DE4422970A1

DE4422970A1 - Atomizer for miniature multi-layer valve

Info

Publication number: DE4422970A1
Application number: DE4422970A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Dr Mettner; Gerhard Dipl Ing Stokmaier; Armin Dipl Ing Schuelke; Thanh-Hung Dipl Nguyen-Schaefe; Hans-Peter Trah; Christian Dipl Ing Doering; Thomas Dipl Phys Dr Schittny; Werner Dipl Phys Dr Uhler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1996-01-04

Abstract

The sealing lip of a multi-layer constructed micro-valve is profiled in the direction perpendicular to the fuel flow, in order to cause atomization of the fuel prior to injection into motor vehicle engine. The atomising structure (91) is formed at right angles to the direction of flow of the fuel, through the seal (31a, 41a). The fuel stream is broken up by turbulence and atomised with the aid of a stream of air.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Zerstäuberstruktur eines Mikroventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention is based on an atomizer structure Micro valve according to the preamble of the main claim.

Aus der PCT/DE93/00493 ist ein mikromechanisch herge stelltes Ventil bekannt, das in einer aus der Halbleiter technik verwendeten Mehrschichtstruktur hergestellt ist. Das Mikroventil weist mehrere Schichten auf. Eine der mitt leren Schichten trägt ein tellerförmiges Ventilschließ glied, das in der gleichen Schicht mittels einer Membrane geführt ist. Im unteren Bereich der Schicht ist unterhalb der Membrane ein Hohlraum ausgebildet, in dem sich zumin dest ein Teil eines Betätigungsorgans befindet. Oberhalb der mittleren Schicht ist eine Deckschicht mit einem zen tralen Auslaßanschluß aufgebracht. Der Rand des Auslaßan schlusses bildet den Ventilsitz. Im Kanal des Auslaßan schlusses ist eine Düsenplatte angeordnet, die das Aus strömverhalten der Flüssigkeit beeinflußt. Der Auslaßan schluß, das Ventilschließglied und der Ventilsitz haben ro tationssymmetrische Formen und sind koaxial zueinander an geordnet. PCT / DE93 / 00493 is a micromechanical device posed valve known in a semiconductor technically used multilayer structure is produced. The microvalve has several layers. One of the middle A plate-shaped valve closure carries more layers limb in the same layer by means of a membrane is led. The bottom of the layer is below the membrane formed a cavity in which at least least part of an actuator is located. Above the middle layer is a top layer with a zen central outlet connection applied. The edge of the outlet finally forms the valve seat. In the outlet duct finally a nozzle plate is arranged, which is the off flow behavior of the liquid is affected. The outlet conclusion, the valve closing member and the valve seat have ro tionally symmetrical shapes and are coaxial to each other orderly.

Bei Betrieb des Ventils strömt eine Flüssigkeit durch einen axial in den unteren Schichten angeordneten Zulaufanschluß ein. In der Ventilkammer umströmt sie das offene Ventil schließglied, um sich auf der Rückseite des Schließgliedes vor einem zentralen Auslaßanschluß für das Ausströmen zu sammeln und mittels einer dort angeordneten Düsenplatte zerstäubt zu werden.When the valve is operating, a liquid flows through one inlet connection arranged axially in the lower layers on. It flows around the open valve in the valve chamber locking link to get on the back of the locking link in front of a central outlet connection for the outflow collect and by means of a nozzle plate arranged there to be atomized.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Zerstäuberstruktur nach dem Kennzei chen des Hauptanspruchs mit ihren langen Zerstäuberkanten hat gegenüber den für Mikroventile bekannten Düsenplatten eine Vielzahl von Vorteilen. So erfolgt bei den erfindungs gemäßen Zerstäuberstrukturen eine Direktzerstäubung an der Dichtkante des Mikroventils. Die bekannten, oben erwähnten Düsenplatten bestehen z. B. aus einer mit Bohrungen verse henen Platte. Die Summe der Bohrungsquerschnitte stellt den relativ kleinen wirksamen Einspritzquerschnitt dar, wodurch eine erhebliche Drosselwirkung gegeben ist. Diese Drossel wirkung wird noch zusätzlich verstärkt durch den Druckab fall am Ventilsitz und die Tiefe der Bohrungen; dadurch ist die Druckdifferenz für die Zerstäubung des Fluids sehr ge ring. Die Zerstäuberkanten gemäß der Erfindung bewirken da gegen eine vernachlässigbar kleine Drosselwirkung, da der freie Einspritzquerschnitt groß ist und die wirksamen Zerstäuberkanten eine geringe Tiefe haben. An den Zerstäu berkanten wird der fächerförmige Einspritzstrahl teilweise umgelenkt, reflektiert, gebrochen und gebeugt, womit eine Verwirbelung und ggf. eine erwünschte Einspritz strahlumlenkung erzielbar ist. Beide Punkte ergeben zusam men mit der Luftumfassung eine gewünschte Zerstäubungsqua lität.The atomizer structure according to the invention chen of the main claim with their long atomizer edges has compared to the nozzle plates known for micro valves a variety of advantages. This is the case with the invention atomization structures according to a direct atomization at the Sealing edge of the micro valve. The well-known, mentioned above Nozzle plates exist e.g. B. from a verse with holes hen plate. The sum of the bore cross sections represents the represents relatively small effective injection cross section, whereby there is a significant throttling effect. That choke effect is further enhanced by the print fall at the valve seat and the depth of the holes; through that is the pressure difference for the atomization of the fluid is very ge ring. The atomizer edges according to the invention cause there against a negligibly small throttling effect, since the free injection cross section is large and effective Atomizer edges have a shallow depth. At the atomizer The fan-shaped injection jet is partially edged deflected, reflected, broken and bent, with which one Swirling and possibly a desired injection beam deflection can be achieved. Both points add up a desired atomization quality with the air enclosure lity.

Des weiteren ist durch die fehlende Drosselwirkung der Be reich um die Dichtkanten zwischen Ventilsitz und Ventilschließglied von der luftführenden Zone gemäß der Er findung nicht getrennt. Die Spalte zwischen den Zer stäuberkanten und den Wandungen ist so groß, daß keine Tot volumen vorhanden ist, in dem sich durch Kraftstoffverdamp fung Gasblasen bilden könnten, die einen Motorkaltstart er schweren könnten.Furthermore, the Be rich around the sealing edges between the valve seat and Valve closing element from the air-guiding zone according to the Er not separated. The column between the zer dust edges and the walls is so large that no dead volume is present in which is due to fuel vaporization gas bubbles that could cause a cold engine start could be heavy.

In den Unteransprüchen werden Maßnahmen aufgeführt, die eine vorteilhafte Weiterbildung und Ausgestaltung des im Hauptanspruch beschriebenen Gegenstands angeben. So werden hier konstruktive Details genannt, die einen einfachen Auf bau und eine sichere Funktion des Ventils gewährleisten.Measures are listed in the subclaims which an advantageous development and design of the Specify the main claim described. So be here called constructive details that have a simple up construction and ensure the safe functioning of the valve.

Zum einen wird eine Zerstäuberstruktur vorgestellt, die aus der Dichtkante des Ventilsitzes, dem Ventilschließglied und einer Zerstäuberkante besteht. Der Einspritzstrahl strömt zunächst in voller Fächerbreite frei in Richtung der Ein spritzräume; nach einem kurzen Abstand prallt die untere Hälfte des Einspritzstrahls auf eine beispielsweise ring förmige oder rechteckige Zerstäuberkante, die aus einer scharfen Oberkante besteht. Hinter der Oberkante entsteht hierbei eine sehr effektive Wirbelschleppe. Zum anderen prallt der Einspritzstrahl, im Schnitt betrachtet, auf eine etwas weiter entfernt angeordnete schrägstehende Wandung; dort wird er umgelenkt und verwirbelt. Durch eine unter schiedliche Anordnung von verschiedenen umlenkenden Wandun gen können mehrere Zerstäuberkanten ausgebildet bzw. mit einander kombiniert werden.On the one hand, an atomizer structure is presented that consists of the sealing edge of the valve seat, the valve closing member and there is an atomizer edge. The injection jet flows initially in the full width of the fan in the direction of the A spray rooms; after a short distance the lower one bounces Half of the injection jet on a ring, for example shaped or rectangular atomizer edge, which consists of a sharp top edge. Behind the top edge a very effective vortex train. On the other hand the injection jet, viewed in section, strikes one slightly more inclined wall; there it is redirected and swirled. Through an under different arrangement of different deflecting walls gene can form several atomizer edges or with can be combined.

Das Fluid, das bei der vorliegenden Erfindung in einen Gas strom eingespritzt wird, ist vorzugsweise ein Kraftstoff bzw. Treibstoff oder ein anderes Medium, das sich mit einem Gas technisch verwertbar mischen läßt. Das verwendete Gas ist beispielsweise Luft.The fluid contained in a gas in the present invention is injected electricity is preferably a fuel or fuel or another medium that deals with a Gas can be mixed technically usable. The gas used is, for example, air.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch in vergrößertem Maßstab dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zei gen:Embodiments of the invention are in the drawings shown schematically on an enlarged scale and in the following description of the figures explained in more detail. It shows gene:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein mikromechanisches Einspritzventil mit radialer Luftumfassung und der Ein spritzrichtung von der Innenseite des Ventils nach au ßen; Fig. 1 shows a longitudinal section through a micromechanical injector having radial air shroud and a spraying direction of the inside of the valve to the outside SEN;

Fig. 2 eine Zerstäuberstruktur mit dreieckförmigem Einzelquerschnitt für das Einspritzventil nach Fig. 1 mit radialer Luftumfassung; FIG. 2 shows an atomizer structure with a triangular single cross section for the injection valve according to FIG. 1 with a radial air enclosure;

Fig. 3 eine Zerstäuberstruktur mit dreieckförmigem Einzelquerschnitt für das Einspritzventil nach Fig. 1, jedoch mit axialer Luftumfassung; Figure 3 is an atomizing structure with a triangular cross-section for the single injector of Figure 1, but with the axial air shroud..;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein mikromechanisches Einspritzventil mit radialer Luftumfassung und der Ein spritzrichtung von der Außenseite des Ventils nach in nen; Figure 4 is a longitudinal section through a micromechanical injection valve with radial air and the injection direction from the outside of the valve in NEN.

Fig. 5 eine Zerstäuberstruktur mit dreieckförmigem Einzelquerschnitt für das Einspritzventil nach Fig. 4; FIG. 5 shows an atomizer structure with a triangular single cross section for the injection valve according to FIG. 4;

Fig. 6 eine Zerstäuberstruktur mit Einspritzstrahlum lenkung in axialer Richtung für das Einspritzventil nach Fig. 4 und Fig. 6 shows an atomizer structure with injection jet deflection in the axial direction for the injection valve according to Fig. 4 and

Fig. 7 eine Zerstäuberstruktur wie in Fig. 3, jedoch mit einer Zerstäuberplatte für das Einspritzventil nach Fig. 4. FIG. 7 shows an atomizer structure as in FIG. 3, but with an atomizer plate for the injection valve according to FIG. 4.

Description of the embodiments

In Fig. 1 bis Fig. 4 ist jeweils ein Längsschnitt durch ein mikromechanisches Einspritzventil als Mikroventil mit einer radialen Luftumfassung und einem hydraulischen An trieb in vergrößerter und vereinfachter Darstellung darge stellt. Für die Herstellung der dargestellten Mehrschicht struktur werden Fertigungstechnologien verwendet, die u. a. aus der Halbleitertechnik und dem Platinenbau stammen. Diese Technologien sind beispielsweise unter Namen wie Si liziumtechnologie, Dünn- und/oder Dickschichttechnologie bekannt. Aber auch die sogenannte LIGA-Technik, eine Tech nik, mit der Werkstoffe wie Metalle, Kunststoffe und Kera miken in das oben beschriebene System integriert werden, kann hier eingesetzt werden. Die Verwendung der vorgenann ten Technologien zur Herstellung von vorgegebenen dreidi mensionalen Formen in einer Mehrschichtenstruktur und ihr Vermögen durch Strukturdetails bestimmte mechanische Ele mente herauszubilden gehören zum Stand der Technik.In Fig. 1 to Fig. 4 is a longitudinal section through a micromechanical injection valve as a microvalve with a radial air enclosure and a hydraulic to drive in an enlarged and simplified representation Darge presents. For the manufacture of the multi-layer structure shown, manufacturing technologies are used that come from semiconductor technology and circuit board construction, among others. These technologies are known, for example, under names such as silicon technology, thin and / or thick-film technology. But also the so-called LIGA technology, a technology with which materials such as metals, plastics and ceramics can be integrated into the system described above, can be used here. The use of the aforementioned technologies for the production of predetermined three-dimensional shapes in a multilayer structure and their ability to form certain mechanical elements through structural details belong to the prior art.

In Fig. 1 ist ein mikromechanisch hergestelltes Einspritz ventil 10 mit radialer Luftumfassung und hydraulischem An trieb dargestellt. Es umfaßt fünf verschiedene Schichten. Die aufeinanderliegenden Schichten sind der Reihe nach: die Gemischführungsschicht 20, die Luftführungsschicht 30, die Trennmembranschicht 40, die Arbeitsmembranschicht 50 und die Steuerdruckschicht 60. Die meisten in diesen Schichten gestalteten Strukturen sind rotationssymmetrisch oder in ähnlicher Ausbildung um eine gegenüber den Schichten senk recht stehende Achse 15 angeordnet.In Fig. 1, a micromechanically manufactured injection valve 10 with radial air containment and hydraulic drive is shown. It consists of five different layers. The superimposed layers are in sequence: the mixture guide layer 20 , the air guide layer 30 , the separating membrane layer 40 , the working membrane layer 50 and the control pressure layer 60 . Most of the structures designed in these layers are arranged rotationally symmetrically or in a similar configuration around an axis 15 which is perpendicular to the layers.

Das zentrale Bauteil bildet die Trennmembranschicht 40. Sie enthält eine vorzugsweise kreisringförmige oder auch qua dratische Trennmembrane 41, die im unbelasteten Zustand bzw. in der Ruheposition weitgehend eben ist. Die Trennmem brane 41 besteht aus einer relativ schmalen Ringfläche, die bezüglich ihrer Höhenlage zumindest annähernd mittig in der Trennmembranschicht 40 angeordnet ist. Sie wird von den sie umgebenden Teilen der Schicht 40 gehalten. Ober- und unter halb der Trennmembrane 41 befinden sich Ringkanäle 43 und 44. Beide Kanäle haben vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt. Der obere Ringkanal 43 geht hier auf der rech ten Seite des Einspritzventils in einen Kraftstoffzulaufka nal 45 über.The separating membrane layer 40 forms the central component. It contains a preferably circular or also quadratic separation membrane 41 , which is largely flat in the unloaded state or in the rest position. The separation membrane 41 consists of a relatively narrow annular surface which is arranged at least approximately centrally in the separation membrane layer 40 with respect to its height. It is held by the parts of the layer 40 surrounding it. Ring channels 43 and 44 are located above and below half of the separating membrane 41 . Both channels preferably have a trapezoidal cross section. The upper ring channel 43 merges here on the right side of the injection valve into a fuel inlet channel 45 .

Von der Trennmembran 41 selbst ist eine Membranplatte 42 eingeschlossen. Die Membranplatte 42 ist in dem oberhalb der Trennmembrane 41 liegenden Bereich mit beispielsweise vier trapezförmigen Kanälen 46 versehen, die ausgehend von der Mitte der Membranplatte 42 radial nach außen zu dem oberen ringförmigen oder rechteckigen Kanal 43 verlaufen.A membrane plate 42 is enclosed by the separating membrane 41 itself. The membrane plate 42 is provided in the region above the separating membrane 41 with, for example, four trapezoidal channels 46 which, starting from the center of the membrane plate 42 , extend radially outwards to the upper annular or rectangular channel 43 .

Der Teil der Membranplatte 42, der im Bereich unterhalb der Trennmembrane 41 angeordnet ist und das eigentliche Ventil schließglied bildet, hat beim dargestellten Ausführungsbei spiel die Form einer Kreisscheibe mit einer Zentral öffnung 47 und einer scheibenförmigen Vertiefung 48. Der mittlere Radius der Vertiefung 48 ist kleiner als der mitt lere Außenradius des unteren Teils der Membranplatte 42, womit am Rand der Vertiefung 48 hier eine kreisringförmige Dichtkante 49 gestaltet ist.The part of the membrane plate 42 , which is arranged in the area below the separating membrane 41 and forms the actual valve closing member, has the shape of a circular disk with a central opening 47 and a disk-shaped recess 48 in the embodiment shown. The mean radius of the depression 48 is smaller than the mean outer radius of the lower part of the membrane plate 42 , whereby an annular sealing edge 49 is formed here at the edge of the depression 48 .

Oberhalb der Trennmembranschicht 40 befindet sich die Arbeitsmembranschicht 50. Diese Schicht besteht größten teils aus einer Arbeitsmembrane 51, die durch den Rand der Arbeitsmembranschicht 50 eingespannt ist. Die Arbeitsmem brane 51 hat einen scheibenförmigen Aufbau. Die Oberfläche der Arbeitsmembrane 51 liegt im unbelasteten Zustand wenig stens annähernd in einer Ebene. Die Arbeitsmembrane 51 ist hier im oberen Bereich der Arbeitsmembranschicht 50 ange ordnet. Somit bildet ein Hohlraum 52 unter der Arbeitsmem brane 51 zusammen mit dem Kanalsystem 43, 45-48 der Trenn membranschicht 40 eine großvolumige kraftstofführende Kam mer. In Mitte der Arbeitsmembrane 51 ist ein nach unten ge richteter Stempel 53 ausgebildet, der zumindest auf den Kanten der in der darunter liegenden Schicht 40 verlaufen den Kanäle 46 aufliegt.The working membrane layer 50 is located above the separating membrane layer 40 . This layer mainly consists of a working membrane 51 , which is clamped through the edge of the working membrane layer 50 . The Arbeitsmem brane 51 has a disc-shaped structure. In the unloaded state, the surface of the working diaphragm 51 lies at least approximately in one plane. The working membrane 51 is here in the upper region of the working membrane layer 50 is arranged. Thus, a cavity 52 forms under the working membrane 51 together with the channel system 43 , 45-48 of the separating membrane layer 40 a large-volume fuel-carrying chamber. In the middle of the working diaphragm 51 a oriented to ge bottom punch 53 is formed, at least on the edges of the run in the underlying layer 40 rests the channels 46th

Unterhalb der Trennmembranschicht 40 ist die Luftführungs schicht 30 angeordnet. In ihrem oberen Bereich befindet sich direkt unterhalb der Membranplatte 42 eine Ventilsitz platte 31. Letztere stellt den Ventilsitz dar. Auf ihr sitzt bei geschlossenem Einspritzventil die Membran platte 42. In ihrem inneren Bereich hat die Ventilsitz platte 31 ebenso wie die Membranplatte 42 eine zentrale Vertiefung 32. Das von ihr umschlossene Volumen zählt auch zur kraftstofführenden Kammer. Unterhalb der Ventilsitz platte 31 befindet sich innerhalb der Luftführungs schicht 30 ein Luftkanal. Um die Ventilsitzplatte 31 sind Einspritzräume 35 angeordnet, die beispielsweise die Form von beliebig großen Kreisringsegmenten haben können. Der untere Ringkanal 44 der Trennmembranschicht 40 verbindet die Einspritzräume 35 untereinander.Below the separating membrane layer 40 , the air guide layer 30 is arranged. In its upper area there is a valve seat plate 31 directly below the membrane plate 42 . The latter represents the valve seat. The diaphragm plate 42 sits on it when the injection valve is closed. In its inner region, the valve seat plate 31 , like the membrane plate 42, has a central depression 32 . The volume it encloses also belongs to the fuel-carrying chamber. Below the valve seat plate 31 is an air duct within the air guide layer 30 . Injection spaces 35 are arranged around the valve seat plate 31 and can, for example, have the shape of circular ring segments of any size. The lower annular channel 44 of the separating membrane layer 40 connects the injection spaces 35 to one another.

Im Bereich zwischen den sich bei geschlossenem Einspritz ventil berührenden Kontaktflächen der Ventilsitzplatte 31 und der Membranplatte 42 ist eine Zerstäuberstruktur 90 ausgebildet. Ihre geometrische Gestaltung beeinflußt in ho hem Maße die Zerstäubungsqualität innerhalb des Ventils.An atomizer structure 90 is formed in the area between the contact surfaces of the valve seat plate 31 and the diaphragm plate 42 touching when the injection valve is closed. Their geometric design has a high degree of influence on the atomization quality within the valve.

Unterhalb der Luftführungsschicht 30 ist die Gemischführungsschicht 20 angebracht. Sie hat eine zentrale Luftzulauföffnung 21 über die Luft in das aus Luftkanä len 34 gebildete Luftumfassungssystem gepumpt wird. Um diese Luftzulauföffnung 21 herum ist unterhalb der Ein spritzräume 35 ein Einspritzkanal 22 angeordnet. Über die sen wird das in den Einspritzräumen 35 und dem unteren Ringkanal 44 gebildete Gemisch den jeweiligen Brennkammern bzw. den Kanälen dorthin übergeben.The mixture guide layer 20 is attached below the air guide layer 30 . It has a central air inlet opening 21 via which air is pumped into the air enclosing system formed from air ducts 34 . Around this air inlet opening 21 , an injection channel 22 is arranged below the injection spaces 35 . The mixture formed in the injection chambers 35 and the lower annular channel 44 is transferred to the respective combustion chambers or the channels there.

Die oberste Schicht des Einspritzventils 10 ist ein Siliziumwafer, der die Steuerdruckschicht 60 bildet. Unge fähr die obere Hälfte der Steuerdruckschicht besteht aus einer steifen Platte. Die untere Hälfte beinhaltet eine na hezu scheibenförmige, vorzugsweise mit Kraftstoff befüllte Gegendruckkammer 61. Der Kraftstoff wird - beispielsweise von einem nicht dargestellten Vorsteuerventil kommend - über einen Steuerdruckkanal 62 der Gegendruckkammer 61 zu geführt. Im Bereich oberhalb des Stempels 53 der Arbeits membranschicht 50 sind in der Steuerdruckschicht 60 zwei Anschläge 63 angeordnet.The top layer of the injector 10 is a silicon wafer that forms the control pressure layer 60 . Approximately the top half of the control pressure layer consists of a rigid plate. The lower half contains an almost disk-shaped, preferably fuel-filled counter pressure chamber 61 . The fuel is supplied to the back pressure chamber 61 via a control pressure channel 62 , for example coming from a pilot control valve (not shown). In the area above the stamp 53 of the working membrane layer 50 , two stops 63 are arranged in the control pressure layer 60 .

In den Kanälen 43, 45-48 der Trennmembranschicht 40, im Hohlraum 52 der Arbeitsmembranschicht 50 und in der zentra len Vertiefung 32 der Luftführungsschicht 30 befindet sich Kraftstoff, der unter einem Systemdruck p_i steht. Auch die oberhalb der kraftstofführenden Kammern und Hohlräume ange ordnete Gegendruckkammer 61 ist mit Kraftstoff befüllt. Dieser Kraftstoff ist mit einem Steuerdruck p_v beauf schlagt. Solange - bei einem neutralen Federverhalten der Arbeitsmembrane 51 - das Produkt aus wirksamer oberer Ar beitsmembranfläche und Steuerdruck größer ist als das Pro dukt aus wirksamer unterer Arbeitsmembranfläche und System druck bleibt das Einspritzventil 10 geschlossen. Sobald je doch, beispielsweise bei vergleichbaren oberen und unteren Arbeitsmembranflächen, der Wert des Steuerdrucks unter den des Systemdrucks fällt, wird der Stempel 53 nach oben gegen die Anschläge 63 gepreßt. Dadurch wird die Membranplatte 42 von der Ventilsitzplatte 31 abgehoben. Im Bereich der Dichtkante 49 tritt Kraftstoff in die Einspritzräume 35 aus. Dort wird der eingespritzte Kraftstoff von der aus den radialen Luftkanälen 34 ausströmenden Luft nach unten in die Einspritzkanäle 22 zerstäubt.In the channels 43 , 45-48 of the separating membrane layer 40 , in the cavity 52 of the working membrane layer 50 and in the central depression 32 of the air guiding layer 30 there is fuel which is at a system pressure p _i . The back pressure chamber 61 arranged above the fuel-carrying chambers and cavities is filled with fuel. A control pressure p _{v is} applied to this fuel. As long as - with a neutral spring behavior of the working diaphragm 51 - the product of the effective upper working diaphragm area and control pressure is greater than the product of the effective lower working diaphragm area and system pressure, the injection valve 10 remains closed. As soon as the value of the control pressure falls below that of the system pressure, for example in the case of comparable upper and lower working membrane surfaces, the plunger 53 is pressed upward against the stops 63 . As a result, the membrane plate 42 is lifted off the valve seat plate 31 . In the area of the sealing edge 49 , fuel emerges into the injection spaces 35 . There, the injected fuel is atomized downward into the injection channels 22 by the air flowing out of the radial air channels 34 .

Der Einspritzvorgang wird mit einem Anheben des Steuer drucks durch das Aufsetzen der Membranplatte 42 auf die Ventilsitzplatte 31 beendet.The injection process is ended by raising the control pressure by placing the membrane plate 42 on the valve seat plate 31 .

Fig. 2 zeigt eine Zerstäuberstruktur mit dreieckigem Ein zelquerschnitt, die ringförmig oder rechteckig ausgeführt werden kann. Die Zerstäuberstruktur ist auf der Ventilsitz platte 31 außerhalb der durch deren Dichtkante 31a und durch die zur Membranplatte 42 gehörenden Dichtkante 42a gebildeten Kontaktfläche angeordnet. Die spitzwinkelige Oberkante der Zerstäuberstruktur bildet eine Zerstäuber kante 91, die etwa auf der Höhe der Trennfuge zwischen der Luftführungs- und Trennmembranschicht 30 und 40 liegt. Auf diese Zerstäuberkante trifft bei geöffnetem Ein spritzventil 10 der bezüglich seines Einzelquerschnitts fä cherförmige Flüssigkeitsstrahl. Ein Teil des Strahls wird durch Ablösung des Fluids an der Zerstäuberkante hochgewir belt und erzeugt somit zusätzliche Turbulenzen, die neben der Kavitation direkt hinter der Zerstäuberkante 91 die Zerstäubung fördern. Der eingespritzte und teilweise zer stäubte Kraftstoff wird durch den im oberen Bereich des Einspritzraumes 35 von dem aus den Luftkanälen 34 kommenden Luftstrom der radialen Luftumfassung fein zerstäubt. Im Einspritzraum 35 wird der Kraftstoff mit der Luft vermischt und dann über den Einspritzkanal 22 den nachgeordneten Saugrohren zugeführt. Fig. 2 shows an atomizer structure with a triangular single cross-section, which can be made ring-shaped or rectangular. The atomizing is on the valve seat plate 31 outside by the sealing edge 31 a and by the members of the diaphragm plate 42 sealing edge 42 a formed contact surface arranged. The acute-angled upper edge of the atomizer structure forms an atomizer edge 91 , which lies approximately at the level of the joint between the air guide and separating membrane layers 30 and 40 . This atomizer edge meets when an injection valve 10 is open, the fan-shaped liquid jet with respect to its individual cross section. A portion of the beam is hochgewir belt by shedding of the fluid at the atomizer and thus creates additional turbulence, which promote cavitation in addition to the directly behind the atomizer 91, the atomization. The injected and partially atomized fuel is atomized finely by the air flow coming from the air channels 34 of the radial air enclosure in the upper region of the injection chamber 35 . In the injection chamber 35 , the fuel is mixed with the air and then fed to the downstream intake pipes via the injection channel 22 .

In Fig. 3 ist eine vergleichbare Zerstäuberstruktur darge stellt. Allerdings arbeitet hier das Einspritzventil mit einer axialen Luftumfassung. Die Luft gelangt durch axial orientierte, luftführende Kammern 43a in die Ein spritzräume 35, um sich dort mit dem eingespritzten Kraft stoff zu vermengen.In Fig. 3 a comparable atomizer structure is Darge presents. However, the injection valve works here with an axial air enclosure. The air passes through axially oriented, air-guiding chambers 43 a into the injection spaces 35 in order to mix there with the injected fuel.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch ein mikromecha nisches Einspritzventil 14 mit radialer Luftumfassung. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Ventil ist hier die radiale Einspritzrichtung des Kraftstoffs umgekehrt. In der Luftführungsschicht 30 wird die Luft von der Außenseite des Ventils vorzugsweise radial über Luftzuläufe 34b in das Ventilinnere in Richtung der Achse 15 zugeführt. Fig. 4 shows a longitudinal section through a micromechanical injection valve 14 with radial air enclosure. In contrast to the valve shown in FIG. 1, the radial injection direction of the fuel is reversed here. In the air guide layer 30 , the air is preferably fed radially from the outside of the valve via air inlets 34 b into the valve interior in the direction of the axis 15 .

Wie Fig. 5 zeigt, kann auch bei dieser Ventilart eine Zer stäuberstruktur mit einem dreiecksförmigen Einzelquer schnitt verwendet werden. Die Zerstäuberstruktur liegt hierzu mit ihrer Zerstäuberkante 91 innerhalb einer Dicht kante 31a und gegenüber der in der Membranplatte 42 einge arbeiteten Vertiefung 48.As shown in FIG. 5, a atomizer structure with a triangular single cross section can also be used with this type of valve. For this purpose, the atomizer structure lies with its atomizer edge 91 within a sealing edge 31 a and with respect to the recess 48 worked into the membrane plate 42 .

Fig. 6 zeigt eine Zerstäuberstruktur mit Einspritzstrahlumlenkung in axiale Richtung. Dazu hat die Membranplatte 42 auf der der Luftführungsschicht zugewand ten Seite eine ringförmige oder rechteckige Vertiefung 48a mit vorzugsweise trapezförmigem Querschnitt. Am Rand einer, der Dichtkante 42a entfernt liegenden Wandung der Vertie fung 48a liegt eine erste Zerstäuberkante 92. An der der Zerstäuberkante 92 angrenzenden kegelmantel- oder bei spielsweise stumpfpyramidenförmigen Fläche der Vertie fung 48a wird der Flüssigkeitsstrahl teilweise zerstäubt und teilweise in axiale Richtung umgelenkt. Ferner wird ein Teil des Einspritzstrahls an der Zerstäuberkante 92 gebro chen. Letzeres gilt auch für den Anteil des Einspritz strahls, der direkt in die Richtung des Einspritzkanals 22 strömt. Dieser Strahlanteil wird an der Zerstäuberkante 93 gebrochen. Diese Kante bildet den Übergang zwischen der in der Ventilsitzplatte 31 eingelassenen Ausnehmung 32 und dem Einspritzraum 35. Fig. 6 shows an atomizing injection with beam deflection in the axial direction. For this purpose, the membrane plate 42 on the side facing the air-guiding layer has an annular or rectangular depression 48 a with a preferably trapezoidal cross section. At the edge of a wall of the recess 48 a, which is located away from the sealing edge 42 a, there is a first atomizing edge 92 . At the edge of the atomizer 92 adjacent conical or, for example, truncated pyramid-shaped surface of the recess 48 a, the liquid jet is partially atomized and partially redirected in the axial direction. Furthermore, part of the injection jet is broken at the atomizing edge 92 . The latter also applies to the proportion of the injection jet that flows directly in the direction of the injection channel 22 . This portion of the beam is broken at the atomizing edge 93 . This edge forms the transition between the recess 32 recessed in the valve seat plate 31 and the injection space 35 .

Eine noch stärkere Zerstäubung bzw. Verwirbelung wird mit der in Fig. 7 dargestellten Modifikation der Zerstäuber struktur aus Fig. 6 bewirkt. Hierzu ist an der Trennfuge zwischen der Trennmembranschicht 40 und der Luftführungs schicht 30 an der Membranplatte eine Zerstäuberplatte 39 angeordnet. Dadurch, daß die Außenmaße der Zerstäuber platte 39 mit zunehmendem Abstand von der Membranplatte größer werden, verengt sich der Einspritzraum 35 in Rich tung der primären Kraftstoffströmung. Im Bereich der eng sten Stelle befinden sich eine erste Zerstäuberkante 95 an der Zerstäuberplatte und eine zweite 94 an der Ventilsitz platte 31. Folglich treten hier in der Gemischbildungszone zwischen dem Einspritzraum 35 und dem Einspritzkanal 22 starke Durchmischungen von Kraftstoff und Luft auf. Der verwirbelte und trotzdem axial gebündelte Einspritzstrahl trifft annähernd senkrecht auf die radial unter hohem Druck aus den Luftzuläufen 34b einströmende Luft.An even stronger atomization or swirling is brought about with the modification of the atomizer structure from FIG. 6 shown in FIG. 7. For this purpose, an atomizing plate 39 is arranged on the separating joint between the separating membrane layer 40 and the air guide layer 30 on the membrane plate. Characterized in that the outer dimensions of the atomizer plate 39 become larger with increasing distance from the membrane plate, the injection space 35 narrows in the direction of the primary fuel flow. In the area of the narrowest point there is a first atomizer edge 95 on the atomizer plate and a second 94 on the valve seat plate 31 . As a result, strong mixing of fuel and air occurs here in the mixture formation zone between the injection space 35 and the injection channel 22 . The swirled and nevertheless axially focused injection jet strikes the air flowing in radially under high pressure from the air inlets 34 b approximately perpendicularly.

Claims

1. Atomizer structure for a micro valve, with

- A valve body made of a multi-layer structure, each with at least one inlet and outlet for a fluid to be atomized, wherein in the valve body an actuatable, valve valve member resting on a valve seat is arranged and wherein the atomizer structure in the direction of radiation after, between the valve closing member and the Valve seat formed sealing edge lying zone is arranged at

characterized in that

- The atomizer structure ( 90 ) is arranged in the immediate vicinity of the sealing edges ( 31 a, 42 a) that
- the atomizing structure (90) consists of at least one lying perpendicular to the irradiation direction right atomizer (91- 95), and that
- Each atomizer edge ( 91-95 ), at least in sections, runs at a substantially constant distance from at least one sealing edge ( 31 a, 42 a) and is approximately as long as this.

2. atomizer structure according to claim 1,
characterized in that

- It ( 90 ) is a ring with a triangular single cross-section, the acute-angled upper edge as the atomizing edge ( 91 ) forms a circumference concentric with the sealing edge ( 31 a), which lies within the multilayer structure at approximately the same height as the sealing edge ( 31 a), whereby
- With respect to the atomizer edge ( 91 ) in the corre sponding layer ( 40 ) an at least channel-shaped recess ( 44 ) is arranged.

3. atomizer structure according to claim 1,
characterized in that

- In the membrane plate ( 42 ) formed valve closing member on the side of the sealing edge ( 42 a) an annular channel-shaped recess ( 44 ) is arranged, the sealing edge ( 42 a) opposite peripheral edge forms a first atomizing edge ( 92 ) and that
- In the valve seat plate ( 31 ) designed as a valve seat, an annular channel-shaped recess ( 44 ) is placed in the opposite recess ( 32 ) which merges into an injection chamber ( 35 ) with a smaller diameter, whereby
- At the transition to the injection chamber ( 35 ), a second atomizer edge ( 93 ) is arranged.

4. atomizer structure according to claim 3,
characterized in that

- On the membrane plate ( 42 ) on the side of the sealing edge ( 31 a) an atomizer plate ( 39 ) is attached, de ren average diameter approximately corresponds to the inner diameter of the annular channel-shaped recess ( 44 ), wherein
- The free circumferential edge of the atomizer plate ( 39 ) forms a first atomizer edge ( 95 ), while the second atomizer edge ( 94 ) of the structure within the multilayer is located at approximately the same height between the injection space ( 35 ) and the injection channel ( 22 ) .

5. atomizer structure according to one of claims 1 to 4, characterized in that

- The channels and depressions ( 22 , 32 , 35 , 44 , 48 , 48 a) in the direction of removal in the processing of the layers th ( 30 , 40 ) or against the direction of application in the manufacture taper.