umfang in einem Abstand angeordnete Öffnungen 82 in dem röhrenförmigen Anker 58 in den zylindrischen Hohlraum 40 in dem Düsenkörper 34 einzutreten. Wie zuvor beschrieben, passiert der Kraftstoff die Filtrationsöffnungen 74 in der Filter-Ventilführung 64 und tritt durch die Kraftstoffabgabeöffnung 50 in dem Ventilsitz 52 aus. Kraftstoff, der die Kraftstoffabgabeöffnung 50 verlässt, wird zur Abgabe aus der Kraftstoffeinspritzdüse 10 über die Kraftstoffleitplatte 54 zu den Kraftstoffleitöffnungen 56 verteilt. Eine Entregung der Elektromagnetanordnung 14 gibt den röhrenförmigen Anker 58 frei, was das Ventilelement 60 unter der Vorspannung der Rückholfeder 80 zurück in die normalerweise geschlossene Stellung gegen den Ventilsitz 52 bringt, und stoppt die Strömung von Kraftstoff durch dasselbe.
Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zweck der Illustration und Beschreibung vorgestellt. Sie ist nicht als erschöpfend zu verstehen, und sie zielt auch nicht darauf ab, die Erfindung auf die genaue offenbarte Form zu beschränken. Für den Fachmann wird klar sein, dass die offenbarte Ausführungsform im Lichte der oben dargelegten Lehren modifiziert werden kann. Die Ausführungsform wurde gewählt, um eine Illustration der Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung zu geben, und es dem Fachmann dadurch zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und in verschiedenen Abwandlungen, wie sie für den in Betracht gezogenen Einsatz geeignet sind, einzusetzen. Daher ist die vorangegangene Beschreibung als beispielhaft, und nicht als einschränkend anzusehen, und der tatsächliche Schutzbereich der Erfindung ist jener, der in den folgenden Ansprüchen beschrieben wird.

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse (10) zur Zufuhr von Kraftstoff an eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Einspritzdüsenkörper (12) mit einer Zentralachse (20), eine Kraftstoffabgabeöffnung (50), die koaxial mit der Zentralachse ist und einen Ventilsitz (52) besitzt, der sich um die selbe herum erstreckt, ein Ventilelement (60), das normalerweise an dem Ventilsitz (52) aufsitzt, um die Kraftstoffabgabeöffnung (50) zu schließen und das betätigt werden kann, um sich von dem Ventilsitz (52) weg zu bewegen und somit um die Kraftstoffabgabeöffnung (50) zu öffnen, wodurch Kraftstoff gestattet wird, durch dieselbe zu strömen, eine Filter-Ventilführung (64), die koaxial mit der Zentralachse (20) oberstromig von dem Ventilsitz (52) angeordnet ist, wobei die Filter-Ventilführung (64) eine zentrale Öffnung (72) zur Durchführung des Ventilelementes (60) definiert und Filtrationsöffnungen (74) umfasst, um Partikel aus Kraftstoff zu filtern, welcher durch die selben strömt, wobei die Partikel daran gehindert werden, zu dem Ventilsitz (52) zu strömen, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter-Ventilführung (64) ferner einen ringförmigen geschlossenen Boden (66), eine äußere Wand (68), die sich koaxial nach oben von dem ringförmigen geschlossenen Boden (66) erstreckt, wobei die zentrale Öffnung (72) durch den geschlossenen Boden (66) definiert ist, und eine innere Wand (70) umfasst, die sich von dem ringförmigen geschlossenen Boden (66) koaxial nach oben erstreckt und das Ventilelement (60) führt, während das Ventilelement (60) sich relativ zu dem Ventilsitz (52) bewegt.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, worin die Filtrationsöffnungen (74) minimale Abmessungen im Bereich von 0,04 bis 0,10 Millimeter aufweisen.