Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse mit Kraftstofffilter für Hubkolbenverbrennungsmotoren mit einem Filterkörper in der Druckleitung eines Halterkörper und Düsenkörper umfassenden Düsenhalters.
Bei Einspritzdüsen, die aus hochpräzisen Passungsteilen bestehen, sind Kraftstofffilter erforderlich, um die empfindlichen Bauteile gegenüber Teilchenverunreinigungen des Kraftstoffs in Form von Spänen, abgelösten Graten oder dergl. zu schützen. Derartige Kraftstofffilter verlängern somit die Standzeit der Einspritzdüse und gewährleisten deren störungsfreien Betrieb.
Bekannte Stabfilter sind entweder im Halterkörper des Düsenhalters oder außerhalb desselben, innerhalb von Anschlußverschraubungen in die Kraftstoffdruckleitung eingesetzt. Durch eine mit Spaltbreite von der Wand des Druckkanals entfernte, in Kanalrichtung erstreckte Trennwand ermöglichen sie das Sammeln unerwünschter Rückstände in einem Schmutzraum auf einer Seite der Trennwand. Der die Trennwand in Umfangsrichtung umspülende Kraftstoff gelangt über einen Sauberraum auf der Reinseite des Stabfilters in den zum Düsenkörper führenden Druckkanal.
Die Wirksamkeit derartiger Stabfilter ist begrenzt, da sie wegen des erforderlichen Bauraums nur mit Entfernung vom Düsenkörper angeordnet werden können, und da die Rückstände den Schmutzraum zunehmend füllen, wobei sie teilweise in den Filterspalten hängenbleiben. Auf diese Weise kommt es zu Funktionsstörungen, die nur dadurch behoben werden können, daß der Stabfilter, bzw. das ihn aufnehmende Bauteil ausgewechselt wird. Bedingt durch den strengen Presssitz kann es bei der Montage derartiger Stabfilter zur Ablösung von Metallpartikeln kommen.
Eine weitere Einspritzdüse mit einem Filter wird in der EP 1 118 767 gezeigt.
Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen robusten und weitgehend wartungsfreien Kraftstofffilter für Einspritzdüsen zu schaffen, der zudem mit einer verhältnismäßig kleinen Filterfläche auskommt, so daß er möglichst nahe der Düsennadel positioniert werden kann.
Dazu ist nach dem erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag vorgesehen, daß Filterfläche bzw. Filterspalten durch Bohrungen im Filterkörper und darin beweglich angeordnete Filterelemente gebildet sind.
Auf diese Weise entsteht ein dynamisch wirkender Kraftstofffilter, bei welchem lose in den Bohrungen angeordnete Filterelemente dafür sorgen, daß die in die Bohrungen des Filterkörpers gelangenden Rückstände durch die mit der Strömung pulsierenden Filterelemente wirksam zerhämmert, zerrieben und damit zerkleinert werden, bis sie eine Teilchengröße erreicht haben, die ein Passieren des Filterspalts ermöglicht. Gerade durch den dynamischen Zerkleinerungseffekt der Filterelemente kann ein Kraftstofffilter mit verhältnismäßig kleiner Filterfläche verwirklicht werden, wobei dessen Spaltabmessungen in Anpassung an die konstruktive Ausgestaltung der Einspritzdüse auszulegen sind. Ein derartiger dynamischer Kraftstofffilter eignet sich besonders gut für Einspritzdüsen bei Direkteinspritzern, insbesondere bei solchen mit sitzgebohrten Düsen, die mit dem bekannten Stabfilter nicht mehr ausreichend geschützt werden können.
Nach einer weiteren Ausgestaltung können mehrere parallel durchströmte Bohrungen vorgesehen sein, je nach Größe der zu gewährleistenden Filterfläche. Es können in jeder Bohrung auch eine Mehrzahl von Filterelementen vorgesehen sein, um auf diese Weise den Zerkleinerungseffekt zu verbessern.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Filterelemente Kugeln sind, die mit den Wänden der Bohrungen Filterspalten bilden, aus denen die Filterfläche zusammengesetzt ist. In einer Bohrung können zwei oder mehrere dieser Kugeln hintereinander angeordnet sein. Auf diese Weise erreicht man eine besonders gute Zerkleinerungswirkung, weil mehrere Kugeln nicht nur in Strömungsrichtung, sondern auch quer dazu stark pulsieren, soweit dies im Rahmen der vorhandenen Filterspalte möglich ist.
Zur Verbesserung der Zerkleinerungswirkung der durch die intermittierende Kraftstoffströmung bewegten Filterelemente ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Druckleitung in Vorkammern des Filterkörpers ein- und/oder ausmündet, die wiederum mit der Filterfläche bzw. den Filterspalten kommunizieren. Das bedeutet, daß sowohl die Druckleitungen einerseits als auch die Bohrungen andererseits auf der Ein- und/oder Ausgangsseite der Bohrungen in Vorkammern münden, durch welche der Bewegungsweg der Filterelemente bzw. der Kugeln in Strömungsrichtung entsprechend der Dimensionierung dieser Vorkammern begrenzt wird. Die in den Vorkammern vorhandenen Rückstände werden dort in Zusammenwirken mit den angrenzenden vorzugsweise gehärteten Bauteilwänden unter der Schlagwirkung der Filterelemente zermalmt, die vorzugsweise ebenfalls gehärtet sind.
Bei Verwendung von Kugeln als bewegliche Filterelemente ist es zweckmäßig, den Kugeldurchmesser 0,01 bis 0,1 mm kleiner zu wählen als dem Bohrungsdurchmesser entspricht, wobei die maximale Spaltbreite diesem Maß entspricht.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Filterkörpers besteht darin, das dieser im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist, so daß er vorteilhaft zwischen Halterkörper und Düsenkörper eingespannt werden kann. Er bildet dann gleichzeitig die bei Einspritzdüsen üblicherweise vorhandene Zwischenplatte, welche auf beiden Seiten geläppt ist, so daß sie mit entsprechend bearbeiteten Oberflächen des Halterkörper einerseits und des Düsenkörpers andererseits eine gegenüber der Druckleitung dichte Verbindung gewährleistet.
Bei einem derartigen scheibenförmigen Filterkörper kann es zweckmäßig sein, daß die Vorkammern durch Nuten gebildet sind, welche breiter sind als der Durchmesser der Bohrungen. Bei Verwendung von Kugeln als Filterelemente ist dabei zweckmäßig, daß die Nuttiefe geringer ist als der Kugelradius, so daß die Kugel stets mit ihrem größten Durchmesser im Inneren der Bohrungen gehalten ist.
Zwecksmäßigerweise ist die Nutenform so gewählt, daß darin alle Bohrungen münden und daß daran, versetzt zu den Bohrungen, auch die Druckleitung angeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Verbindung von der Druckleitung zur Filterfläche bzw. den Filterspalten hergestellt, d. h., der Kraftstoff strömt aus der mit dem Zulauf verbundenen Druckleitung über die eingangsseitige Vorkammer durch die Bohrungen und die ausgangsseitige Vorkammer in die zur Düsennadel führende Druckleitung.
Indem der Filterkörper aus mehreren Filterscheiben zusammengesetzt wird, besteht die Möglichkeit, anstelle der die Vorkammern bildenden Nuten solche Filterscheiben mit Ausschnitten einzusetzen, welche der Nutenform entsprechen. Während durch derartige Filterscheiben die Vorkammern ausgebildet werden, ist eine weitere Filterscheibe erforderlich, in welcher die Bohrungen eingebracht sind. Zusammengesetzt ergeben alle Filterscheiben den erfindungsgemäßen Filterkörper.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vier innerhalb eines halben Umfangs verteilte Bohrungen vor, die durch eine Vorkammer in Form einer teilkreisförmigen Nut miteinander verbunden sind. Im Rahmen der Erfindung besteht jedoch die Möglichkeit, noch weitere Bohrungen in der anderen Hälfte des Filterkörpers anzubringen, sollte eine entsprechend vergrößerte Filterfläche erforderlich sein. Zwischen den Bohrungen ist noch Platz vorzusehen, für die Anordnung wenigstens zweier Fixierstifte und den gegenüber den Bohrungen versetzten Anschluß der Kraftstoffdruckleitung.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
Die Figuren 1 bis 4 zeigen verschiedene Schnitte einer Einspritzdüse 1, deren Düsenhalter 2 einen Halterkörper 3 und einen Düsenkörper 4 umfaßt. Im Halterkörper 3 ist eine Druckfeder 5 aufgenommen, welche über einen Druckbolzen 6 gegen eine Düsennadel 7 vorgespannt ist. Zwischen Halterkörper 3 und Düsenkörper 4 befindet sich eine Zwischenplatte, welche als scheibenförmiger Filterkörper 8 ausgebildet ist. Halterkörper 3 und Düsenkörper 4 sind mittels einer Düsenspannmutter 9 gegeneinander verspannt und mittels zweier Fixierstifte 10 zueinander zentriert. Am Halterkörper ist ein Kraftstoffzulauf 11 über eine Anschlußverbindung 12 an eine Druckleitung 13 angeschlossen, deren oberer Abschnitt 14 über den Filterkörper 8 und einen unteren Abschnitt 15 mit einem Ringraum 16 zum Betätigen der Düsennadel 7 in Verbindung steht. Am oberen Ende des die Druckfeder 5 enthaltenden Niederdruckraums ist ein Leckanschluß 17 vorgesehen. Soweit die genannten Bauteile in den Figuren 1 bis 4 vorkommen, sind sie mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Schnitte gemäß den Figuren 3 und 4 zeigen denselben Querschnitt; sie unterscheiden sich lediglich durch unterschiedliche Angaben zu den Schnittverläufen der zugehörigen Axialschnitte gemäß den Figuren 1 und 2. Der Schnittverlauf I-I gemäß Figur 3 betrifft die Darstellung nach Figur 1; der Schnittverlauf gemäß II-II gemäß Figur 4 betrifft die Darstellung nach Figur 2. Während auf der rechten Seite der Schnittdarstellung nach den Figuren 1 und 2 die Schnittebene jeweils durch einen Fixierstift 10 gelegt ist, unterscheiden sich deren bezüglich der Längsachse linken Schnittseiten voneinander; in Figur 1 verläuft die entsprechende Schnittebene durch die Kraftstoffdruckleitung 13; in Figur 2 verläuft die entsprechende Schnittebene durch eine von insgesamt vier Bohrungen 18 im Filterkörper 8. In jeder dieser Bohrungen 18 befindet sich ein Filterelement in Form einer Kugel 19, welche im Betrieb der Einspritzpumpe zwischen Anschlagflächen hin- und hergeschleudert wird, deren eine durch den Halterkörper 3 die andere durch den Düsenkörper 4 gebildet ist. Auf beiden Seiten zwischen der Kugel 19 und den zugeordneten Anschlagflächen befindet sich eine Vorkammer 20, wie aus zeichnerischen Gründen genauer in der Vergrößerung zu Figur 5 angegeben ist.
Der Filterkörper in der Ausführungsform gemäß Figur 5 unterscheidet sich von demjenigen gemäß den Figuren 1 bis 4 nur dadurch, daß in der Bohrung 18 zwei Kugeln 19 eingefüllt sind, während bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 4 nur eine einzige Kugel 19 vorgesehen ist, wie in Figur 2 erkennbar. Im übrigen zeigt Figur 5 den Filterkörper 8 als solchen, d.h., mit einer zentralen Bohrung 21 für die Düsennadel 7 und einer weiteren Bohrung 22 für einen Fixierstift 10. Die beiden Stirnseiten des Filterkörpers 8 sind geläppt, so daß sie dicht an den ebenfalls geläppten Stirnseiten des Halterkörpers 3 einerseits und des Düsenkörpers 4 andererseits anliegen. Die Vergrößerung V zur Figur 5 verdeutlicht die Ausbildung der Vorkammern 20 durch eine Nut 23, welche wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt, einen Teilkreisbogen beschreibt und damit alle Bohrungen 18 miteinander verbindet. Entsprechend der gewählten Nuttiefe schlagen die Kugeln 19 unter der Wirkung der intermittierenden Hochdruckströmung in der Druckleitung 13 in axialer Richtung gemäß Doppelpfeil 24 aneinander bzw. gegen die angrenzenden Anschlagflächen, welche gebildet sind durch die zugewandte Stirnseite 25 des Halterkörpers 3 einerseits und die gegenüberliegende Stirnseite 26 des Düsenkörpers 4 andererseits. Entsprechend ihrem freien Hub in axialer Richtung wirken die Kugeln 19 hammerartig gegen Metallspäne und dergleichen Rückstände, solange sich diese im Wirkungsbereich der Kugeln 19 befinden. Sie können die Bohrungen 18 passieren, wenn sie entweder von vornherein kleiner sind als die in der Vergrößerung V gezeichnete Spaltbreite zwischen Kugelumfang und Bohrungswand oder nachdem sie unter der Wirkung der Kugeln 19 entsprechend zerkleinert worden sind. Unter dieser dynamischen Zerkleinerungswirkung der Kugeln 19 gelingt es, Rückstände aus Metallspänen, Gratteilen und dergleichen, die sich in den Vorkammern ansammeln, derart zu zermalen, daß sie die Filterspalten überwinden können, so daß ein wartungsfreies Kraftstofffilter entsteht.
Bei zwei übereinander angeordneten Kugeln wird diese Wirkung noch dadurch verbessert, daß die Mahlwirkung auch in Querrichtung gemäß den Doppelpfeilen 27 eintritt, da sich die Kugeln stets gegeneinander aus ihrer Mittenlage ablenken. In der Darstellung gemäß Vergrößerung. V befindet sich die obere Kugel 19 in der linken, die untere Kugel 19 in der rechten Anlage an der Wand der Bohrung 18, so daß jeweils auf der gegenüberliegenden Seite der maximale Filterspalt gebildet ist, d.h., die Kugeln 19 ermöglichen den Durchtritt entsprechend dem gekrümmten Pfeil 28.