JP2001505279A - 孔付円板もしくは霧化円板並びに孔付円板もしくは霧化円板を備えた噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による孔付円板は、流体のための完全な貫通部を有しており、該貫通部が、流入開口（４０）と流出開口（４２）と、その間に位置する少なくとも１つの通路（キャビティ）（４１）とから成っていることによって、特徴付けられている。それぞれ特徴的な開口構造（４０，４１，４２，４３）を備えた孔付円板（２３）の少なくとも３つの機能平面（４５，４６，４７）が、金属メッキによる金属析出（多層電気メッキ）を用いて互いに上下に位置するように構成されており、したがって孔付円板（２３）は一体的である。下側の機能平面（４５）には、ガス供給開口（４３）が設けられており、このガス供給開口を介してガスを、噴射される流体に向かって供給可能であり、その結果流体を微細に霧化することが可能になる。流出開口（４２）はガス供給開口（４３）の一部である。このような孔付円板（２３）は、特に、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関のための噴射弁において使用するために適している。

Description

【発明の詳細な説明】 孔付円板もしくは霧化円板並びに 孔付円板もしくは霧化円板を備えた噴射弁 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の孔付円板もしくは霧化円板、並 びに請求項１４の上位概念に記載の形式の孔付円板もしくは霧化円板を備えた噴 射弁に関する。 ヨーロッパ特許出願公開第０３５４６６０号明細書に基づいて、いわゆる「Ｓ 字型円板（S-Typ-Scheiben）」である孔付円板の形でノズルを製造することが、 既に公知である。「Ｓ字型円板」というのは、流入開口と流出開口とが孔付円板 において互いにずらされて構成されていて、これによって、孔付円板を貫流する 流体の流れにおいて、強制的に「Ｓ字状変向（S-Schlag）」が生ぜしめられるよ うになっている円板を意味する。公知の孔付円板は、ボンディングによってまと められた、シリコン製の平らな２つのプレートから形成される。そしてこのシリ コンプレートには、厚さを減じられた範囲が構成されており、この結果剪断間隙 （Scherspalte）が、プレートの端面に対して平行に、第１のプレートの開口と 第２のプレートの開口との間に形成される。公知のマスク技術を用いて、多数の 孔付 円板構造を有するシリコンウェハにおいてエッチングによって、流入開口及び流 出開口が生ぜしめられる。孔付円板における開口のための円錐台形の輪郭は、異 方性のエッチング技術から論理的に生ぜしめられる。 米国特許第４９０７７４８号明細書に基づいて公知の燃料噴射弁は、その下流 側の端部に、２つのシリコンプレートから成るノズルを有している。上に述べた 孔付円板におけると似たように、両方のシリコンプレートにおける流入開口と流 出開口とは互いにずれを有しており、この結果、貫流する流体、ここでは燃料の 流れにおいて、「Ｓ字状変向」が生ぜしめられる。 さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第４３３１８５１号明細書に基づいて公 知の燃料噴射弁は、２つ又は３つの互いに結合されたシリコンプレートから成っ ている。そして上側のプレートにおける上側の１つの流入開口には、下側のプレ ートにおける複数の流出開口が明瞭に合致して続いている。孔付円板には燃料- ガス混合物を噴射するために複数のガス供給通路が設けられており、これらのガ ス供給通路からはガスが、噴射される燃料に対してほぼ垂直に流出するようにな っている。 シリコン製の上に述べたすべての孔付円板には、共通の欠点がある。すなわち この場合、シリコンの脆性に基づいて、場合によっては十分な破損強度を得るこ とができない。例えば噴射弁における持続的な負荷（ 機関振動）を受けた場合には、シリコンプレートが破損するおそれがある。例え ば噴射弁のような金属製の部材にシリコンプレートを取り付けることは、面倒で ある。それというのはこの場合、応力のない特別なクランプ手段が見出されねば ならず、しかも弁におけるシールに関して問題があるからである。例えば、シリ コン製の孔付円板を噴射弁に溶接することは、不可能である。さらにまた、流体 の貫流頻度が高い場合には、シリコン円板の開口において縁部が摩耗する、とい う欠点もある。 国際公開第９５／２５８８９号明細書には、燃料噴射弁に一方では複数の噴射 孔を備えた噴射孔付円板を設け、かつ他方ではさらに下流側に霧化円板を設ける ことが開示されている。この場合噴射孔は噴射孔付円板の中央の円錐形の凹設部 に設けられている。それとは完全に別個に形成されて、この噴射孔付円板には、 複数の層もしくはプレートを有する霧化円板が続いており、この霧化円板には空 気が特殊な開口ジオメトリを介して外から流入するようになっている。霧化円板 の、ステンレス鋼から形成された薄板プレートは、内部に中央の貫通開口を有し ており、この貫通開口において空気は、噴射孔付円板の噴射孔からの燃料に対し てほぼ垂直に衝突するようになっている。 発明の利点 請求項１の特徴部分に記載の本発明による孔付円板 もしくは霧化円板、及び請求項１４の特徴部分に記載の本発明による噴射弁は、 次のような利点を有している。すなわち本発明による孔付円板もしくは霧化円板 及び噴射弁では、流体の特に均一かつ微細な霧化が、ガスによって得られ、しか もこの場合、特に高い霧化品質と、その都度の必要性に合わせられた噴流形状と が得られる。そしてこの結果、このような孔付円板もしくは霧化円板を内燃機関 の噴射弁に使用すると、特に内燃機関の排ガス放出量を低減させることができ、 かつまた燃料消費量をも節減することができる。 電気メッキによる金属析出を用いて、孔付円板もしくは霧化円板は再現可能な 形式で極めて正確に、かつ安価に、極めて多くの個数を同時に製造することがで きる。さらにこの製造形式は、極めて大きな構成の自由度を可能にする。それと いうのは、孔付円板における開口の輪郭は自由に選択できるからである。金属析 出は、特にシリコン円板の製造に比べて、極めて大きな材料多様性の利点を有し ている。本発明による孔付円板もしくは霧化円板を製造する際には、種々異なっ た磁気特性及び硬度を備えた極めて様々な金属を使用することができる。 多層金属メッキによって特に有利な形式で、安価にかつ極めて大きな精度をも ってアンダカットを得ることができる。 さらに、大きな利点としては、電気メッキによる金 属析出を用いて製造された孔付円板が一体的に構成されているということが挙げ られる。それというのは、個々の機能平面は連続する析出方法ステップにおいて 、互いに上下に位置するように構成されるからである。そして金属析出の終了後 に孔付円板は一体的であり、つまり個々のノズルプレートを結合するための時間 及びコストのかかる方法ステップは不要である。さらに、複数部分から成る孔付 円板において個々のプレートを互いにセンタリングもしくは位置決めすることに よって生じる問題も無くなる。 有利な形式で、極めて簡単に、付加的なコストをかけることなしに、電気メッ キによる金属析出を用いて製造されたこのような孔付円板もしくは霧化円板に、 ガス供給のための手段を成形することができる。このガス供給のための手段を介 して、ガス流は噴射される燃料に向かって流れ、これによって燃料は特に微細に 霧化される。燃料の最適な調整及び霧化のみならず、ガス流による衝撃は流出部 における燃料の噴出方向にも影響を与える。衝撃が大きな場合には、例えば円錐 形の燃料噴流の内包する角度つまり円錐角は小さくなる。この効果は、噴流形状 の負荷に関連した制御のために使用することができる。スロットル位置に基づい て吸気管内に負圧が生ぜしめられる低い機関負荷の場合には、ガスを運ぶための 圧力降下が大きいので、噴流容積は狭められる。高い機関負荷の場合には、大き な円錐角をもつ幅広の噴流パターンが生ぜしめられる。内燃機関の燃焼室への燃 料装入の局部的な分布に応じて、ガスによって噴流パターンに影響を与えること により、運転負荷に理想的な燃焼を達成することができる。孔付円板における種 々様々に選択された開口ジオメトリに相応して、噴流パターンに対する影響は、 扁平噴流噴射においても又は非対称的な噴流経過においても行うことができる。 請求項２〜請求項１３に記載の構成及び請求項１５〜請求項２３に記載の構成 によって、請求項１に記載の孔付円板もしくは霧化円板及び請求項１４に記載の 噴射弁のさらに別の有利な構成が得られる。 特に有利な構成では、本発明による孔付円板はいわゆるＳ字型円板の形で形成 されており、これによって特殊かつ特異な噴流形状を生ぜしめることができる。 これらの孔付円板は、１噴流噴射、２噴流噴射及び多噴流噴射のために、例えば 方形、三角形、十字形、楕円形のような無数のバリエーションにおける噴流横断 面を可能にする。このような通常とは異なった噴流形状は、所定のジオメトリ例 えば内燃機関の種々異なった吸気管横断面への正確かつ最適な適合を可能にする 。これによって、利用可能な横断面が、形状に合わせて十分に利用され、ひいて は均一に分配されかつ排ガスを低減する混合気導入が達成され、さらに吸気管壁 における、排ガス有害な壁膜沈積が回避される、利点 が得られる。 簡単な形式で噴流パターンバリエーションが可能である。例えば特に簡単に、 複数の個別噴流を有していて非対称的な（片側に向けられた）扁平で円錐形の噴 流パターンを生ぜしめることができる。 非対称的な例えば片側のガス供給によって、燃料噴流は極めて良好に片側に変 向させることができる。このことは、燃料が如何なる運転負荷においても常に規 定の角度で吸気弁に向かって噴射されることが望まれている場合に、有利である 。 さらに、本発明による霧化円板が螺旋状円板として形成されていると、噴射さ れる流体を特に良好に霧化することができるので、特に有利である。ガス供給の ための手段としてのガス供給開口が、半径方向ではなく、接線方向で流出開口に 開口するように延びていると、付加的な渦流をガス中においても生ぜしめること ができる。この渦流は燃料の渦流に対して同方向であっても反対方向であっても よい。渦流が逆向きの場合には、回転するガス流と回転する噴流表面との間にお ける相対速度は最大になる。そしてこのようにして、微細な粒子への燃料噴流の 粉砕が促進される。 理想的には、ガス供給のための手段はガス供給開口として形成されており、こ の場合ガス供給開口は、孔付円板の外周部とは反対側の内側端部において、燃料 のための流出開口を同時に形成しており、この場合流 出開口の大きさは、その上に電気メッキによって形成された機能平面の材料によ って所定されている。つまり、下側の平面にガス供給手段なしに流出開口だけを 有している孔付円板の製造に対して、それにかかる以上の費用は、まったく生じ ない。 図面 次に図面につき本発明の実施例を説明する。 第１図は、本発明による孔付円板を備えた部分的に示された噴射弁の第１実施 例を示す図、 第２図は、第１図に示された孔付円板を示す平面図、 第３図は、第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った孔付円板の断面図、 第４図は、本発明による孔付円板を備えた部分的に示された噴射弁の第２実施 例を示す図、 第５図は、第４図に示された孔付円板を下から見た図、 第６図は、第５図のＶＩ−ＶＩ線に沿った孔付円板の断面図である。 実施例の記載 第１図には１実施例として、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装 置のための噴射弁が、部分的に示されている。この噴射弁は管状の弁座保持体１ を有しており、この弁座保持体１には弁長手方向軸線２に対して同心的に長手方 向開口３が構成されている 。長手方向開口３には、例えば管状の弁ニードル５が配置されており、この弁ニ ードル５は下流側の端部６において、例えば球形の弁閉鎖体７と堅固に結合され ており、この弁閉鎖体７の外周部には例えば５つの扁平面取り部８が燃料を流す ために設けられている。 噴射弁の操作は、公知の形式で例えば電磁式に行われる。弁ニードル５の軸方 向における運動のため、ひては噴射弁の図示されていない戻しばねのばね力に抗 した開放もしくは閉鎖のためには、マグネットコイル１０と可動子１１とコア１ ２とを備えた略示された電磁回路が働く。可動子１１は、弁ニードル５の、弁閉 鎖体７とは反対側の端部と、例えばレーザを用いた溶接シームによって結合され ており、かつコア１２に向かって方向付けられている。 軸方向運動中における弁閉鎖体７の案内のためには、弁座体１６の案内開口１ ５が働く。弁座体１６は、弁座保持体１の、コア１２とは反対側の下流側に位置 する端部において、弁長手方向軸線２に対して同心的に延びる長手方向開口３内 に、溶接によって密に取り付けられている。弁閉鎖体７とは反対側の下端面１７ の近傍において、弁座体１６の下流には、例えばポット形に構成された孔付円板 支持体２１が配置されている。この孔付円板支持体２１はこの場合、既に公知の ポット形の噴射孔付円板に似た形状を有しており、この場合孔付円板支持体２１ の中央範囲には、調量機能 のない貫通開口２２が設けられている。 本発明のように構成された孔付円板２３は、貫通開口２２の上流側において下 端面１７に次のように、すなわち貫通開口２０を完全に覆うように配置されてい る。孔付円板２３は、弁座体１６と孔付円板支持体２１との間に挿入可能な挿入 部材である。孔付円板支持体２１は底部分２４と支持縁部２６とを備えて構成さ れている。支持縁部２６は、軸方向において弁座体１６とは反対側に延びていて 、その端部まで円錐形に外方に向かって曲げられている。孔付円板支持体２１は 支持縁部２６の領域において、弁座保持体１における長手方向開口３の壁と、例 えば環状の密な溶接シーム３０によって結合されている。 貫通開口２０の領域において孔付円板支持体２１と弁座体１６との間にクラン プ可能な孔付円板２３は、例えば段付けされて形成されている。ベース領域３２ よりも小さな直径を有する上側の孔付円板領域３３は、この場合弁座面２９の下 流に続く例えば段付けされた、弁座体１６の流出開口３１に、寸法正確に突入し ている。流出開口３１は段付けなしに単純に円筒形に形成されていてもよい。こ の領域つまり孔付円板領域３３と流出開口３１との領域のためには、プレス嵌め を行うことも可能である。孔付円板領域３３を超えて半径方向に突出していてゆ えにクランプ可能な、孔付円板２３のベース領域３２は、一方では弁座体１６の 下端面１７に、かつ他方では孔付円板支持体２１の底部分２４に接触している。 孔付円板領域３３が孔付円板２３の例えば２つの機能平面つまり真ん中及び上側 の機能平面を有しているのに対して、下側の機能平面は、ベース領域３２だけを 有している。機能平面（Funktionsebene）というのは、軸方向に延びた孔付円板 ２３の領域であって、その軸方向長さにわたってそれぞれほぼ一定の開口輪郭を 備えている領域を意味する。 長手方向開口３への弁座体１６もしくはポット形の孔付円板支持体２１の押込 み深さは、弁ニードル５の行程の大きさを規定する。なぜならば、マグネットコ イル１０が励磁されていない場合における弁ニードル５の一方の終端位置は、弁 座体１６の弁座面２９における弁閉鎖体７の接触によって決定されているからで ある。弁ニードル５の他方の終端位置は、マグネットコイル１０の励磁時に例え ば、コア１２における可動子１１の接触によって決定される。弁ニードル５のこ の両方の終端位置の間における運動距離が、したがって弁ニードル５の行程であ る。球形の弁閉鎖体７は、流れ方向において円錐台形状に先細の、弁座体１６の 弁座面２９と共働し、この弁座面２９は軸方向において弁座体１６の案内開口１ ５と下側の流出開口３１との間に構成されている。 弁座支持体１と弁座体１６と孔付円板２３とは次の ように、すなわち孔付円板２３を介して噴射される流体例えば燃料にガス特に空 気が供給され得るように、構成されている。ガスとしては例えば、バイパスによ って内燃機関の吸気管におけるスロットルバルブの前で分岐された吸気、付加ブ ロワによって圧送された空気、タンク排気系からの燃料蒸気によってリッチにさ れた空気、内燃機関から戻された排ガス、又は空気と排ガスとの混合物を使用す ることができる。ガスを供給するために例えば弁座支持体１には、半径方向に延 びる複数の流入開口３５が設けられている。 弁座体１６は外周部に、少なくとも１つの通常は少なくとも２つの軸方向に延 びる溝状の凹設部３６を有しており、これらの凹設部３６は、外方に向かって弁 座支持体１の長手方向開口３の壁によって制限され、これによってガスのための 流れ通路３７を形成している。凹設部３６は、流入開口３５の高さにおいて始ま り、弁座体１６の下端面１７において、孔付円板２３内へのガスの容易な流入の ために面取り部３８が成形されている領域で終わっている。溝状の凹設部３６の 代わりに、凹設部３６は弁座体１６の外周部における平らな研削部として形成さ れていてもよい。面取り部３８を備えた下端面１７の下流において、ガス流は、 弁座支持体１の内壁と孔付円板支持体２１と弁座体１６とによって制限されるリ ング室３９に流入する。このリング室３９においてガス流は全周にわたってほぼ 均一に分配される。 孔付円板２３はその下側のベース領域において、噴射ジオメトリの方向でガス を供給するための手段４３（第２図及び第３図）を備えて構成されており、この 手段４３にガスは流れ通路３７及びリング室３９を経て流入して、該手段４３を 弁長手方向軸線２に対してほぼ垂直に貫流する。ガスの流れ経路は第１図におい て破線で示されており、これに対して流体もしくは最終的には液体-ガス混合物 の原則的な流れ経路は、矢印の付いた実線で示されている。 弁座体１６の段付けされた流出開口３１内に部分的に配置されていて孔付円板 支持体２１によって弁座体６の端面１７に直接堅固に保持された孔付円板２３は 、第１図には簡単にかつ１例として示されているに過ぎず、以下においてはこれ について他の図面を用いて詳しく述べる。固定装置としてのクランプ及び孔付円 板支持体２１を備えた孔付円板２３の挿入は、弁座面２９の下流における孔付円 板２３の取付け形式の可能なバリエーションの１つに過ぎない。弁座体１６にお ける孔付円板２３の間接的な固定形式であるこのような緊締形式には、場合によ っては孔付円板２３を直接固定する際に溶接又はろう接のような接合法において 生じることのある温度に基づく変形を回避できるという利点がある。つまり孔付 円板支持体２１は、孔付円板２３を固定するための唯一の条件ではない。固定の 可能性は本発明にとって重要ではないので、溶接、ろう接又は接着のような一般 的な公知の接合方法を示唆するに留める。 第２図及び第３図に示された孔付円板２３は、複数の金属製の機能平面におい て、電気メッキによる析出によって形成される（多層電気メッキ）。深いリソグ ラフィと電気メッキ技術とによる製造(tiefenlithographische galvanotechnisc he Herstellung)に基づいて、輪郭形成において特別な利点が存在する。次にそ のうちの幾つかを簡単にまとめて述べる： −円板面にわたってコンスタントな厚さを備えた機能平面、 −深いリソグラフィによる構成によって得られる、機能平面における十分に垂直 な切り込み、これらの切り込みは、それぞれ貫流される中空室を形成する（最適 に垂直な壁に対して約３°の、製造技術的に条件付けられた偏差が生じ得る）、 −個々に構造化された多層構造による切り込みの所望のアンダカット及びカバー 、 −十分に軸平行な壁を有する任意の横断面形状を備えた切り込み、 −幾つかの金属析出が直接的に連続して行われることによる、孔付円板の一体的 な構成。 概念「層」及び「機能平面」が使用されたので、ここで簡単に概念規定を行う 。まず初めに孔付円板２３ の機能平面というのは、その軸方向の延びにわたって、すべての開口相互の配置 形式及び個々の各開口のジオメトリを含む輪郭が十分に一定である状態を示す。 これに対して層というのは、１つの電気メッキステップにおいて形成された、孔 付円板２３の状態のことである。しかしながら１つの層は複数の機能平面を有す ることができ、これらの機能平面は例えばいわゆる横方向の過成長によって製造 可能である。そして１回の電気メッキステップにおいて複数の機能平面（例えば ３つの機能平面を有する孔付円板２３では中央及び上側の機能平面）が形成され 、これらの機能平面は関連した層である。それぞれの機能平面はこの場合しかし ながら、既に上に述べたように、それぞれ直接的に続く機能平面に対して異なっ た開口輪郭（入口開口、出口開口、通路）を有している。孔付円板２３の幾つか の層は相前後して電気メッキによって析出され、その結果後続層は電気メッキに よる固着に基づいて、その下に位置する層と堅固に結合され、すべての層は一緒 に一体的な孔付円板２３を形成する。孔付円板２３の幾つかの機能平面もしくは 層は、したがって、先行技術の公知の孔付円板における金属又はシリコン製の個 々に製造されたノズルプレートとは比較することができない。 以下においては、図示の孔付円板２３を製造する方法について簡単に述べる。 孔付円板を製造するための 電気メッキによる金属析出の全方法ステップは、既にドイツ連邦共和国特許出願 公開第１９６０７２８８号明細書に記載されており、この明細書に開示されてい ることは、ここにおいても同様に通用する。噴射ノズルの精度及び構造体寸法に 対する高い要求に基づいて、マイクロストラクチャリング方法は今日、大きさ技 術的な製造のためにますます大きな意味を持っている。一般的に、ノズルもしく は孔付円板内部における例えば燃料のような流体の流れのためには、流れの内部 において既に述べた渦流形成を促進するような経過路が望まれる。フォトリソグ ラフ式のステップ（ＵＶ‐深いリソグラフィー）とそれに続くマイクロ電気メッ キの逓増的な使用の方法にとって特徴的なことは、この方法は大面積の寸法にお いても構造体の高い精度を保証していることであり、その結果この方法は、極め て大きな個数を製造する大量生産のために使用可能である。１つのウェハにおい て多数の孔付円板２３を同時に製造することができる。 方法の出発点は平らでかつ安定的な支持プレートであり、この支持プレートは 例えば金属（チタン、銅）、シリコン、ガラス又はセラミック製である。支持プ レートには付加的にまず初め少なくとも１つの補助層が電気メッキされる。この 補助層は例えば金属メッキスタート層（例えばＣｕ）であり、これは後のマイク 電気メッキのための導電のために必要である。電気メ ッキスタート層は、エッチングによって孔付円板構造体を後で簡単に個別化でき るようにするために、補助層としても働くことができる。補助層（典型的にはＣ ｒＣｕ又はＣｒＣｕＣｒ）の被着は例えばスパッタリング又は無電流の金属析出 によって行われる。支持プレートのこの前処理の後で、補助層にはフォトレジス ト（フォトラック）が全面的に設けられる。 フォトレジストの厚さは、この金属層は後続の金属メッキプロセスにおいて実 現されることが望まれている金属層の厚さに、つまり孔付円板２３の下側の層も しくは機能平面に相当していることが望ましい。実現される金属構造体は、フォ トリソグラフ式のマスクを用いて、フォトレジストにおいて逆に転写されること が望まれている。１つの可能性としては、フォトレジストを直接マスクの上にＵ Ｖ-露光を用いて露光する（ＵＶ‐深いリソグラフィー）ことが挙げられる。 孔付円板２３の後の機能平面のための、最終的にフォトレジストにおいて生じ るネガティブ構造体は、金属メッキによって金属（例えばＮｉ，ＮｉＣｏ）によ って満たされる（金属析出）。金属は金属メッキによって緊密にネガティブ構造 体の輪郭に接触し、その結果所定の輪郭が形状忠実に金属において再現される。 孔付円板２３の構造体を実現するために、ステップは補助層の付加的な被着後、 所望の層の数に応じて繰り返されねばならず、この場合例えば２つの機能平面が １回の電気メッキステップにおいて生ぜしめられる（横方向の過成長）。孔付円 板２３の層のためには種々異なった金属を使用することが可能であるが、これら の金属はそれぞれ新規な電気メッキステップにおいてしか使用することができな い。そして最後に孔付円板２３の個別化が行われる。そのために犠牲層がエッチ ングによって除去され、これによって孔付円板２３は支持プレートから持ち上が る。その後で電気メッキスタート層はエッチングによって除去され、残っている フォトレジストは金属構造体から解離される。 第２図には、孔付円板２３の有利な１実施例が平面図で示されている。孔付円 板２３は扁平な円形の部材として構成されており、この部材は複数の例えば３つ の、軸方向で互いに上下に連続した機能平面を有している。特に、第２図のＩＩ Ｉ−ＩＩＩ線に沿った断面図である第３図から、３つの機能平面を備えた孔付円 板２３の構造が明らかであり、この場合まず初めに構成された下側の機能平面４ ５であって、まず初めに析出された層つまり孔付円板２３のベース領域３２に相 当する機能平面４５は、次いで構成される２つの機能平面４６，４７に比べて大 きな外径を有しており、両機能平面４６，４７は一緒に孔付円板領域３３を形成 していて、例えば１つの電気メッキステップにおいて製造されている。 上側の機能平面４７は、方形横断面を備えた流入開 口４０を有している。例えばそれぞれ弁長手方向軸線２に対してひいては孔付円 板２３の中心軸線２３に対して等しい間隔をおいて、かつ該軸線の回りに対称的 に配置されて、下側の機能平面４５には４つの例えば正方形の流出開口４２が設 けられており、これらの流出開口４２にはそれぞれ１つのスリット状のガス供給 開口４３が開口している。流出開口４２はこの場合方形の流入開口４０の両長辺 に沿って形成されており、この場合流出開口４２はもちろん別の機能平面４５に 設けられている。孔付円板２３のベース領域３２の外周部を起点として、方形横 断面を備えた４つのガス供給開口４３は、互いに平行にもしくは整合するように 孔付円板２３の内部に向かって、流出開口４２が設けられている端部領域にまで 延びている。流出開口４２はこれによって、各１つのガス供給開口４３の、孔付 円板２３の外周部から離れている端部を形成している。孔付円板領域３３を超え て半径方向に突出しているベース領域３２の区分において、ガス供給開口４３は ほぼ弁座体１６及び孔付円板支持体２１によって覆われており、その結果ガス供 給通路が存在している。 正方形の流出開口４２は、１平面（第２図）にすべての機能平面４５，４６， ４７を投影した場合、流入開口４０に対してずれをもって存在しており、つまり 投影図において流入開口４０は如何なる箇所においても流出開口４２を覆ってい ない。しかしながらこの場 合ずれは、種々異なった方向において異なった大きさを有していてもよい。 流入開口４０から流出開口４２までの流体の流れを保証するために、真ん中の 機能平面４６には通路４１（キャビティ）が形成されている。正８角形ではない ８角形の輪郭を有する通路４１は、該通路４１が投影図において流入開口４０を 完全に覆うような大きさを有している。そして通路４１はさらに、投影図におい てすべての流出開口４２が通路４１によって覆われるような大きさに構成されて いる。これによって流体の流れは、少なくとも流出開口４２のそれぞれ３つの側 において突出している通路壁に基づいて、ほぼ各流出開口４２の周囲のすべての 箇所において流入することができ、この場合流出開口４２の、流入開口４０とは 反対の側において、通路壁は正確にその上に位置している。真ん中の機能平面４ ６の材料は、ガス流れ方向で見て弁座体１６の後ろにおいて、ガス供給開口４３ の一部をも覆っている。ガス供給開口４３の、その後に続く、通路４１に基づい て覆われていない区分は、流出開口４２を、ひいては燃料流のための調量機能を 持つ流出横断面を形成している。 すべての開口領域４０，４１，４２，４３の、第３図に示された理想的な垂直 な壁は、製造技術的に条件付けられて最大約３°〜４°の偏差を有することがあ り、その結果すべての開口領域４０，４１，４２，４ ３は流れ方向で見て、前記角度領域において垂直からの偏差を最小に有するよう に、先細になっている。 約２〜２.５ｍｍの直径を有する場合、孔付円板２３は例えば０．３ｍｍの厚 さを有しており、この場合すべての機能平面４５，４６，４７は例えばそれぞれ ０．１ｍｍの厚さを有している。特に、キャビティとして形成された通路４１を 備えた真ん中の機能平面４６は、種々様々な構成において該機能平面４６の厚さ に関して、最も可変に構成されることができ、これによって極めて簡単に、キャ ビティ４１の高さに対する流入開口４０と流出開口４２とのずれの比に関して、 流れに影響を与えることができる。孔付円板２３の寸法に関するこれらの寸法の 記載は、本発明を分かり易くするためだけに働くものであり、何ら本発明を制限 するものではない。また、すべての図面における孔付円板２３の個々の構造体の 相対的な寸法も、必ずしも基準となるものではない。それというのは、上に述べ た寸法における層厚さは、他の構成部材に比べて比較的大きく図示されねばなら ないからである。 少なくとも１つの流入開口４０に対して流出開口４２が既に述べたようにずら されていることに基づいて、例えば燃料である媒体のＳ字形の流れ経過が生ぜし められ、したがってこの孔付円板２３はＳ字型円板（S-Typ-Scheibe）である。 半径方向に延びる通路４１によって、媒体には半径方向の速度成分が与えられる 。 流れは短い軸方向の流出貫流部において、その半径方向速度成分を完全には失わ ない。むしろ流れは、流出開口４２の、流入開口４０側の壁のところで剥離され て、弁長手方向軸線２に対して角度を成して孔付円板２３から流出する。例えば 互いに非対称的に方向付け可能な複数の個別噴流のコンビネーション、つまり、 流入開口４０及び流出開口４２並びに通路４１の相応な配置及び方向付けによっ て得ることができる複数の個別噴流のコンビネーションによって、種々様々な量 分布を備えた、個別的で複合的な全噴流形状が可能である。 複数回の衝撃的な強い流れ変向を伴う、孔付円板２３内部におけるいわゆる「 Ｓ字状変向（S-Schlag）」によって、流れには、霧化を促進する強い乱流が与え られる。流れに対して横方向の速度勾配は、これによって特に強く現れる。この 速度勾配は、流れに対して横方向の速度の変化を表すものであり、この場合流れ の真ん中における速度は、壁の近傍におけるよりも著しく大きい。このような速 度差に基づいて生じる、流体における高められた剪断応力は、流出開口４２の近 傍における微細な滴への分解を促進する。流れは流出部において部分的に剥離さ れているので、流れは輪郭案内が欠けていることに基づいて、鎮静させられない 。特に高い速度を流体は、剥離された側において有しており、これに対して流出 開口４２の側における流体 の速度は、流れの接触によって低下する。霧化を促進する乱流及び剪断応力はこ れによって、流出部においても消滅しない。 Ｓ字状変向もしくは流出部における流れの剥離によって流体において、横方向 振動をもつ小さな（高振動数の）乱流が生ぜしめられ、この乱流は、噴流を孔付 円板２３からの流出直後に相応に細かい液滴に分解させる。乱流に基づく剪断応 力が大きければ大きいほど、流れのベクトルの拡散もまた大きい。 第２図及び第３図に示された孔付円板２３は、多層電気メッキ孔付円板におけ る開口ジオメトリの構成を示す１実施例に過ぎない。すなわち付言すれば、例え ば三角形、正方形、方形、多角形、円形、半円形、楕円形の輪郭や、丸く面取り された輪郭、鎌形、十字形の輪郭、門形に似た輪郭、蝙幅形、蛇行形状の輪郭、 歯車に似た輪郭、骨形、Ｔ字形、円形リング区分形、Ｖ字形の輪郭のような、そ の他の無数の開口輪郭を生ぜしめることができ、そしてこれらの輪郭は、流入開 口４０及び流出開口４２並びに通路４１として任意に組み合わせることが可能で ある。同様にまた、ガス供給開口４３の配置形式及び形状も任意に変化させるこ とができる。 第４図には第２実施例として、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射 装置のための噴射弁が、部分的に示されており、この場合このような噴射弁は特 に、このような内燃機関の燃焼室に燃料を直接的に噴射するために適している。 以下の図面に示されたこの実施例において、第１図〜第３図に示された実施例と 同一もしくは同じ作用を有する部材には、同一符号が付けられている。製造技術 に関して既に述べた事柄は、螺旋状霧化円板（Drallzerstaeuberscheibe）とし て多層電気メッキを用いて構成された、第５図及び第６図に示された孔付円板２ ３に対しても言える。 第４図には、本発明による霧化円板２３の別の取付け原理が示されており、こ の場合弁端部に付加的な受容エレメント５０が使用されており、この受容エレメ ント５０は弁座支持体１の段付けされた長手方向開口３に突入している。弁座体 １６は内側の開口５１にシールリング５２を用いて密につまりシール作用をもっ て受容エレメント５０に挿入され、例えばレーザ溶接、プレス嵌め、締まり嵌め 、硬ろう接、拡散溶接又はマグネット変形を用いて固定されており、この場合弁 座体１６の下端面５４は、受容エレメント５０における段部５５に支持されてい る。流れ方向で見て開口５１は段部５５まで円筒形に、かつ弁長手方向軸線２の 対して回転対称的に、しかも段部５５の下流におけるよりも大径をもって延びて いる。開口５１の下側区分５６は、螺旋状円板として形成された霧化円板２３を 受容するために働く。霧化円板２３は、電気メッキによって析出された４つの層 つまり機能平面がそれぞれ 互いに変位したもしくはずらされた開口輪郭をもって互いに固着されているよう に、構成されており、この場合真ん中の２つの層４６，４６’のうちの少なくと も１つは、霧化円板２３の外側の接合直径を有しており、その結果霧化円板２３ はぴったりと嵌合して受容エレメント５０の開口５１に接触している。受容エレ メント５０及び弁座支持体１は、例えば環状の溶接シーム５７によって堅固に結 合されている。弁座体１６はその案内開口１５で、弁ニードル５を案内する機能 をも引き受けている。 霧化円板２３の下流において開口５１内には、さらに円筒形の円板状の支持エ レメント５８が配置されており、この支持エレメント５８に霧化円板２３はその 下側の機能平面４５で接触している。支持エレメント５８とは反対の側において 、上側の機能平面４７の高さには、リング状のシールエレメント６１が霧化円板 ２３に載設されており、このシールエレメント６１は支持エレメント５８の挿入 時に下から、開口５１の段部６３に向かって押圧される。有利な形式ではシール エレメント６１は、アルミニウム又は銅のような軟質金属から成っている。しか しながらまた、プラスチック製又はゴム製のシールエレメント６１も使用可能で ある。受容エレメント５０の下端面５９と例えば支持エレメント５８とは同一平 面を成しており、この場合固定は溶接シーム６０によって端而５９の領域におい て行われる。支持エレメント５８における中央の流出開口６２は、例えば流出方 向で見て円錐形に拡大するように構成されており、このようになっていると、噴 流の拡がりが妨げられることはない。霧化円板２３は極めて簡単な形式で下から 受容エレメント５０内に取り付けることができる。 受容エレメント５０には、ガスのための少なくとも１つの流れ通路３７が設け られており、この流れ通路は例えば受容エレメント５０の外周部から開口５１ま で延びている。流れ通路３７の後ろでガス流は、開口５１に形成されたリング室 ３９内に流入して、このリング室３９は霧化円板２３と支持エレメント５８と受 容エレメント５０の内壁とによって制限されている。そしてこのリング室３９内 においてガス流はほぼ均一に全周にわたって分配される。 霧化円板２３はその下側の層つまり機能平面４５に、噴射ジオメトリの方向に ガスを供給するための手段４３を備えて構成されており、この手段４３には、ガ スが流れ通路３７及びリング室３９から到来して流入し、ガスはさらに弁長手方 向軸線２に対して垂直に貫流する。 第５図には、貫流する燃料に旋回運動を与える霧化円板２３の有利な１実施例 が、下から見た図で示されている。霧化円板２３は扁平な円形の部材として構成 されており、この部材は複数の例えば４つの、軸方向 で互いに上下に連続した機能平面を有している。特に、第５図のＶＩ−ＶＩ線に 沿った断面図である第６図から、４つの機能平面を備えた霧化円板２３の構造が 明らかであり、この場合まず初めに構成された下側の機能平面４５であって、ま ず初めに析出された層に相当する機能平面４５は、次いで構成される真ん中の２ つの機能平面４６’，４６に比べて小さな外径を有している。そして上側の機能 平面４７は、下側の機能平面４５に相当する外径を有している。 上側の機能平面４７は複数の流入領域４０’を有している。下流側の真ん中の 機能平面４６’及び下側の機能平面４５には、例えば円形の流出開口４２が設け られており、この流出開口４２には、例えば互いに１２０°だけずらされて延び ているスロット状の３つのガス供給開口４３が開口している。流出開口４２は機 能平面４６’と４５との間において段付けされていてもよく、この場合、下側の 機能平面４５における流出開口４２の直径を真ん中の機能平面４６’の直径より も大きく選択すると有利である。この場合には、燃料噴流と機能平面４５におけ る流出開口４２の壁との間において、噴流全周にわたってガス流を均一に分配す るためにリング状の中空室が形成される。 円板全周にわたってガス供給開口４３が有利に分配配置されていることによっ て、ガス供給時に、噴射される燃料の噴流横断面は所望のように変形されること ができる。第５図に示された３つのガス供給開口４３の配置形式では、中空円錐 噴流がガス供給によって、三角形横断面を備えた噴流に変形され得る。その他の 所望の噴流形状のために、ガス供給開口４３の数と円板全周にわたるガス供給開 口４３の分配配置形式を相応に変化させることができる。霧化円板２３の取り付 けられた状態において、ガス供給開口４３は支持エレメント５８によって下から 覆われており、これによってガス供給通路が形成される。 流入領域４０’から流出開口４２までの流体の流れを保証するために、上流側 の真ん中の機能平面４６には複数の螺旋通路６４が形成されており、これらの螺 旋通路（Drallkanal）６４は例えば接線方向で、流出開口４２の上における中央 の螺旋室（Drallkammer）６５に開口している。ガス供給開口４３が半径方向で はなく、接線方向で流出開口４２に開口するように延びていることによって、付 加的な渦流をガスにおいても生ぜしめることができる。この渦流は、燃料の渦流 に対して同方向であっても逆方向であってもよい。逆方向の渦流の場合には、回 転するガス流と回転する噴流表面との間における相対速度が最大になる。そして このような場合には、小さな粒子への燃料噴流の粉砕が特に促進される。 ガス供給開口４３もしくは、孔付円板もしくは霧化円板２３の組み付けられた 状態において生ぜしめられ るガス供給通路は、ガスを調量するために働く狭い横断面を有している。この狭 い横断面はさらにガスを加速するためにも働き、その結果ガスは噴射される燃料 に流出開口４２の領域において高速度で衝突し、そして燃料を、微細な粒子を形 成しながら取り囲んで霧化する。ガスと燃料との衝突時における衝撃及び混合に よって、燃料は極めて良好に霧化される。これによって著しく均一な燃料-ガス 混合物が形成される。 上に述べた孔付円板もしくは霧化円板２３は、もっぱら噴射弁における使用の ために設けられているのではない。すなわちこれらの孔付円板もしくは霧化円板 ２３は、例えばラッカ塗布ノズル、吸入器、インキジェットプリンタ又はフリー ズドライ法においても、例えば飲み物のような液体を噴射するためや、薬品を霧 化するために、使用することができる。例えば大きな角度を有する微細な噴霧体 を生ぜしめるためには、多層電気メッキを用いて製造されかつガス供給式のＳ字 形円板又は渦流霧化円板として形成された孔付円板２３は、極めて一般的に適し ている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＺ，ＪＰ，Ｕ Ｓ (72)発明者 イェルク ハイゼ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71706 マルクグ レーニンゲン アイヒェンヴェーク 15

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 少なくとも１つの金属製材料から成る孔付円板もしくは霧化円板、特に噴射 弁のための孔付円板もしくは霧化円板であって、流体のための完全な貫通部（４ ０，４１，４２）と、少なくとも１つの流入開口（４０，４０’）と、少なくと も１つの流出開口（４２）とが設けられており、各流入開口（４０，４０’）が 孔付円板（２３）の上側の機能平面（４７）に、かつ各流出開口（４２）が孔付 円板（２３）の下側の機能平面（４５）に形成されており、さらにガス供給のた めの手段（４３）が設けられている形式のものにおいて、孔付円板（２３）の機 能平面（４５，４６，４６’，４７）が、金属メッキによる金属析出（多層電気 メッキ）を用いて互いに上下に位置するように構成されていることを特徴とする 孔付円板。 2. ガス供給のための手段（４３）が下側の機能平面（４５）に形成されている 、請求項１記載の孔付円板。 3. ガス供給のための手段がガス供給開口（４３）として形成されており、該ガ ス供給開口（４３）が、スロット状に孔付円板（２３）の外周部から孔付円板（ ２３）の内部に延びている、請求項１又は２記載の孔付円板。 4. 流出開口（４２）がガス供給開口（４３）の、孔付円板（２３）の外周部と は反対側の部分である、請求項３記載の孔付円板。 5. 流出開口（４２）の数はガス供給開口（４３）の数に正確に相当している、 請求項４記載の孔付円板。 6. ガス供給開口（４３）が半径方向で、中央に配置された１つの流出開口（４ ２）に向かって延びている、請求項３記載の孔付円板。 7. ガス供給開口（４３）が接線方向で、中央に配置された１つの流出開口（４ ２）に開口している、請求項３記載の孔付円板。 8. 少なくとも３つの機能平面（４５，４６，４７）が設けられており、少なく とも１つの真ん中の機能平面（４６）に通路（４１）が設けられており、該通路 （４１）に少なくとも１つの流入開口（４０）と少なくとも１つの流出開口（４ ３）とが接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の孔付円板。 9. 少なくとも３つの機能平面（４５，４６，４６’，４７）が設けられており 、少なくとも１つの真ん中の機能平面（４６）に複数の螺旋通路（６４）が設け られており、該螺旋通路（６４）が螺旋室（６５）に開口している、請求項１か ら７までのいずれか１項記載の孔付円板。 10. 流入開口（４０，４０’）と流出開口（４２）とが次のように、すなわち 該流入開口（４０，４０’）と流出開口（４２）とが一平面へ投影図で見ていず れの箇所においても重なっておらず、これによって入口と出口とが完全にずれて いるように、配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の孔付円 板。 11. 通路（４１）が、該通路（４１）が投影図で見て流入開口（４０）と流出 開口（４２）とが完全に合致するような大きさを有している、請求項８記載の孔 付円板。 12. 上側の機能平面（４７）が、下側の機能平面（４５）を有するベース領域 よりも小さな外径を有する孔付円板領域（３３）に設けられている、請求項１か ら１１までのいずれか１項記載の孔付円板。 13. 少なくとも１つの真ん中の機能平面（４６，４６’）が、下側及び上側の 機能平面（４５，４７）よりも大きな外径を有している、請求項８又は９記載の 孔付円板。 14. 方長手方向軸線（２）と、弁座面（２９）と共働する弁閉鎖体（７）と、 弁座面（２９）の下流に位置していて少なくとも１つの金属製材料から成る孔付 円板もしくは霧化円板（２３）とを備えた噴射弁であって、孔付円板もしくは霧 化円板（２３）が、流体のための完全な貫通部と、少なくとも１つの流 入開口（４０，４０’）と、少なくとも１つの流出開口（４２）とを有しており 、各流入開口（４０，４０’）が孔付円板（２３）の上側の機能平面（４７）に 、かつ各流出開口（４２）が孔付円板（２３）の下側の機能平面（４５）に形成 されており、さらにガス供給のための手段（４３）を有している形式のものにお いて、孔付円板（２３）の機能平面（４５，４６，４６’，４７）が、金属メッ キによる金属析出（多層電気メッキ）を用いて互いに上下に位置するように構成 されていることを特徴とする噴射弁。 15. 弁座面（２９）が弁座体（１６）に形成されており、該弁座面（２９）に 流出開口（３１）が下流側に接続しており、上側の機能平面（４７）が、下側の 機能平面（４５）を有する孔付円板（２３）のベース領域よりも小さな外径を有 する孔付円板領域（３３）に形成されており、該孔付円板領域（３３）が流出開 口（３１）に突入していて、ベース領域（３２）が弁座体（１６）の下端面（１ ７）に接触している、請求項１４記載の噴射弁。 16. 流出開口（３１）が段付けされて構成されている、請求項１５記載の噴射 弁。 17. 孔付円板（２３）が孔付円板支持体（２１）を用いて弁座体（１６）にク ランプによって固定可能である、請求項１５記載の噴射弁。 18. 孔付円板支持体（２１）がポット形に形成されており、貫通開口（２０） を備えた底部分（２４）と、該底部分に対してほぼ垂直に延びる支持縁部（２６ ）とを有している、請求項１７記載の噴射弁。 19. 弁座体（１６）がその外周部に少なくとも１つの凹設部（３６）を有して おり、該凹設部（３６）が弁座支持体（１）によって制限され、これによって少 なくとも１つの流れ通路（３７）を形成し、ガスによって貫流可能である、請求 項１５記載の噴射弁。 20. 弁座体（１６）に設けられた凹設部（３６）が、平らに延びる研削部であ る、請求項１９記載の噴射弁。 21. 弁座面（２９）が弁座体（１６）に形成されており、弁座体（１６）と孔 付円板（２３）とが受容エレメント（５０）に挿入されている、請求項１４記載 の噴射弁。 22. 孔付円板（２３）の下側の機能平面（４５）が、受容エレメント（５０） と堅く結合された支持エレメント（５８）に載設されている、請求項２１記載の 噴射弁。 23. 受容エレメント（５０）に、ガスによって貫流可能な少なくとも１つの流 れ通路（３７）が設けられている、請求項１記載の噴射弁。