WO2004020818A1 - Injektor für ein kraftstoff-einspritzsystem eines verbrennungsmotors sowie filtervorrichtung - Google Patents

Injektor für ein kraftstoff-einspritzsystem eines verbrennungsmotors sowie filtervorrichtung Download PDF

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WO2004020818A1
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Martin Werner
Eckbert Zander
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/165—Filtering elements specially adapted in fuel inlets to injector

Definitions

  • the invention is based on an injector for fuel injection, with at least one filter device which is designed to retain solid components such as dirt and suspended matter in the fuel, respectively
  • the components of a fuel injection system in particular the injector of a common rail system, are particularly susceptible to solid constituents due to its high precision with very narrow component tolerances.
  • L5 le that can enter the injector due to fuel contamination or during manufacture.
  • the solid components (particles) can cause increased abrasion or wear, which can lead to undesirable deterioration in the exhaust gas or power range of the engine.
  • the injector! 5 is usually preceded by a pressure pipe socket with a rod filter insert.
  • the rod filter insert has some elongated narrow gaps through which the fuel is pressed. Solid particles in the fuel are retained in the gaps.
  • the filter effect is not satisfactory, since elongated or flat particles in particular cannot always be retained.
  • EP 0939 219 A2 also proposed to form a narrow connecting path between at least one inlet chamber and at least one storage chamber of the injector, which represents a filter path and through which the particles are retained.
  • the two chambers are arranged axially one above the other.
  • the connecting path and the two chambers can be ring-shaped, so that the effective filter path is enlarged.
  • the injector according to the invention for a fuel injection system or the filter device with the characterizing features of the independent claims 1 and 11 has the advantage that the filter device has a screen filter instead of the otherwise usual rod filter.
  • a sieve filter has a better filter effect, especially for flat and elongated particles, than a rod filter with only a few, but long, filter gaps.
  • the number of holes can advantageously be used to set the filter resistance lower, as in the case of a rod filter, or the service life up to an allowable ⁇ P is longer.
  • the screen filter increases the injector input volume compared to the rod filter with the same construction volume, which results in better injection behavior, particularly in the case of multiple injections.
  • the measures listed in the dependent claims provide advantageous developments and improvements to the injector specified in the independent claims 1 and 11 and the filter device. It is considered to be particularly advantageous to design the screen filter as a cylindrical pot with a thin wall. On the one hand, this results in the largest possible filter surface and, on the other hand, the greatest possible volume for the fuel. This affects pressure fluctuations or pressure waves are less disruptive, especially with short injection times.
  • a simple and inexpensive manufacturing process for the 5 filter bowl is achieved by deep drawing, which is known per se. With this manufacturing process, a homogeneous hollow body is obtained, in the circumference of which the filter bores can be made.
  • the holes are drilled in particular distributed around the circumference of the pot. A large number of the smallest holes are drilled in order to keep the flow resistance for the fuel as low as possible. The holes are distributed closely and arranged in a grid, so that
  • Such small bores can be made inexpensively, for example, using techniques such as laser drilling or micromechanical processes such as etching. These techniques are easy to master in mass production and are relatively inexpensive
  • L0 screen filter in such a way that it can alternatively be arranged in front of the pressure control valve, which can be mounted in the pump or in the rail.
  • the same component can be used for both types of use, which means that design, manufacturing and storage costs can be saved.
  • the object of the invention is to improve an injector for a fuel injection system in such a way that, in particular, very small particles can be filtered out of the fuel particularly well. This object is achieved with the features of the independent claims 1 and 11.
  • Figure 1 shows a commercially available injector of a fuel injection system
  • Figure 2 shows a per se known filter device with a rod filter
  • Figure 3 shows an embodiment of the invention in which
  • FIG. 4 shows an embodiment of a sieve filter.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a commercially available injector 1, as is used, for example, in a fuel injection system for diesel injection.
  • the injector 1 has an electrical connection 10, via which an electrically operated actuator 11 is operated.
  • the actuator has a piezo element which is controlled by corresponding pulses, a certain amount of fuel being injected in the case of a certain pulse sequence.
  • a pressure pipe socket 2, which receives the actual filter device 5, is preferably screwed to a pressure connection socket 3 on the injector 1, as will be explained later with reference to FIGS. 2 and 3.
  • a filter device with a rod filter is used at this point in order to filter out solid particles contained in the fuel.
  • a line connection 4 is provided for a fuel line not shown in FIG. 1.
  • L5 control valve arranged.
  • the movement of the control valve is controlled with a nozzle needle (not shown in more detail), at the tip of which the fuel can emerge as nebulized as possible depending on the control pulses applied.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a pressure pipe socket 2 known per se, at one end (left side in FIG. 2) of which a thread is formed for a line connection 7. At the second end there is also a thread for
  • an injector connection 6 (on the right in FIG. 2) is provided.
  • a rod filter 5 which is also known, is arranged within the pressure pipe socket 2.
  • the rod filter 5 has a few elongated gaps through which the fuel can flow.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the invention according to the invention, in which, instead of the
  • a filter 8 is arranged.
  • the screen filter 8 is placed inside the pressure pipe Nozzle 2 attached, for example by pressing or shrinking.
  • Figure 4 shows a schematic representation of the screen filter 8, which can be used in the pressure pipe socket 2.
  • the screen filter 8 it is provided to design the screen filter 8 in such a way that it can optionally also be used on the pressure control valve, which can be arranged in the pump or in the rail.
  • the screen filter 8 is preferably drawn from a thin-walled material by the deep-drawing method known per se.
  • the wall is very thin and is preferably only a few tenths of a millimeter.
  • the housing is pot-shaped
  • a large number of smallest bores 9 are arranged in a grid shape, the diameter of which is as small as possible and not
  • 0 be greater than 0.1 millimeters.
  • Such small bores 9 can be made, for example, by laser drilling or by micromechanical methods such as etching. In order to achieve the lowest possible flow resistance, a large number of holes 9, for example 1000, are drilled.
  • the number of holes 9 can be chosen so large that their effective total cross-section or passage area is larger than that of a rod filter.

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Abstract

Es wird beim einem Injektor (1) eines Kraftstoff-Ein-spritzsystems eines Verbrennungsmotors eine Filtervorrichtung (5) verwendet, die zum Zurückhalten von Partikeln im Kraftstoff einer Filter verwendet. Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, anstelle eines Stabfilters ein Siebfilter (9) zu verwenden, das im Bereich des Druckanschlussstutzens (3) des Injektors (1) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Injektor für ein Kraftstoff-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors sowie Filtervorrichtung 5
Die Erfindung geht aus von einem Injektor für die Kraftstoffeinspritzung, mit wenigstens einer Filtervorrichtung, die zur Zurückhaltung von festen Bestandteilen wie Schmutz und Schwebstoffe im Kraftstoff ausgebildet ist, beziehungsweise
10 von einer Filtervorrichtung nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11. Die Komponenten einer Kraftstoffeinspritzanlage, insbesondere der Injektor eines Common Rail Systems ist auf Grund seiner hohen Präzision mit sehr engen Bauteiltoleranzen besonders anfällig gegen feste Bestandtei-
L5 le, die durch Verschmutzung des Kraftstoffes oder während der Herstellung in den Injektor eindringen können. Die festen Bestandteile (Partikel) können einen erhöhten Abrieb oder Verschleiß verursachen, der zu unerwünschten Verschlechterungen im Abgas- oder Leistungsbereich des Motors führen kann. Da-
.0 rüber hinaus können größere Partikel auch zu Schließproblemen im Injektorauslass führen und in der Folge dann einen Motorschaden nach sich ziehen.
Um diese Probleme abzuwenden, wird in der Regel dem Injektor !5 ein Druckrohrstutzen mit einem Stabfiltereinsatz vorgeschaltet. Der Stabfiltereinsatz weist einige längliche enge Spalten auf, durch die der Kraftstoff gepresst wird. Im Kraftstoff befindliche feste Partikel werden in den Spalten zurückgehalten. Allerdings ist die Filterwirkung nicht zufrie- 0 denstellend, da vor allem längliche oder flache Partikel nicht immer zurückgehalten werden können.
Des weiteren ist bekannt, dass Abrieb oder Schmutzpartikel, die beispielsweise bei der Montage der Pumpe in die Pumpe ge- 5 langt sein können, durch ein Siebfilter zurückgehalten werden können, das innerhalb der Pumpe vor dem Druckregelventil angeordnet ist. Zur Zurückhaltung von Partikeln wurde in der EP 0939 219 A2 auch vorgeschlagen, zwischen wenigstens einer Einlasskammer und wenigstens einer Vorratskammer des Injektors einen engen Verbindungsweg auszubilden, der eine Filterwegstrecke darstellt und durch den die Partikel zurückgehalten werden. Die beiden Kammern sind dabei axial übereinander angeordnet. Der Verbindungsweg und die beiden Kammern können ringförmig ausgebildet sein, so dass sich die wirksame Filterstrecke ver- größert.
Der erfindungsgemäße Injektor für ein Kraftstoff-Einspritzsystem beziehungsweise die Filtervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Filtervorrichtung anstelle des sonst üblichen Stabfilters ein Siebfilter aufweist. Ein Siebfilter bewirkt insbesondere für flache und längliche Partikel eine bessere Filterwirkung als ein Stabfilter mit seinen nur wenigen, aber langen Filterspalten. Darüber hinaus lässt sich durch die Anzahl der Bohrungen in vorteilhafter Weise der Filterwiderstand niedriger einstellen, wie bei einem Stabfilter bzw. die Standzeit bis zu einem zulässigen ΔP ist länger. Besonders günstig ist dabei, dass das Siebfilter im Vergleich zum Stabfilter bei gleichem Bau- volumen das Injektoreingangsvolumen vergrößert, wodurch sich insbesondere bei Mehrfacheinspritzungen ein besseres Einspritzverhalten ergibt.
Durch die in den anhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 11 angegebenen Injektors beziehungsweise der Filtervorrichtung gegeben. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, das Siebfilter als zylinderför i- gen Topf mit einer dünnen Wandung auszubilden. Dadurch erhält man einerseits eine möglichst große Filteroberfläche und andererseits ergibt sich ein größtmögliches Volumen für den Kraftstoff. Dadurch wirken sich Druckschwankungen oder Druck- wellen insbesondere bei kurzen Einspritzzeiten weniger störend aus .
Ein einfaches und kostengünstiges Herstellverfahren für den 5 Filtertopf wird durch das per se bekannte Tiefziehen erzielt. Mit diesem Herstellverfahren erhält man einen homogenen Hohlkörper, in dessen Umfang die Filterbohrungen eingebracht werden können.
.0 Die Bohrungen werden insbesondere verteilt auf dem Umfang des Topfes eingebracht. Dabei wird eine Vielzahl kleinster Bohrungen eingebracht, um den Durchflusswiderstand für den Kraftstoff möglichst gering zu halten. Die Bohrungen werden dabei dicht verteilt und rasterförmig angeordnet, um bei aus-
.5 reichender Festigkeit des Topfes günstige Strömungsverhältnisse zu erhalten.
Als Vorteil wird auch angesehen, die Bohrungen mit einem Durchmesser einzubringen, der kleiner oder gleich 0,1 mm be-
!0 trägt, um auch kleinste Partikel aus dem Kraftstoffstrom her- auszufiltern. Der Injektor wird dadurch weitgehend vor solchen Fremdkörpern geschützt, die insbesondere an seinen beweglichen Teilen oder dem Ventilsitz Abrieb und erhöhten Verschleiß verursachen können.
!5
Derart kleine Bohrungen lassen sich in günstiger Weise beispielsweise durch Techniken wie Laserbohren oder mikromechanische Verfahren wie Ätzen einbringen. Diese Techniken sind in der Massenfertigung gut beherrschbar und relativ kosten-
10 günstig durchführbar.
Eine weitere günstige Lösung wird auch darin gesehen, die Anzahl der Bohrungen beziehungsweise die sich daraus ergebene summarische Durchlassflache so groß zu wählen, dass sie we- 15 nigstens derjenigen entspricht, die einem handelsüblichen Stabfilter entsprechen würde. Eine einfache und sichere Befestigungsmöglichkeit des Topfes wird darin gesehen, dass der Topf mit seinem ungebohrten offenen Ende in den Druckanschlussstutzen des Injektors oder in den Druckrohrstutzen beispielsweise durch Pressen oder 5 Schrumpfen ein/aufgesetzt wird. Diese Verfahren sind leicht durchführbar und bewirken einen sicheren und dichten Halt in dem Druckanschlussstutzen/Druckvorstutzen.
Eine besonders günstige Lösung wird auch darin gesehen, das L0 Siebfilter derart auszubilden, dass es alternativ auch vor das Druckregelventil, das in der Pumpe oder im Rail montiert angeordnet werden kann. Dadurch kann das gleiche Bauteil für beide Verwendungsarten genutzt werden, wodurch Konstruktions- , Fertigungs- und Lagerkosten eingespart werden können. L5
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Injektor für eine Kraftstoff-Einspritzsystem derart zu verbessern, dass insbesondere kleinste Partikel aus dem Kraftstoff besonders gut herausgefiltert werden können. Diese Aufgabe wird mit den -0 Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 11 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der Beschreibung näher erläutert.
-5 Figur 1 zeigt einen handelsüblichen Injektor eines Kraft- stoff-Einspritzsystems,
Figur 2 zeigt eine per se bekannte Filtervorrichtung mit einem Stabfilter, Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem
50 in die Filtervorrichtung ein Siebfilter eingesetzt ist und Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Siebfilter.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen handelsüblichen Injektor 1, wie er beispielsweise bei einem Kraftstoff- 55 Einspritzsystem für die Dieseleinspritzung Verwendung findet. Der Injektor 1 weist einen elektrischen Anschluss 10 auf, ü- ber den ein elektrisch betriebener Aktor 11 betrieben wird. Beispielsweise weist der Aktor ein Piezoelement auf, das von entsprechenden Impulsen gesteuert wird, wobei bei einer bestimmten Impulsfolge eine bestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Am Injektor 1 wird an einem Druckanschlussstut- 5 zen 3 ein Druckrohrstutzen 2 vorzugsweise geschraubt, der die eigentliche Filtervorrichtung 5 aufnimmt, wie später noch zu Figur 2 und 3 erläutert wird. Bei bekannten Injektoren ist an dieser Stelle eine Filtervorrichtung mit einem Stabfilter eingesetzt, um im Kraftstoff enthaltene feste Partikel her- L0 auszufiltern. Am äußeren Ende des Druckrohrstutzens 2 ist ein Leitungsanschluss 4 für eine in der Figur 1 nicht näher dargestellte Kraftstoffleitung vorgesehen.
Unterhalb des Aktors 11 ist innerhalb des Injektors 1 ein
L5 Steuerventil angeordnet. Durch das Steuerventil wird die Bewegung mit einer nicht näher bezeichneten Düsennadel gesteuert, an deren Spitze dann der Kraftstoff in Abhängigkeit von den angelegten Steuerimpulsen möglichst stark vernebelt austreten kann.
.0
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung einen per se bekannten Druckrohrstutzen 2, an dessen einem Ende (linke Seite in Figur 2) ein Gewinde für einen Leitungsanschluss 7 ausgebildet ist. An dem zweiten Ende ist ebenfalls ein Gewinde für
.5 einen Injektoranschluss 6 (rechts in Figur 2) vorgesehen. Innerhalb des Druckrohrstutzens 2 ist ein ebenfalls bekanntes Stabfilter 5 angeordnet. Das Stabfilter 5 weist einige wenige längliche Spalten auf, durch die der Kraftstoff fließen kann. Mit dieser Filteranordnung wird für den Kraftstoff ein rela-
50 tiv geringer Durchgangswiderstand erzielt. Allerdings können mit dieser Anordnung beispielsweise kleine, längliche oder flache Partikel nicht vollständig zurückgehalten werden.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der 15 Erfindung, bei dem in dem Druckrohrstutzen 2 anstelle des
Stabfilters ein Siebfilter 8 angeordnet ist. Bei dieser Filtervorrichtung wird das Siebfilter 8 im Innern des Druckrohr- Stutzens 2 beispielsweise durch Einpressen oder Aufschrumpfen befestigt.
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung das Siebfilter 8, das in den Druckrohrstutzen 2 einsetzbar ist. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, das Siebfilter 8 derart auszubilden, dass es wahlweise auch an dem Druckregelventil, das in der Pumpe oder im Rail angeordnet sein kann, verwendet werden kann. ■ O
Das Siebfilter 8 wird vorzugsweise nach dem per se bekannten Tiefziehverfahren aus einem dünnwandigen Material gezogen. Die Wandung ist sehr dünn und beträgt vorzugsweise nur wenige Zehntel Millimeter. Das Gehäuse ist topfförmig ausgebildet
.5 und weist vorzugsweise an seinem offenen Ende eine Aufweitung auf, die ein einfaches Einpressen/Aufpressen in/auf dem Stutzen des Druckrohrstutzens 2 ermöglicht. Über den Umfang verteilt ist eine Vielzahl kleinster Bohrungen 9 rasterförmig angeordnet, deren Durchmesser möglichst sehr klein und nicht
:0 größer als 0,1 Millimeter betragen. Derart kleine Bohrungen 9 lassen sich beispielsweise durch Laserbohren oder durch mikromechanische Verfahren wie Ätzen einbringen. Um dennoch einen möglichst kleinen Durchflusswiderstand zu erzielen, werden sehr viele Bohrungen 9, beispielsweise 1000 eingebracht.
5 Die Anzahl der Bohrungen 9 kann dabei so groß gewählt werden, dass ihr wirksamer Gesamtquerschnitt oder Durchlassfläche größer als die eines Stabfilters ist.

Claims

Patentansprüche
1. Injektor für ein Kraftstoff-Einspritzsystem, mit wenigstens einer Filtervorrichtung, die zur Zurückhaltung von festen Bestandteilen wie Schmutz und Schwebstoffe im Kraftstoff ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (5) ein Siebfilter (8) aufweist und dass das Siebfilter (8) im Bereich des Druckanschlussstutzens (3) des Injektors (1) angeordnet ist.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebfilter (8) im wesentlichen einen zylinderförmigen Topf mit einer dünnen Wandung aufweist.
3. Injektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf durch Tiefziehen hergestellt ist.
4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Siebfilters (8) mit ei- ner Vielzahl kleinster Bohrungen (9) versehen ist, die ras- terförmig am Umfang angeordnet sind.
5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (9) einen Durchmesser von maximal 0,1 mm aufweisen.
6. Injektor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (9) durch Laserbohren eingebracht sind.
7. Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (9) durch ein mikromechanisches Verfahren wie Ätzen eingebracht sind.
8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Bohrungen (9) wenigstens so groß ist, dass ihre summarische Durchlassfläche einer Durchlassfläche eines Stabfilters entspricht.
9. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende des Siebfilters (8) derart ausgebildet ist, dass es auf den Druckanschlussstutzen (3) aufsetzbar oder in den Druckrohrstutzen einpressbar ist.
10. Filtervorrichtung für einen Injektor (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (5) ein Siebfilter (8) aufweist und dass das Siebfilter (8) derart ausgebildet ist, dass es sowohl auf den Druckanschlussstutzen (2) als auch vor das Druckregelventil, das in der Pumpe oder im Rail angeordnet ist, aufsetzbar ist.
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