Stand der TechnikState of the art
Die
Erfindung geht von einer Lochscheibe nach der Gattung des Anspruchs
1, von einem Brennstoffeinspritzventil mit einer Lochscheibe nach der
Gattung des Anspruchs 9 und von einem Verfahren zur Herstellung
einer Lochscheibe nach der Gattung des Anspruchs 10 aus.The
Invention is based on a perforated disc according to the preamble of the claim
1, from a fuel injector with a perforated disc after the
Genus of claim 9 and of a process for the preparation
a perforated disc according to the preamble of claim 10.
Eine
Hauptanforderung an Brennstoffeinspritzventile für die Saugrohreinspritzung
ist die definierte zeitliche und örtliche Mengenverteilung des Kraftstoffsprays.
Durch die gegebene Einbausituation des Ventils im Saugrohr ist es
in vielen Fällen
zum definierten Aufbau des Sprays sowie eines Kraftstofffilms an
der Saugrohrwandung erforderlich, die Mengenverteilung im Spray
von der Ventilachse um einen Winkel γ abweichend zu gestalten. Um
einen ausreichend großen γ-Winkel zu
erzielen, sind im Stand der Technik die folgenden Lösungen bekannt:
Spritzlochscheiben werden mit nicht orthogonal zur Oberfläche gestanzten
Löchern
hergestellt; die Spritzlochscheibe weist orthogonal zur Oberfläche verlaufende
Löcher
auf, ist jedoch selbst schräg
relativ zur Ventilachse angeordnet; oder eine Schrägstellung
der Spritzlöcher
der Lochscheibe wird erzielt durch ihre Anordnung im Bereich einer
kalottenförmigen
Ausprägung
der Spritzlochscheibe. Die aufgezählten Varianten können weiterhin
mit einer asymmetrischen Verteilung der Spritzlöcher auf der Lochscheibe bzw. auf
dem Zerstäubervorsatz
kombiniert werden.A
Main requirement for fuel injection valves for port injection
is the defined temporal and local quantity distribution of the fuel spray.
Due to the given installation situation of the valve in the intake manifold, it is
in many cases
to the defined structure of the spray as well as a fuel film
the Saugrohrwandung required, the quantity distribution in the spray
to deviate from the valve axis by an angle γ. Around
a sufficiently large γ-angle
In the prior art, the following solutions are known:
Spray orifice plates are punched with non-orthogonal to the surface
holes
produced; the spray perforated disk has orthogonal to the surface
holes
but it is even slanted
arranged relative to the valve axis; or an inclination
the spray holes
the perforated disc is achieved by their arrangement in the region of
dome
shaping
the spray perforated disk. The enumerated variants can continue
with an asymmetric distribution of the injection holes on the perforated disc or on
the atomizer attachment
be combined.
Aus
der WO 96/11335 ist
ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, an dessen stromabwärtigen Ende
ein mehrscheibiger Zerstäubungsvorsatz
mit einer Drallaufbereitung angeordnet ist. Dieser Zerstäubungsvorsatz
ist stromabwärts
eines in einem Ventilsitzträger
eingebauten scheibenförmigen
Führungselements
vorgesehen, wobei ein zusätzliches Stützelement
den Zerstäubungsvorsatz
in einer definierten Position hält.
Der Zerstäubungsvorsatz
ist zweischeibig bzw. vierscheibig ausgeführt, wobei die einzelnen Scheiben
aus rostfreiem Stahl oder Silizium hergestellt sind. Entsprechend
kommen bei der Herstellung der Öffnungsgeometrien
in den Scheiben konventionelle Bearbeitungsverfahren zum Einsatz wie
Erodieren, Stanzen oder Ätzen.
Jede einzelne Scheibe des Zerstäubervorsatzes
wird separat gefertigt, wonach entsprechend der gewünschten
Scheibenanzahl alle gleich großen
Scheiben zur Bildung des vollständigen
Zerstäubungsvorsatzes
aufeinander gestapelt werden.From the WO 96/11335 a fuel injection valve is known, at the downstream end of a multi-disc atomizing attachment is arranged with a twist treatment. This sputtering attachment is provided downstream of a disc-shaped guide element installed in a valve seat carrier, wherein an additional support element holds the sputtering attachment in a defined position. The sputtering attachment is designed with two discs or four discs, with the individual discs made of stainless steel or silicon. Correspondingly, in the production of the opening geometries in the panes, conventional processing methods are used, such as eroding, stamping or etching. Each individual slice of the atomizer attachment is manufactured separately, after which, according to the desired number of slices, all slices of the same size are stacked on one another to form the complete atomizing attachment.
In
der DE-OS 196 07 288
A1 wurde die sogenannte Multilayergalvanik zur Herstellung
von Lochscheiben beschrieben. Dieses Herstellungsverfahren für Lochscheiben
sieht mehrfaches galvanisches Metallabscheiden verschiedener Strukturen
aufeinander vor, so dass eine einteilige Scheibe geschaffen wird.In the DE-OS 196 07 288 A1 the so-called multilayer electroplating was described for the production of perforated disks. This production method for perforated disks provides multiple electroplating of various structures on each other, so that a one-piece disk is created.
In
der DE 198 15 80 A1 ist
ein Brennstoffeinspritzventil beschrieben, welches eine sehr hohe
Zerstäubungsgüte eines abzuspritzenden
Brennstoffs sowie eine variabel gestaltbare Strahl- bzw. Sprayformung
erzielt. Eine Kombination von Multilayergalvanik-Drallscheiben in
Verbindung mit Spritzlochscheiben wird dazu eingesetzt, wobei die
statische Abspritzmenge und die die Strahlwinkel betreffenden Strahlparameter
durch die geometrische Anordnung der beiden Scheiben mit den entsprechenden
Abspritzgeometrien getrennt voneinander einstellbar sind. Die Einstellung
der statischen Strömungsmenge
erfolgt mit der Drallscheibe während
der Strahlwinkel des Sprays (sowohl der Öffnungswinkel des eigentlichen
Strahls bzw. Sprays als auch der Spraywinkel γ zur Ventillängsachse bei Schrägabspritzung) mit
der Spritzlochscheibe eingestellt werden. Um ein zur Ventillängsachse
schräg
geneigtes Spray zu erzeugen, verläuft die an der oberen Stirnseite
der Spritzlochscheibe mittig beginnende Auslassöffnung schräg geneigt zur Ventillängsachse
und endet an der unteren Stirnseite außermittig, wobei die Neigung der
Auslassöffnung
den Strahlwinkel des Gesamtsprays zur Ventilachse bestimmt.In the DE 198 15 80 A1 a fuel injection valve is described, which achieves a very high atomization quality of a fuel to be sprayed and a variably formable jet or spray molding. A combination of multi-layer electroplated swirl disks in conjunction with spray perforated disks is used, wherein the static spray quantity and the jet parameters relating to the beam angle can be adjusted separately from one another by the geometrical arrangement of the two disks with the corresponding spray geometries. The adjustment of the static flow rate takes place with the swirl disk while the spray angle of the spray (both the opening angle of the actual jet or spray and the spray angle γ to the valve longitudinal axis with oblique spray) can be adjusted with the spray perforated disk. In order to produce a spray inclined obliquely to the longitudinal axis of the valve, the outlet opening beginning centrally at the upper end side of the spray perforated plate extends obliquely inclined to the valve longitudinal axis and ends eccentrically at the lower end side, wherein the inclination of the outlet opening determines the jet angle of the total spray to the valve axis.
Nachteilig
bei den bekannten Lösungen
ist jedoch, dass die Designmöglichkeiten
begrenzt sind und insbesondere der darstellbare γ-Winkel begrenzt ist. Zudem
sind die oben genannten Herstellungsverfahren mit hohen Kosten verbunden.
Darüber
hinaus haben die mit konventionellen Verfahren wie Stanzen, Erodieren
usw. hergestellten Spritzlöcher
normalerweise einen runden bzw. rotationssymmetrischen Querschnitt
und weisen üblicherweise
einen zylindrischen oder kegelförmigen
Lochverlauf im Längsschnitt
auf. Ausgehend von diesen geometrischen Randbedingungen ist jedoch
nur eine eingeschränkte
Strahlablenkung aus der Ventilachse darstellbar.adversely
in the known solutions
However, that is the design possibilities
are limited and in particular the representable γ angle is limited. moreover
For example, the production methods mentioned above are associated with high costs.
About that
In addition, those with conventional methods such as punching, eroding
etc. spray holes produced
usually a round or rotationally symmetrical cross section
and usually show
a cylindrical or conical
Hole course in longitudinal section
on. However, starting from these geometric constraints is
only a limited
Beam deflection from the valve axis can be displayed.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Demgegenüber haben
die erfindungsgemäße Lochscheibe
mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs 1 und
das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit dieser Lochscheibe mit dem kennzeichnenden Merkmal des nebengeordneten
Hauptanspruchs 9 den Vorteil, dass aufgrund des verkleinerten
Durchmessers der abspritzseitigen Austrittsöffnung gegenüber der
zulaufseitigen Eintrittsöffnung
des Durchgangs des zumindest einen Spritzlochs der Lochscheibe eine
einseitige Einschnürung
der Spritzlochöffnung
durch den geometrisch definierten teilweisen Verschluss des ausströmseitigen
Endes des Spritzlochs entsteht, was eine gezielte und in einem weiten
Winkelbereich einstellbare Umlenkung des Kraftstoffstrahls innerhalb
der Spritzlochscheibe ermöglicht.
Diese Art von Geometrien lässt
sich nicht mit den konventionellen Verfahren wie z. B. Erodieren
oder Stanzen der Löcher
erzielen, sie sind jedoch mittels der erweiterten bzw. neuartigen Formgebungsfreiheitsgrade
des Mikrogalvanoformungsverfahrens möglich.In contrast, the perforated disk according to the invention with the characterizing feature of the main claim 1 and the fuel injection valve according to the invention with this perforated disc with the characterizing feature of the independent claim 9 the advantage that due to the reduced diameter of the discharge-side outlet opening opposite the inlet-side inlet opening of the passage of at least one injection hole of the perforated disc a one-sided constriction of the injection hole opening by the geometrically defined partial closure of the outflow end of the injection hole is formed, which is a targeted and adjustable in a wide angular range Redirecting the fuel jet within the spray perforated disk allows. This kind of geometries can not with the conventional methods such. B. eroding or punching of the holes, but they are possible by means of the extended or novel shaping degrees of freedom of the Mikrogalvanoformungsverfahrens.
Gemäß der Erfindung
wird eine Lochscheibe mittels des Mikrogalvanoformungsverfahrens
hergestellt, welches aus einer Abfolge von Fotolithographie- und
Galvanoformungsschritten besteht, wobei neben dem Auffüllen einer
Fotolackstruktur durch senkrechtes Wachstum bei übereinander liegenden abgestuften
Fotolacklagen auch gleichzeitiges vertikales und horizontales Wachstum
des Galvanomaterials, ein so genanntes „laterales Überwachsen" erreicht wird. Vorzugsweise
wird das Maß der
Einschnürung des
Spritzlochs durch die dezentrale Positionierung von zwei Fotolacktürmen zueinander
sowie des Durchmessers des kleineren Fotolackturms bestimmt.According to the invention
becomes a perforated disk by means of Mikrogalvanoformungsverfahrens
made of a sequence of photolithography and
Electroplating steps, wherein in addition to the filling of a
Photoresist structure by vertical growth with superposed graded
Photoresist layers also have simultaneous vertical and horizontal growth
of the galvanic material, a so-called "lateral overgrowth" is achieved
becomes the measure of
Constriction of the
Spray hole through the decentralized positioning of two photoresist towers to each other
and the diameter of the smaller photoresist tower determined.
Zeichnungdrawing
Ein
Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik und
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lochscheibe
sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:One
embodiment
a fuel injection valve according to the prior art and
an embodiment
the perforated disc according to the invention
are shown in simplified form in the drawing and are used in the
following description
explained.
Show it:
1 ein
Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand
der Technik; 1 a fuel injection valve according to the prior art;
2a-2c den
Prozessablauf zur Herstellung von Spritzlöchern mit Kanal-Trichter-Form; 2a - 2c the process sequence for the production of spray holes with channel funnel shape;
3a-3d die
in 2a-2c beschriebenen Verfahrensschritte
mit der erfindungsgemäßen Anordnung
der ersten und zweiten Fotoresistlagen; 3a - 3d in the 2a - 2c described method steps with the inventive arrangement of the first and second photoresist layers;
3d die
erfindungsgemäße Spritzlochkonfiguration
von oben; und 3d the injection hole configuration according to the invention from above; and
4a, 4b ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Spritzlochkonfiguration; 4a . 4b a further embodiment of the injection hole configuration according to the invention;
5a, 5b noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Spritzlochkonfiguration;
und 5a . 5b Yet another embodiment of the injection hole configuration according to the invention; and
6 einen
Düsenabschnitt
eines Brennstoffeinspritzventils. 6 a nozzle portion of a fuel injection valve.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
1 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil 10 zum
direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 10 weist einen von einer
Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen als Innenpol
eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen hohlzylindrischen Kern 2 auf. Ein
gestufter Spulenkörper 3 aus
Kunststoff nimmt die Magnetspule 1 auf und ermöglicht in
Verbindung mit dem Kern 2 und einem ringförmigen,
nichtmagnetischen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 4 einen
kompakten Aufbau im Bereich der Magnetspule 1. 1 shows a schematic cross section through an electromagnetically actuated fuel injection valve 10 for direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel injector 10 has one of a magnetic coil 1 at least partially surrounded as inner pole of a magnetic circuit serving, tubular hollow cylindrical core 2 on. A stepped bobbin 3 made of plastic takes the solenoid 1 on and allows in conjunction with the core 2 and an annular, nonmagnetic, magnetic coil 1 partially surrounded intermediate part 4 a compact design in the field of magnetic coil 1 ,
In
dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsöffnung 7 vorgesehen,
die sich entlang einer Ventillängsachse 8 erstreckt.
Mit dem Kern 2 oberhalb der Magnetspule 1 fest
verbunden ist ein äußeres metallisches
Gehäuseteil 14,
das als Außenpol
den Magnetkreis schließt
und die Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig umgibt.
In der Längsöffnung 7 des
Kerns 2 ist zulaufseitig ein Brennstofffilter 15 vorgesehen.
Der Kern 2 bildet mit dem Gehäuseteil 14 das zulaufseitige
Ende des Brennstoffeinspritzventils 10, wobei sich das
obere Gehäuseteil 14 beispielsweise
in axialer Richtung stromabwärts
gesehen gerade noch über
die Magnetspule 1 hinaus erstreckt.In the core 2 is a continuous longitudinal opening 7 provided, extending along a valve longitudinal axis 8th extends. With the core 2 above the magnetic coil 1 firmly connected is an outer metallic housing part 14 , which closes the magnetic circuit as outer pole and the magnetic coil 1 completely surrounds at least in the circumferential direction. In the longitudinal opening 7 of the core 2 is a fuel filter on the inlet side 15 intended. The core 2 forms with the housing part 14 the inlet end of the fuel injection valve 10 , where the upper housing part 14 For example, seen in the axial direction downstream just about the solenoid 1 extends beyond.
An
das obere Gehäuseteil 14 schließt sich dicht
und fest ein unteres rohrförmiges
Gehäuseteil 14 an,
welches z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus einem
Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bez.
einem lang gestreckten Ventilsitzträger 21 aufnimmt. Die
beiden Gehäuseteile 14 und 18 sind
fest miteinander verbunden. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und
dem Ventilsitzträger 21 erfolgt
mittels eines Dichtrings 22. Der Ventilsitzträger 21 besitzt über seine
gesamte axiale Ausdehnung eine innere Durchgangsöffnung 24, die konzentrisch
zu der Ventillängsachse 8 verläuft.To the upper housing part 14 closes tightly and firmly a lower tubular housing part 14 to which z. B. an axially movable valve member consisting of an anchor 19 and a rod-shaped valve needle 20 bez. an elongated valve seat carrier 21 receives. The two housing parts 14 and 18 are firmly connected. The seal between the housing part 18 and the valve seat carrier 21 takes place by means of a sealing ring 22 , The valve seat carrier 21 has over its entire axial extent an inner passage opening 24 that are concentric with the valve longitudinal axis 8th runs.
Mit
seinem unteren Ende, das auch zugleich den stromabwärtigen Abschluss
des Brennstoffeinspritzventils 10 darstellt, umgibt der
Ventilsitzträger 21 ein
in der Durchgangsöffnung 24 eingepasstes scheibenförmiges Ventilsitzelement 26 mit
einer sich stromabwärts
kegelstumpfförmig
verjüngenden
Ventilsitzfläche 27.
In der Durchgangsöffnung 24 ist
eine Ventilnadel 20 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende
einen Ventilschließabschnitt 28 aufweist. Dieser
Ventilschließabschnitt 28 wirkt
in bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement 26 vorgesehenen Ventilsitzfläche 27 zusammen.
Die Betätigung
des Brennstoffeinspritzventils 10 erfolgt in bekannter Weise
elektromagnetisch.With its lower end, which also includes the downstream end of the fuel injector 10 represents surrounds the valve seat carrier 21 one in the passage opening 24 fitted disk-shaped valve seat element 26 with a downstream of the truncated cone tapered valve seat surface 27 , In the passage opening 24 is a valve needle 20 arranged at its downstream end a valve closing portion 28 having. This valve closing section 28 acts in a known manner with the valve seat member 26 provided valve seat surface 27 together. The operation of the fuel injection valve 10 takes place in a known manner electromagnetically.
Zur
axialen Bewegung der Ventilnadel 20 und damit zum Öffnen entgegen
der Federkraft einer in der Längsöffnung 7 des
Kerns 2 angeordneten Rückstellfeder 17 bzw.
Schließen
des Brennstoffeinspritzventils 10 dient der elektromagnetische
Kreis. Zur Führung
der Ventilnadel 20 während
ihrer Axialbewegung dient einerseits eine im Ventilsitzträger 21 vorgesehene
Führungsöffnung 13 und
andererseits ein stromaufwärts
des Ventilsitzelements 22 angeordnetes Führungselement 22 mit
einer Führungsöffnung 23.
Der Anker 19 ist während
seiner Axialbewegung von dem Zwischenteil 4 umgeben.For the axial movement of the valve needle 20 and thus to open against the spring force in the longitudinal opening 7 of the core 2 arranged return spring 17 or closing the fuel injection valve 10 serves the electromagnetic circuit. To guide the valve needle 20 during its axial movement on the one hand serves in the valve seat carrier 21 provided guide opening 13 and on the other hand, an upstream of the valve seat member 22 arranged guide element 22 with a guide opening 23 , The anchor 19 is during its axial movement of the intermediate part 4 surround.
Stromabwärts der
Ventilsitzfläche 27 folgt
in einer Vertiefung 15 des Ventislsitzelements 26 eine Drallscheibe 25.
In der Vertiefung 15 ist weiterhin eine der Drallscheibe 25 nachgeordnete
Lochscheibe 5 eingebracht, wobei die Auslassöffnung 16 konzentrisch
zur Ventillängsachse
verläuft.Downstream of the valve seat surface 27 follows in a recess 15 the Ventislsitzelements 26 a swirl disk 25 , In the depression 15 is still one of the swirl disk 25 downstream perforated disk 5 introduced, wherein the outlet opening 16 runs concentrically to the valve longitudinal axis.
2a bis 2c zeigen
den Prozessablauf zur Herstellung eines Spritzlochs 6 mit
Kanal-Trichter-Form. Dabei wird ein Mikrostrukturierungsverfahren
angewendet, welches auf der sukzessiven Anwendung von photolithographischen
Schritten (UV-Tiefenlithographie) und anschließender Mikrogalvanik beruht.
Charakteristisch für
das Verfahren ist, dass es auch in großflächigem Maßstab eine hohe Präzision der
Strukturen gewährleistet,
so dass auch große
Stückzahlen
ideal mittels dieser Technik herstellbar sind. 2a to 2c show the process flow for the production of a spray hole 6 with channel funnel shape. In this case, a microstructuring method is applied, which is based on the successive application of photolithographic steps (UV depth lithography) and subsequent Mikrogalvanik. Characteristic of the method is that it ensures a high precision of the structures even on a large scale, so that even large quantities can be produced ideally by means of this technique.
In 2a ist
ein Substrat bzw. Trägermaterial 9 mit
einer darauf aufgebrachten ersten und zweiten Fotoresistlage 11 bzw. 12 gezeigt.
Das ebene und stabile Substrat 9 besteht z. B. aus Metall
(z. B. Kupfer), Silizium, Glas oder Keramik. Die üblichen
Dicken des Substrats liegen bei 500 μm bis 2 mm. Nach der Reinigung
des Substrats 9 wird bei Verwendung eines elektrisch nicht
leitenden Materials, wie Glas oder Silizium, zunächst wenigstens eine Hilfsschicht (nicht
gezeigt, z. B. aus Kupfer) auf das Substrat 9 aufgalvanisiert,
die zur elektrischen Leitung für
die spätere
Mikrogalvanik benötigt
wird, jedoch kann diese Schicht auch als Opferschicht dienen, um
später ein
einfaches Vereinzeln der Lochscheibenstrukturen z. B. durch Ätzung zu
ermöglichen.
Falls Kupfer als Opfer-/Galvanikstartschicht
verwendet wird, muss eine dünne
(z. b. 80 nm) Chromschicht als Haftschicht (nicht dargestellt)
zwischen dem Substrat 9 und der Galvanikstartschicht aufgebracht
werden.In 2a is a substrate or carrier material 9 with a first and second photoresist layer applied thereto 11 respectively. 12 shown. The flat and stable substrate 9 exists z. B. of metal (eg., Copper), silicon, glass or ceramic. The usual thicknesses of the substrate are 500 μm to 2 mm. After cleaning the substrate 9 When using an electrically non-conductive material, such as glass or silicon, at least one auxiliary layer (not shown, eg made of copper) is initially applied to the substrate 9 galvanized, which is needed for electrical conduction for the subsequent microplating, but this layer can also serve as a sacrificial layer, to later simplify the singling of the perforated disc structures z. B. to allow by etching. If copper is used as the sacrificial / electroplating starter layer, a thin (eg 80 nm) chromium layer must be used as an adhesive layer (not shown) between the substrate 9 and the electroplating start layer are applied.
Das
Aufbringen der Hilfsschicht geschieht z. B. durch Sputtern oder
durch stromlose Metallabscheidung. Nach der Vorbehandlung des Substrats 9 wird
auf die optionale Hilfsschicht eine erste Lage 11 eines
Photoresists (Photolack) aufgebracht, z. B. durch Laminieren eines
Festresists, Aufschleudern eines Flüssigresists oder Aufschleudern
eines Polyimids in flüssigem
Zustand. Die zu realisierende Metallstruktur wird mit Hilfe einer
photolithographischen Maske invers in den Photoresist 11 übertragen.
Die anschließende
Belichtung der ersten Lage 11 des Photoresists kann direkt über die
Maske mittels UV-Belichtung
erfolgen oder auf dem Photoresist kann ein Oxid oder ein Nitrid
abgeschieden werden, welches photolithographisch strukturiert als
Maske für
einen Trockenätzprozess
des Photoresists dient.The application of the auxiliary layer happens z. B. by sputtering or by electroless metal deposition. After pretreatment of the substrate 9 is on the optional auxiliary layer a first layer 11 a photoresist (photoresist) applied, z. B. by laminating a solid resist, spin coating a liquid resist or spin coating a polyimide in the liquid state. The metal structure to be realized is inverted in the photoresist by means of a photolithographic mask 11 transfer. The subsequent exposure of the first layer 11 the photoresist can be applied directly over the mask by means of UV exposure, or an oxide or nitride can be deposited on the photoresist, which photolithographically structured serves as a mask for a dry etching process of the photoresist.
Außerdem kann
Laserablation angewendet werden. Nach der Entwicklung des UV-belichteten Photoresists
der ersten Lage 11 ergibt sich eine durch die Maske vorbestimmte
Struktur im Photoresist. Diese Struktur stellt die Negativstruktur
zur späteren
Schicht der Lochscheibe 5 dar. Die oben genannten Schritte
werden wiederholt, d. h. es wird auf der ersten Fotoresistlage 11 eine
zweite Fotoresistlage 12 auf die gleiche Art und Weise
wie oben bezüglich
der Applikation, des Maskierens, Belichtens und Entwickelns beschrieben,
gebildet.In addition, laser ablation can be used. After the development of the UV-exposed photoresist of the first layer 11 this results in a structure predetermined by the mask in the photoresist. This structure makes the negative structure the later layer of the perforated disc 5 The above steps are repeated, ie it is on the first photoresist layer 11 a second photoresist layer 12 in the same manner as described above with respect to the application, masking, exposing and developing.
Danach
wird eine Mikrogalvanoformung in einem einstufigen Prozess mit lateralem Überwachsen
der ersten Fotoresistlage 11 angewandt (siehe 2b).
Bei dem lateralen Überwachsen
erfolgt die Herstellung der untersten Schicht 30 in bekannter Weise,
wobei das galvanisch abzuscheidende Metall in der bekannten Form
um die Photoresiststruktur bis zur Oberkante des Photoresists wächst. Danach wächst jedoch
die Galvanik über
den Photoresist hinaus. Das Überwachsen
der Photoresiststruktur erfolgt in horizontaler und vertikaler Richtung
ungefähr in
gleicher Größenordnung,
so dass ein trichterförmiger
Bereich 29 des Spritzlochs 5 ausgebildet wird.Thereafter, a microgalvanization is performed in a one-step process with lateral overgrowth of the first photoresist layer 11 applied (see 2 B ). In the lateral overgrowth, the production of the lowest layer takes place 30 in a known manner, wherein the metal to be deposited in the known form grows around the photoresist structure to the upper edge of the photoresist. Thereafter, however, the electroplating grows beyond the photoresist. The overgrowth of the photoresist structure takes place in the horizontal and vertical direction approximately of the same order of magnitude, so that a funnel-shaped region 29 the injection hole 5 is trained.
Bei
der Wahl des abzuscheidenden Materials spielen Faktoren wie mechanische
Festigkeit, chemische Beständigkeit,
Schweißbarkeit
usw. eine Rolle. Üblicherweise
kommen Ni, NiCo, NiFe oder Cu bei diesem Prozess zum Einsatz.at
The choice of the material to be deposited is based on factors such as mechanical ones
Strength, chemical resistance,
weldability
etc. a role. Usually
Ni, NiCo, NiFe or Cu are used in this process.
Abschließend erfolgt
das Vereinzeln der Lochscheiben 5. Dazu wird die Opferschicht
weggeätzt,
wodurch die Lochscheiben 5 von dem Substrat 9 abheben.
Danach werden die Galvanikstartschichten durch Ätzung entfernt und der verbliebene
Photoresist aus den Metallstrukturen herausgelöst. Dies kann z. B. durch KOH-Behandlung
oder durch ein Sauerstoffplasma bzw. mittels Lösungsmittel (z. B. Aceton)
bei Polyimiden ermöglicht
werden. Diese Prozesse des Herauslösens sind unter dem Oberbegriff „Strippen" bekannt.Finally, the separation of the perforated discs takes place 5 , For this purpose, the sacrificial layer is etched away, whereby the perforated discs 5 from the substrate 9 take off. Thereafter, the electroplating starting layers are removed by etching and the remaining photoresist is dissolved out of the metal structures. This can be z. B. by KOH treatment or by an oxygen plasma or by means of solvents (eg., Acetone) in polyimides. These processes of detachment are known by the generic term "stripping".
Das
in 2c dargestellte Spritzloch 6 weist einen
Durchmesser von ca. 210 μm
auf. Auf die oben beschriebene Weise können runde, ovale oder mehreckige Öffnungen
erzielt werden. Mit Hilfe des lateralen Überwachsens wird besonders
die Zeit der Herstellung der Lochscheibe 5 deutlich verringert.This in 2c illustrated injection hole 6 has a diameter of about 210 microns. In the manner described above, round, oval or polygonal openings can be achieved. With the help of lateral overgrowth, especially the time of production of the perforated disc becomes 5 significantly reduced.
3a bis 3d zeigen
die oben beschriebenen Verfahrensschritte mit der erfindungsgemäßen Anordnung
der ersten und zweiten Fotoresistlage 11, 12 bzw.
die erfindungsgemäße dezentrale
Anordnung der abspritzseitigen Austrittsöffnung 31 gegenüber der
zulaufseitigen Eintrittsöffnung 32 mit verkleinerten
Durchmesser der Austrittsöffnung 31. 3a to 3d show the method steps described above with the inventive arrangement of the first and second photoresist layer 11 . 12 or the decentralized invention Order of the discharge-side outlet opening 31 opposite the inlet-side inlet opening 32 with reduced diameter of the outlet opening 31 ,
In 3a ist
dargestellt, wie die erste Fotoresistlage 11 auf dem Substrat 9 aufgebracht
ist, und auf der ersten Fotoresistlage 11 ist wiederum
die zweite Fotoresistlage 12 aufgebracht. Die erste Fotoresistlage 11 ist
rund bzw. zylindrisch und weist einen größeren Durchmesser jedoch eine
geringere Höhe als
die zweite Photoresistlage 12 auf. Die zweite Photoresistlage 12 ist
ebenfalls rund bzw. zylindrisch und mit ihrem Zentrum versetzt zu
dem Zentrum der ersten Photoresistlage 11 angeordnet.In 3a is shown as the first photoresist layer 11 on the substrate 9 is applied, and on the first photoresist layer 11 is again the second photoresist layer 12 applied. The first photoresist layer 11 is round or cylindrical and has a larger diameter but a lower height than the second photoresist layer 12 on. The second photoresist layer 12 is also round or cylindrical and with its center offset to the center of the first photoresist layer 11 arranged.
In 3b ist
das Stadium dargestellt, in welchem das den Fotolithographieschritten
folgende Mikrogalvanoformungsverfahren bereits stattgefunden hat
und durch laterales Überwachsen
eine trichterförmige Öffnung,
welche die spätere
abspritzseitige Austrittsöffnung 31 der
Lochscheibe 5 darstellt, gebildet worden ist.In 3b the stage is shown, in which the photolithography steps following Mikrogalvanoformungsverfahren has already taken place and by lateral overgrowth, a funnel-shaped opening which the later spray discharge side opening 31 the perforated disc 5 represents, has been formed.
In 3c ist
schließlich
durch den letzten Verfahrensschritt des Strippens ein Spritzloch 6 in
einer Lochscheibe 5 gebildet worden, aus welchem ein Spray
in einem Winkel γ abgespritzt
werden kann. Das Spritzloch 6 ist dabei derartig gebildet,
dass ein Durchgang 33 eine zuströmseitige Eintrittsöffnung 32 aufweist,
welche einen größeren Durchmesser
als eine sich daran anschließende abspritzseitige
Austrittsöffnung 31.
Der Durchgang 33 weist weiterhin einen ersten hohlzylindrischen
Abschnitt 35 mit einer geringeren Höhe als ein zweiter hohlzylindrischer
Abschnitt 36 auf, welcher die Austrittsöffnung 31 bildet. Im
Anschluss an die abspritzseitige Austrittsöffnung 31 ist an dem
abspritzseitigen Ende der Lochscheibe 5 ein trichterförmiger Bereich 29 ausgebildet,
welcher die abspritzseitige Austrittsöffnung 31 zumindest
teilweise abdeckt.In 3c Finally, by the last process step of stripping a spray hole 6 in a perforated disk 5 has been formed, from which a spray can be sprayed at an angle γ. The injection hole 6 is formed in such a way that a passage 33 an inflow-side inlet opening 32 which has a larger diameter than a subsequent discharge-side outlet opening 31 , The passage 33 also has a first hollow cylindrical section 35 with a lower height than a second hollow cylindrical section 36 on which the outlet opening 31 forms. Following the discharge-side outlet opening 31 is at the discharge-side end of the perforated disc 5 a funnel-shaped area 29 formed, which the discharge-side outlet opening 31 at least partially covering.
In 3d ist
die erfindungsgemäße Spritzlochkonfiguration
von oben gezeigt, wobei die äußere gestrichelte
Linie die zuströmseitige
Eintrittsöffnung 32 kennzeichnet
und der zum Zentrum der Eintrittsöffnung 32 versetzte
kleinere Kreis den Umfang der abspritzseitigen Austrittsöffnung 31 kennzeichnet,
welcher zumindest teilweise durch den trichterförmigen Bereich 29 abgedeckt
ist.In 3d the spray hole configuration according to the invention is shown from above, wherein the outer dashed line is the inflow-side inlet opening 32 indicates and the center of the inlet 32 offset smaller circle the circumference of the discharge-side outlet opening 31 which at least partially through the funnel-shaped area 29 is covered.
4a und 4b zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Spritzlochkonfiguration 6,
wobei der Brennstoffdurchgang 33 durch die Spritzlochscheibe 5 derartig
ausgebildet ist, dass die zuströmseitige
Eintrittsöffnung 32 einen größeren Durchmesser
als die abspritzseitige Austrittsöffnung 31 aufweist,
in der Höhe
jedoch länger ausgebildet
ist als die Austrittsöffnung 31.
In diesem Ausführungsbeispiel
schließt
sich im Gegensatz zu dem in 3c gezeigten
Ausführungsbeispiel
an die abspritzseitige Austrittsöffnung 31 kein
trichterförmiger
Bereich an. 4a and 4b show a further embodiment of the injection hole configuration according to the invention 6 , where the fuel passage 33 through the spray perforated disk 5 is formed such that the inflow-side inlet opening 32 a larger diameter than the discharge-side outlet opening 31 has, however, is designed to be longer in height than the outlet opening 31 , In this embodiment, in contrast to the in 3c shown embodiment of the discharge-side outlet opening 31 no funnel-shaped area.
In 4b ist
erkennbar, dass der Durchmesser der abspritzseitigen Austrittsöffnung 31 halb
so groß ist
wie der Durchmesser der zuströmseitigen Eintrittsöffnung 32, wobei
die Austrittsöffnung 31 so dezentral
gegenüber
dem Zentrum der Eintrittsöffnung 32 angeordnet
ist, dass der äußere Umfang
der Austrittsöffnung 31 an
das Zentrum der Eintrittsöffnung 32 angrenzt.In 4b It can be seen that the diameter of the discharge-side outlet opening 31 half as large as the diameter of the inflow-side inlet opening 32 , wherein the outlet opening 31 so decentralized to the center of the entrance 32 is arranged that the outer circumference of the outlet opening 31 to the center of the entrance opening 32 borders.
5a, 5b zeigen
noch ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Spritzlochkonfiguration,
wobei, wie aus 5b erkennbar ist, der Querschnitt
des Austrittslochs 31 und der Querschnitt des Eintrittslochs 32 jeweils
rechteckig ausgebildet sind. Die Grundfläche des Eintrittslochs 32 ist
deutlich größer als
die Grundfläche
des Austrittslochs 31, und das Austrittsloch 31 ist
ebenfalls dezentral zu dem Eintrittsloch angeordnet. Ausgehend von
dem schlitzförmigen
Spritzlochquerschnitt an der Austrittsöffnung 31 wird diese
durch den asymmetrischen lateralen Wachstumsprozess der Galvanik
soweit verschlossen, dass kein freier Durchblick durch das Spritzloch 6 mehr
möglich
ist und nunmehr eine seitlich stehende Öffnung in dem trichterförmigen Bereich 29 übrig bleibt.
Ein γ-Winkel von
45° und
mehr ist durch diese Anordnung darstellbar. Eine Vielzahl weiterer
Lochformen, die hier nicht in den Figuren dargestellt sind, wie
z. b. ovale oder dreieckige Löcher
mit einseitiger Einschnürung,
wie oben beschrieben, kann bei der erfindungsgemäßen Lochscheibe bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung der Lochscheibe eingesetzt werden. 5a . 5b show yet another embodiment of the injection hole configuration according to the invention, wherein, as out 5b it can be seen, the cross section of the outlet hole 31 and the cross section of the entrance hole 32 each rectangular in shape. The footprint of the entrance hole 32 is significantly larger than the footprint of the exit hole 31 , and the exit hole 31 is also arranged decentralized to the entrance hole. Starting from the slot-shaped injection hole cross section at the outlet opening 31 This is so far closed by the asymmetric lateral growth process of electroplating that no clear view through the spray hole 6 is more possible and now a laterally opening in the funnel-shaped area 29 remains. A γ-angle of 45 ° and more can be represented by this arrangement. A variety of other hole shapes, which are not shown here in the figures, such as oval or triangular holes with unilateral constriction, as described above, can be used in the perforated disc according to the invention or the method according to the invention for producing the perforated disc.
6 zeigt
schematisch eine Seitenansicht eines Abschnitts eines Düsenkörpers 34 eines Brennstoffeinspritzventils 10.
In eine Ausnehmung oder Vertiefung 15 am unteren abströmseitigen
Ende des Düsenkörpers 34 ist
eine erfindungsgemäße Lochscheibe 5 eingesetzt,
von welcher aufgrund der erfindungsgemäßen Lochkonfiguration ein Brennstoffstrahl
bzw. Spray in einem Winkel γ zur
Ventillängsachse 8 abgespritzt
wird. 6 schematically shows a side view of a portion of a nozzle body 34 a fuel injection valve 10 , In a recess or depression 15 at the lower downstream end of the nozzle body 34 is a perforated disc according to the invention 5 used, of which due to the hole configuration according to the invention, a fuel jet or spray at an angle γ to the valve longitudinal axis 8th is hosed.