WO1999053193A1 - Zerstäuberscheibe und brennstoffeinspritzventil mit zerstäuberscheibe - Google Patents

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WO1999053193A1
WO1999053193A1 PCT/DE1999/000089 DE9900089W WO9953193A1 WO 1999053193 A1 WO1999053193 A1 WO 1999053193A1 DE 9900089 W DE9900089 W DE 9900089W WO 9953193 A1 WO9953193 A1 WO 9953193A1
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swirl
atomizer disc
outlet opening
fuel injection
atomizer
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PCT/DE1999/000089
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Petra Heinbuch
Frank Schatz
Günter DANTES
Detlef Nowak
Jörg HEYSE
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1853—Orifice plates

Definitions

  • the invention is based on an atomizer disc according to the preamble of claim 1 or claim 13 and on a fuel injector with an atomizer disc according to the preamble of claim 17 or claim 29.
  • Valve seat plate opposite side.
  • the valve plate is surrounded by the swirl element with great play; the swirl element thus performs a certain guidance of the valve plate.
  • Several tangential grooves are made in the swirl element on its lower end face, - 2 -
  • a multi-disc atomizing attachment with a swirl preparation is arranged at the downstream end of which a multi-disc atomizing attachment with a swirl preparation is arranged.
  • This atomizing attachment is also provided on the valve seat support downstream of a disk-shaped guide element installed in a valve seat carrier and a valve seat, an additional support element holding the atomizing attachment in a defined position.
  • the atomizing attachment is designed with two or four disks, the individual disks being made from stainless steel or silicon. Accordingly, conventional machining processes such as eroding, punching or etching are used in the manufacture of the opening geometries in the panes.
  • Each individual disc of the atomizing attachment is manufactured separately, after which, in accordance with the desired number of disks, all of the same size disks are stacked on top of one another to form the complete atomizing attachment.
  • the atomizer disc according to the invention with the characterizing features of claim 1 and claim 13 has the advantage that it is inexpensive to manufacture in a particularly simple manner.
  • a particular advantage is that the atomizer disks can be produced in a reproducible manner extremely precisely in very large numbers at the same time (high batch capability). Due to their metallic design, such atomizing disks are very shatterproof and easy to assemble, for example on injection valves or other spray nozzles of liquids of any kind.
  • the use of multilayer electroplating allows extremely great freedom of design, since the contours of the opening areas (inlet areas, swirl channels, swirl chamber, outlet opening) in the Atomizer disc are freely selectable. Especially in
  • This flexible design is very advantageous compared to silicon wafers, where contours that can be achieved due to the crystal axes are strictly specified (truncated pyramids).
  • Metallic deposition has the advantage of a very large variety of materials, especially when compared to the production of silicon wafers.
  • a wide variety of metals with their different magnetic properties and hardness can be used in the micro-electroplating used to manufacture the atomizing disks.
  • the atomizer disc in such a way that the at least one inlet opening for a first inflow opens directly into the swirl chamber and another swirl channel, which is temporarily independent thereof, takes place to the swirl chamber.
  • the upstream layer represents a cover layer that covers the swirl chamber of a middle swirl generation layer.
  • the swirl generation layer is formed by one or more material areas which, on account of their contouring and their geometric position relative to one another, define the contours of the swirl chamber and the swirl channels.
  • the material areas can have very different shapes depending on the desired contour of the swirl channels, e.g. web-like or spiral.
  • the contours of the swirl chamber, the cover layer and the outlet opening can also be designed flexibly, with particular inclinations, e.g. engine-specific spray patterns and spray forms can be generated.
  • Claim 29 has the advantage that with it a very high atomization quality of a fuel to be sprayed off as well as a jet adapted to the respective requirements (for example installation conditions, engine configurations, cylinder shapes, spark plug position) or spray molding is achieved.
  • a very high atomization quality of a fuel to be sprayed off as well as a jet adapted to the respective requirements (for example installation conditions, engine configurations, cylinder shapes, spark plug position) or spray molding is achieved.
  • the exhaust gas emission of the internal combustion engine can be reduced and a reduction in fuel consumption can also be achieved.
  • the noble metals Ru, Rh, Pd, Os, Ir and Pt or alloys of these metals with one another or with other metals also show catalytic activity.
  • FIG. 1 shows a section of a fuel injector that can be equipped with an atomizer disk
  • FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 3 as a basic illustration of an atomizer disk
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a multilayer electroplating atomizer disk
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of an atomizer disk
  • FIG 5 a third
  • FIG. 6 shows a fourth exemplary embodiment of an atomizer disk
  • FIG. 7 shows a fifth embodiment of an atomizer disk
  • FIG. 8 shows a section along the line VIII-VIII in FIG. 7.
  • the electromagnetically actuated valve in the form of an injection valve for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines which is shown by way of example in FIG. 1, has a valve, which is at least partially surrounded by a magnetic coil 1 and serves as the inner pole of a magnetic circuit. tubular, largely hollow cylindrical core 2.
  • the fuel injection valve is particularly suitable as a high-pressure injection valve for the direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • an injection valve for gasoline or diesel applications, for direct or intake manifold injection
  • these atomizer disks can also be used in inkjet printers, on nozzles for spraying
  • Liquids of any kind or for inhalers are used.
  • the atomizing disks according to the invention are generally suitable for producing fine sprays with swirl components.
  • a stepped coil body 3 made of plastic takes up the winding of the magnetic coil 1 and, in conjunction with the core 2 and an annular, non-magnetic intermediate part 4 with an L-shaped cross section partially surrounded by the magnetic coil 1, enables a particularly compact and short structure of the injection valve in the area of the magnetic coil 1.
  • a continuous longitudinal opening 7 is provided in the core 2 and extends along a longitudinal valve axis 8.
  • the core 2 of the magnetic circuit also serves as a fuel inlet connection, the longitudinal opening 7 representing a fuel supply channel.
  • a fuel filter 15 is provided on the inlet side, which ensures that those fuel components are filtered out which, due to their size, could cause blockages or damage in the injection valve.
  • the fuel filter 15 is, for. B. fixed by pressing in the core 2.
  • the core 2 forms with the housing part 14 the inlet-side end of the fuel injector, the upper housing part 14, for example, just extending beyond the solenoid coil 1, seen downstream in the axial direction.
  • a lower tubular housing part 18 connects tightly and firmly, which, for. B. an axially movable valve part consisting of an armature 19 and a rod-shaped valve needle 20 or an elongated valve seat support 21 encloses or receives.
  • the movable valve part could e.g. also have the shape of a flat disc with an integrated anchor.
  • the two housing parts 14 and 18 are, for. B. firmly connected to each other with a circumferential weld.
  • the lower housing part 18 and the largely tubular valve seat support 21 are firmly connected to each other by screwing; Welding, soldering or flanging are also possible joining methods.
  • the sealing between the housing part 18 and the valve seat support 21 is carried out, for. B. by means of a sealing ring 22.
  • the valve seat support 21 has an inner through opening 24 over its entire axial extent, which is concentric with the
  • Valve longitudinal axis 8 runs. - 10 -
  • valve seat carrier 21 With its lower end 25, which also represents the downstream end of the entire fuel injection valve, the valve seat carrier 21 surrounds a disc-shaped valve seat element 26 fitted in the through opening 24 with a frustoconically tapering valve seat surface 27.
  • the z. B. rod-shaped, a largely circular cross-section valve needle 20 is arranged, which has a valve closing section 28 at its downstream end.
  • This, for example, conically tapering valve closing section 28 interacts in a known manner with the valve seat surface 27 provided in the valve seat element 26.
  • the valve seat element 26 Downstream of the valve seat surface 27, the valve seat element 26 is followed by an atomizer disc 30 according to the invention, which is produced by means of multilayer electroplating and comprises three metallic layers deposited on one another.
  • the injection valve is actuated electromagnetically in a known manner. For the axial movement of the
  • Valve needle 20 and thus for opening against the spring force of a return spring 33 arranged in the longitudinal opening 7 of the core 2 or closing the injection valve is used for the electromagnetic circuit with the magnet coil 1, the core 2, the housing parts 14 and 18 and the armature 19.
  • the armature 19 is with the valve closing portion 28 facing away from the valve needle 20 z. B. connected by a weld and aligned to the core 2.
  • Disc-shaped guide element 35 arranged upstream of the valve seat element 26 with a dimensionally accurate guide opening 36.
  • the armature 19 is surrounded by the intermediate part 4 during its axial movement.
  • another excitable actuator such as a piezo stack can be used in a comparable fuel injection valve or the actuation of the axially movable valve part can be carried out by means of hydraulic pressure or servo pressure.
  • An adjusting sleeve 38 inserted, pressed or screwed into the longitudinal opening 7 of the core 2 is used to adjust the spring preload of the return spring 33 which bears against the adjusting sleeve 38 with its upstream side and which is supported with its opposite side on the armature 19 by means of a centering piece 39.
  • one or more bore-like flow channels 40 are provided, through which the fuel can pass from the longitudinal opening 7 in the core 2 via connecting channels 41 formed downstream of the flow channels 40 near the guide opening 34 in the valve seat carrier 21 and into the through opening 24.
  • the stroke of the valve needle 20 is predetermined by the installation position of the valve seat element 26.
  • One end position of the valve needle 20 is determined when the solenoid coil 1 is not energized by the valve closing section 28 bearing against the valve seat surface 27 of the valve seat element 26, while the other end position of the valve needle 20 when the solenoid coil 1 is energized is determined by the armature 19 resting on the downstream end face of the core 2 results.
  • the electrical contacting of the magnetic coil 1 and thus its excitation takes place via contact elements 43, which are provided outside of the coil former 3 with a plastic encapsulation 44.
  • the plastic encapsulation 44 can also extend over further components (eg housing parts 14 and 18) of the fuel injector. From the
  • Plastic extrusion 44 runs out of an electrical connection cable 45, via which the energization of the magnet coil 1 takes place.
  • the plastic encapsulation 44 projects through the upper housing part 14, which is interrupted in this area.
  • a first paragraph 49 serves as a contact surface for e.g. helical compression spring 50.
  • the second stage 51 creates an enlarged installation space for the three disk-shaped elements 35, 26 and 30.
  • the compression spring 50 enveloping the valve needle 20 tensions the guide element 35 in the valve seat carrier 21, since its side opposite the shoulder 49 presses against the guide element 35. Downstream of the
  • Valve seat surface 27 is provided in valve seat element 26, through which the fuel flowing along valve seat surface 27 when the valve is open flows to subsequently enter atomizer disk 30.
  • the atomizer disk 30 is present, for example, in a recess 54 of a disk-shaped holding element 55, the - 13 -
  • the fastening variant of the atomizer disc 30 shown in FIG. 1 is only shown in simplified form and shows only one of many to be varied
  • FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 3 in order to clarify the pane structure.
  • different hatches were chosen for the individual layers deposited, although it should be emphasized that the atomizing disks 30 are one-piece components , because the individual layers are deposited directly on top of each other and are not added afterwards. The layers of the atomizing disc 30 are successively electrodeposited so that the subsequent layer firmly bonds to the layer below due to galvanic adhesion.
  • the atomizer disc 30 has such an outer diameter that it can be fitted tightly with little play into a receiving opening on the fuel injection valve, for example into the recess 54 of the holding element 55 or into an opening of the valve seat carrier 21.
  • the atomizer disk 30 is formed from three galvanically deposited planes, layers or layers - 14 -
  • the three layers of the atomizer disc 30 are referred to below according to their function with the cover layer 60, swirl generation layer 61 and bottom layer 62. As can be seen in FIG. 2, the upper layer is
  • Cover layer 60 is formed with a smaller outer diameter than the lower layer 62. In this way it is ensured that the fuel on the one hand flows past the cover layer 60 on the outside and thus unhindered into outer inlet areas 65 of, for example, four
  • Swirl channels 66 can occur in the middle swirl generation layer 61 (see arrows for the flow pattern in FIG. 2).
  • an inlet opening 67 is made in the upper cover layer 60, through which a part of the fuel can flow in directly, so that a so-called bi-flux atomizer disc with two largely separate flows is present.
  • Atomizer disks 30 can also be produced in the manner according to the invention with more than three layers, the structure of the layers 60, 61, 62 described above also being comparable in these cases
  • a fourth (not shown) structural layer has grown, which is suitable for certain installation conditions
  • the atomizer disks 30 according to the invention are galvanic in several metallic layers
  • the starting point for the process is a flat and stable carrier plate, which, for. B. can consist of metal (titanium, steel), silicon, glass or ceramic. At least one auxiliary layer is optionally first applied to the carrier plate. For example, it is a
  • Electroplating start layer (e.g. TiCuTi, CrCuCr, Ni), which is required for electrical conduction for later micro-electroplating - 16 -
  • auxiliary layer happens z. B. by sputtering or by electroless metal deposition.
  • a photoresist photoresist
  • a photoresist is applied to the entire surface, e.g. rolled on or spun on.
  • the thickness of the photoresist should correspond to the thickness of the metal layer that is to be realized in the subsequent electroplating process, that is to say the thickness of the lower bottom layer 62 of the atomizing disc 30.
  • the resist layer can be composed of one or more layers of a photostructurable film or a liquid resist (polyimide, Photoresist). If an optional sacrificial layer is to be galvanized into the lacquer structures created later, the thickness of the photoresist must be increased by the thickness of the sacrificial layer.
  • the metal structure to be realized is to be transferred inversely in the photoresist using a photolithographic mask. One possibility is to expose the photoresist directly over the mask by means of UV exposure (circuit board exposer or semiconductor exposer) (UV depth lithography) and then to develop it.
  • the negative structure ultimately created in the photoresist to the later layer 62 of the atomizing disc 30 is galvanically filled with metal (eg Ni, NiCo, NiFe, NiW, Cu) (metal deposition). Due to the electroplating, the metal fits closely to the contour of the negative structure, so that the specified contours are reproduced in it in a true-to-form manner.
  • metal eg Ni, NiCo, NiFe, NiW, Cu
  • auxiliary layer according to the number of layers desired is repeated, so that three electroplating steps are carried out for a three-layer atomizer disk 30.
  • Different metals can also be used for the layers of an atomizer disk 30, but these can only be used in a new electroplating step
  • the cover layer 60 of the atomizing disk 30 metal is deposited both on the conductive material areas 61 ′ and on the non-conductive photoresist in the area of the swirl channels 66 and the swirl chamber 68.
  • a starting layer metallization is applied to the resist of the previous middle layer 61.
  • the remaining photoresist is removed from the metal structures by wet-chemical stripping.
  • the atomizing disks 30 can be detached from the substrate and separated. For carrier plates with good
  • Adhesion of the atomizer disks 30, the sacrificial layer is selectively etched away to form the substrate and atomizer disk 30, as a result of which the atomizer disks 30 can be lifted off the carrier plate and separated.
  • FIG. 3 several exemplary embodiments of multilayer electroplating atomizing disks 30 are shown in the further figures in their plan views. Depending on the desired use, these different embodiments can be used to generate conventional rotationally symmetrical spray cones, but also flat jet images or inclined asymmetrical jet images. - 18 -
  • Swirl generation layer 61 a further, but not swirling fluid component is realized.
  • a complex opening contour is provided as the flow geometry, which extends over the entire axial thickness of this layer 61.
  • the opening contour of the middle layer 61 is formed by an inner swirl chamber 68 and by a plurality of swirl channels 66 opening into the swirl chamber 68, the contours of which in turn result from material areas 61 ′ deposited in the middle layer 61.
  • the atomizer disc 30 shown in FIG. 3 has a largely circular swirl chamber 68 and four swirl channels 66 in the middle layer 61. each perpendicular to the adjacent swirl channels 66
  • Swirl channels 66 open tangentially into the swirl chamber 68.
  • the tangential confluence of the swirl channels 66 in the swirl chamber 68 imparts an angular momentum to the fuel, which is thus retained in a central circular outlet opening 69 of the lower bottom layer 62.
  • the diameter of the outlet opening 69 is, for example, significantly smaller than the opening width of the swirl chamber 68 lying directly above it. This increases the swirl intensity generated in the swirl chamber 68.
  • the inlet opening 67 is formed completely above the swirl chamber 68, but with a complete offset to the outlet opening 69, which is provided centrally in the bottom layer 62. In other words, this means that in a projection of both - 19 -
  • Openings 67 and 69 do not overlap in one plane, so that a significant radial component is impressed on the fuel flowing in through the inlet opening 67.
  • the fuel Due to the centrifugal force and the superimposition of the swirl flow and the cross flow, the fuel is sprayed out in a hollow cone shape and thereby inclined at an angle to the longitudinal axis 8 of the valve.
  • the arrows in the swirl chamber 68 (FIG. 3) refer to the flow conditions. Depending on the contour, the resulting lateral beam deflection from the
  • Swirl flow can be influenced more easily or more.
  • the beam alignment marked with an arrow and ⁇ can deviate somewhat from the direction of the shortest connecting line between inlet and outlet openings 67, 69 due to the direction of swirl, ⁇ indicates the angle of the spray to the axis of symmetry of atomizer disc 30.
  • the four material regions 61 'of the swirl generation layer 61 are each web-like and from the outer edge of the
  • Atomizer disc 30 is formed spaced apart.
  • the material areas 61 ' are largely perpendicular to the respectively adjacent material areas 61' and form the swirl channels 66 covered by the cover layer 60 at a defined distance from one another.
  • the ends 70 of the material areas 61 'which radially delimit the swirl chamber 68 are rounded, for example, in the shape of a shovel, so that already the contour of the material regions 61 'serves to generate the swirl of the fuel to be sprayed off and a circular swirl chamber 68 is formed.
  • Fuel injector can be used and fastened.
  • atomizer disks 30 are shown, from which further possibilities for forming the at least one inlet opening 67 in the cover layer 60 become clear. While the contours of the swirl chamber 68 and the swirl channels 66 and the material areas 61 'largely correspond to those of the atomizer disc 30 according to FIG. 3, variations in the number and the contours of the inlet opening 67 can be seen in the other three exemplary embodiments. For example, the circular inlet opening 67 with a smaller diameter is arranged concentrically to the circular outlet opening 69 with a larger diameter (FIG. 4) in order to produce a narrow, compact jet without ⁇ deflection. In the atomizer disc 30 according to FIG.
  • FIG. 6 shows an atomizer disc 30, in the cover layer 60 of which two inlet openings 67 are provided, both of which are offset from the outlet opening 69.
  • the oblique orientation of the spray can be adjusted very well via the size of the offset of inlet openings 67 and outlet opening 69.
  • inlet openings 67 that one - 21 -
  • injection valves are advantageous which spray a spray which is inclined to the longitudinal axis 8 of the valve.
  • An essential point of the present invention is to have found geometries for the atomizing disc 30, with which the above-mentioned goal is achieved very easily. It should be noted here that the atomizing disc 30 produced by means of multilayer electroplating has only largely vertical walls due to the production technology, with which, viewed in isolation, the walls do not appear to be capable of an oblique spraying. In an advantageous manner, however, with the vertical walls in the atomizing disc 30 - 22 -
  • Asymmetry in the contour ensures an oblique spray, and it is also advantageous that it is possible to dispense with downstream, precision-engineered components, into which, of course, an oblique spray hole could easily be introduced.
  • downstream components are of course conceivable.
  • a swirling, rotationally symmetrical hollow cone spray with an even distribution over the circumference of the hollow cone represents only one spray form for the oblique spray described in more detail here, but also the other spray forms already listed in the introduction to the description, i.e. also those which have uneven distributions and strands can be generated by appropriate asymmetrical contouring in all layers of the atomizer disc 30.
  • FIGS. 7 and 8 show a further exemplary embodiment of an atomizing disc 30, FIG. 8 showing a section along the line VIII-VIII in FIG. 7.
  • This atomizer disk 30 is not a bi-flux atomizer disk 30 (FIGS. 2 to 6), but rather a so-called pre-throttle atomizer disk 30 '.
  • the atomizing disk 30 ' has inlet openings 67 which are not arranged directly above the swirl chamber 68 and therefore do not open into the swirl chamber 68 either. Rather, the inlet openings 67 open into the swirl channels 66, namely at their ends 80 facing away from the swirl chamber 68.
  • the inlet openings 67 is smaller than the smallest vertical swirl channel cross section, which results perpendicular to the plane of the drawing and is determined by the height and width of the respective swirl channel 66.
  • the inlet openings 67 are thus a pre-throttle and the flow-determining cross section of the atomizer disc 30 '. Such throttling through the inlet openings 67 in the cover layer 60 guarantees an improvement in the quantity tolerance of the flow quantity at any jet angle.
  • the atomizer disc 30 ' has further features that differ from the previous examples.
  • a first peculiarity is that all three layers 60, 61 and 62 have an outer diameter of the same size, the middle swirl generation layer 61 comprising only a single contiguous material region 61 '.
  • the swirl channels 66 which largely exit tangentially into the swirl chamber 68, are therefore not connected to the outer circumference of the atomizer disk 30 'with their ends 80 facing away from the swirl chamber 68. Rather, a peripheral edge area of the material area 61 'remains between the ends 80 of the swirl channels 66 and the outer circumference of the atomizing disk 30'. With the edge area, the atomizer disc 30 'can be clamped particularly easily on its periphery for fastening.
  • a different number of swirl channels 66 e.g. six

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberscheibe, die sich dadurch auszeichnet, daß sie aus wenigstens einem metallischen Material besteht, mit wenigstens einer Einlassöffnung (67) in einer oberen Deckelschicht (60) und wenigstens einer Auslassöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) ausgebildet ist, und wenigstens zwei in eine Drallkammer (68) mündende Drallkanäle (66) aufweist, wobei die Drallkammer (68) in einer mittleren Drallerzeugungsschicht (61) vorgesehen ist. Über die Einlassöffnung (67) und die Drallkanäle (68) treten zwei verschiedenartige (Bi-Flux)-Strömungen in die Drallkammer (68) ein. Alle Schichten der Zerstäuberscheibe (30) sind mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar aufeinander aufgebaut. Die Zerstäuberscheibe (30) eignet sich besonders für den Einsatz an einem Brennstoffeinspritzventil, insbesondere einem Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Zerstauberscheibe und Brennstoffeinspritzventil mit Zerstauberscheibe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zerstäuberscheibe nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 13 und von einem Brennstoffeinspritzventil mit einer Zerstäuberscheibe nach der Gattung des Anspruchs 17 bzw. des Anspruchs 29.
Aus der DE-PS 39 43 005 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem im Sitzbereich mehrere scheibenförmige Elemente angeordnet sind. Bei Erregung des Magnetkreises wird eine als Flachanker fungierende flache Ventilplatte von einer mit ihr zusammenwirkenden gegenüberliegenden Ventilsitzplatte abgehoben, die gemeinsam ein Plattenventilteil bilden. Stromaufwärts der Ventilsitzplatte ist ein Drallelement angeordnet, das den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Eine Anschlagplatte begrenzt den axialen Weg der Ventilplatte auf der der
Ventilsitzplatte gegenüberliegenden Seite. Die Ventilplatte wird mit großem Spiel von dem Drallelement umgeben; eine gewisse Führung der Ventilplatte übernimmt damit das Drallelement. Im Drallelement sind an dessen unterer Stirnseite mehrere tangential verlaufende Nuten eingebracht, - 2 -
die vom äußeren Umfang ausgehend bis in eine mittlere Drallkammer reichen. Durch das Aufliegen des Drallelements mit seiner unteren Stirnseite auf der Ventilsitzplatte liegen die Nuten als Drallkanäle vor.
Aus der WO 96/11335 ist bereits ein
Brennstoffeinspritzventil bekannt, an dessen stromabwärtigen Ende ein mehrscheibiger Zerstäubungsvorsatz mit einer Drallaufbereitung angeordnet ist. Dieser Zerstaubungsvorsatz ist stromabwärts eines in einem Ventilsitzträger eingebauten scheibenförmigen Führungselements und eines Ventilsitzes ebenfalls am Ventilsitzträger 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 konven ionelle Bearbeitungsverfahren zum Einsatz, wie Erodieren, Stanzen oder Ätzen. Jede einzelne Scheibe des Zerstäubungsvorsatzes wird separat gefertigt, wonach entsprechend der gewünschten Scheibenanzahl alle gleich großen Scheiben zur Bildung des vollständigen Zerstäubungsvorsatzes aufeinander gestapelt werden.
In der DE-OS 196 07 288 wurde bereits die sogenannte Multilayergalvanik zur Herstellung von Lochscheiben, die insbesondere für den Einsatz an Brennstoffeinspritzventilen geeignet sind, ausführlich beschrieben. Dieses Herstellungsprinzip einer Scheibenherstellung durch mehrfaches galvanisches Metallabscheiden verschiedener Strukturen aufeinander, so daß eine einteilige Scheibe vorliegt, soll ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt vorliegender Erfindung zählen. Die mikrogalvanische Metallabscheidung in mehreren Ebenen, Lagen bzw. Schichten - 3 -
kommt auch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zerstäuberscheiben zum Einsatz.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zerstäuberscheibe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 13 hat den Vorteil, daß sie auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar ist. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Zerstäuberscheiben in reproduzierbarer Weise äußerst präzise in sehr großen Stückzahlen gleichzeitig gefertigt werden können (hohe Batchfähigkeit) . Aufgrund ihrer metallischen Ausbildung sind solche Zerstäuberscheiben sehr bruchsicher und gut montierbar, beispielsweise an Einspritzventilen oder anderen Abspritzdüsen von Flüssigkeiten jeglicher Art. Die Anwendung der Multilayergalvanik erlaubt eine extrem große Gestaltungsfreiheit, da die Konturen der Öffnungsbereiche (Einlaßbereiche, Drallkanäle, Drallkammer, Auslaßöffnung) in der Zerstauberscheibe frei wählbar sind. Besonders im
Vergleich zu Siliziumscheiben, bei denen aufgrund der Kristallachsen erreichbare Konturen streng vorgegeben sind (Pyramidenstümpfe) , ist diese flexible Formgebung sehr vorteilhaft .
Das metallische Abscheiden hat besonders im Vergleich zur Herstellung von Siliziumscheiben den Vorteil einer sehr großen Materialvielfalt. Die verschiedensten Metalle mit ihren unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften und Härten können bei der zur Herstellung der Zerstäuberscheiben verwendeten Mikrogalvanik zum Einsatz kommen.
Die herstellungsbedingt große Gestaltungsfreiheit der Konturen innerhalb der Zerstäuberscheibe hat wiederum den großen Vorteil zur Folge, daß verschiedene Strahlformen der - 4 -
abzuspritzenden Sprays einfach erzeugbar sind. So sind Strahlverläufe und Sprays in Form von Hohlkegeln, schrägen Hohlkegeln, Vollkegeln, schrägen Vollkegeln, strähnenbehaf eten Kegeln oder Flachstrahlen erzielbar, die allesamt durch die Drallbeaufschlagung in der Drallscheibe hervorragend aufbereitet werden. Mit der Multilayergalvanik sind in besonders vorteilhafter Weise problemlos, kostengünstig und mit extrem großer Präzision Hinterschneidungen und Überdeckungen erzielbar.
Von besonderem Vorteil ist es, die Zerstäuberscheibe so auszubilden, daß die wenigstens eine Einlaßöffnung für eine erste Zuströmung direkt in die Drallkammer mündet und über die Drallkanäle eine weitere davon zeitweise unabhängige Zuströmung zur Drallkammer erfolgt. Mit einer solchen zwei Strömungen in sich führenden Bi-Flux-Zerstäuberscheibe lassen sich auf sehr einfache Weise schräg abspritzende Sprays erzeugen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 bzw. Anspruch 13 angegebenen Zerstauberscheibe möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, die Zerstäuberscheibe bestehend aus drei Schichten aufzubauen, indem drei Galvanikschritte zur Metallabscheidung vorgenommen werden. Dabei stellt die stromaufwärtige Schicht eine Deckelschicht dar, die die Drallkammer einer mittleren Drallerzeugungsschicht abdeckt. Die Drallerzeugungsschicht wird von einem oder mehreren Materialbereichen gebildet, die aufgrund ihrer Konturgebung und ihrer geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkammer und der Drallkanäle vorgeben. Durch den Galvanikprozess werden die einzelnen Schichten ohne Trenn- oder Fügestellen so aufeinander aufgebaut, daß sie durchgehend homogenes Material darstellen. Insofern sind „Schichten" als gedankliches Hilfsmittel zu verstehen.
In vorteilhafter Weise sind in der Zerstäuberscheibe zwei, drei, vier oder sechs Drallkanäle vorgesehen. Die Materialbereiche können entsprechend der gewünschten Konturgebung der Drallkanäle sehr unterschiedliche Formen besitzen, z.B. stegartig oder spiralförmig sein. In vorteilhafter Weise sind auch die Konturen der Drallkammer, der Deckelschicht und der Auslaßöffnung flexibel gestaltbar, wobei durch Asymmetrien bestimmter Öffnungskonturen besondere geneigte, z.B. motorspezifische Strahlbilder und Sprayformen erzeugbar sind. Die Erzeugung von zur Symmetrieachse der Drallscheibe unter einem Winkel γ geneigten Sprays oder Strahlen (Hohl- oder Vollkegel, hoher oder geringer Strähnenanteil über den Umfang, Gleich- oder Ungleichverteilung über den Umfang, nicht rotationssymmetrische (Flach-) Strahlbilder mit einstellbaren Strähnenkomponenten) auf einfache Art und Weise und ohne zusätzliche Bauteile mit vorgegebenen Schrägabspritzkonturen (Schräglöcher) stellt einen außerordentlich wichtigen Vorteil der erfindungsgemäßen Zerstäuberscheiben dar.
Ohne nachgeschaltete, feinmechanisch hergestellte Bauteile können so zur Symmetrieachse geneigte Sprays mit oben genannten Eigenschaften erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 17 bzw. des
Anspruchs 29 hat den Vorteil, daß mit ihm eine sehr hohe Zerstäubungsgüte eines abzuspritzenden Brennstoffs sowie eine an die jeweiligen Erfordernisse (z.B. Einbaubedingungen, Motorkonfigurationen, Zylinderausformungen, Zündkerzenposition) angepaßte Strahl- bzw. Sprayformung erzielt wird. Als Konsequenz können bei Verwendung von Multilayergalvanik-Zerstäuberscheiben an einem Einspritzventil einer Brennkraftmaschine u.a. die Abgasemission der Brennkraftmaschine reduziert und ebenso eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs erzielt werden.
Aus den bezüglich der Zerstäuberscheiben angeführten Vorteilen sind entsprechende Vorteile für den Einsatz an einem Brennstoffeinspritzventil in logischer Weise herleitbar, da durch die vereinfachte und sehr gut reproduzierbare Herstellungsweise der Zerstäuberscheiben gekoppelt mit der hohen Funktionalität der Drallerzeugung im Fluid, hier Brennstoff, für das Brennstoffeinspritzventil genauso die Vorteile der hohen Qualität, gleichmäßigen Feinstzerstäubung, hohen Variabilität an Strahlformen und Kostenersparnis vorliegen.
Bei motorischem Betrieb tritt allgemein bei der Benzindirekteinspritzung das Problem auf, daß die in den Brennraum ragende stromabwartige Spitze des Einspritzventils durch Benzinablagerungen verkokt. Bei bisher bekannten in den Brennraum ragenden Einspritzventilen besteht deshalb über ihre Lebensdauer die Gefahr einer negativen Beeinflussung der Sprayparameter (z.B. statische Strömungsmenge, Strahlwinkel), die bis zu einem Ausfall des Einspritzventils führen kann. Durch das Einsetzen der Multilayergalvanik-Zerstäuberscheibe am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils aus den Materialien Nickel oder Nickel-Kobalt wird eine Verkokung in diesem Bereich wirksam verhindert. Geeignete Materialien sind außerdem Kobalt- und Nickeloxide und Oxide von Legierungen der genannten Metalle. Durch den Aufbau der Zerstäuberscheibe aus solchen Materialien wird eine vollständige Verbrennung der Rußpartikel katalysiert und die Ablagerung von - 7 -
Kohlenstoffteilchen verhindert. Katalytische Wirksamkeit zeigen auch die Edelmetalle Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt bzw. Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit anderen Metallen.
Weitere Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele noch näher benannt.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen Figur 1 ein mit einer Zerstäuberscheibe ausstattbares Brennstoffeinspritzventil im Schnitt, Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 3 als Prinzipdarstellung einer Zerstäuberscheibe, Figur 3 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer Multilayergalvanik- Zerstäuberscheibe, Figur 4 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer Zerstäuberscheibe, Figur 5 ein drittes
Ausführungsbeispiel einer Zerstäuberscheibe, Figur 6 ein viertes Ausfuhrungsbeispiel einer Zerstäuberscheibe, Figur 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Zerstäuberscheibe und Figur 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Figur 7.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in der Figur 1 beispielhaft dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen, als Innenpol eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend hohlzylindrischen Kern 2. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders als Hochdruckeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Für den Einsatz der erfindungsgemäßen, später näher beschriebenen Zerstäuberscheiben stellt ein Einspritzventil (für Benzin- oder Dieselanwendung, für Direkt- oder Saugrohreinspritzung) nur ein wichtiges Anwendungsgebiet dar. Diese Zerstäuberscheiben können auch in Tintenstrahldruckern, an Düsen zum Versprühen von
Flüssigkeiten jeglicher Art oder bei Inhalatoren zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung feiner Sprays mit Drallkomponenten eignen sich die erfindungsgemäßen Zerstäuberscheiben ganz allgemein.
Ein beispielsweise gestufter Spulenkörper 3 aus Kunststoff nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 und einem ringförmigen, nichtmagnetisehen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 4 mit einem L-förmigen Querschnitt einen besonders kompakten und kurzen Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.
In dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsöffnung 7 vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse 8 erstreckt. Der Kern 2 des Magnetkreises dient auch als Brennstoffeinlaßstutzen, wobei die Längsöffnung 7 einen Brennstoffzufuhrkanal darstellt. Mit dem Kern 2 oberhalb der Magnetspule 1 fest verbunden ist ein äußeres metallenes (z. B. ferritisches) Gehäuseteil 14, das als Außenpol bzw. äußeres Leitelement den Magnetkreis schließt und die Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig umgibt. In der Längsöffnung 7 des Kerns 2 ist zulaufseitig ein Brennstoffilter 15 vorgesehen, der für die Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile sorgt, die aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder Beschädigungen verursachen könnten. Der Brennstoffilter 15 ist z. B. durch Einpressen im Kern 2 fixiert.
Der Kern 2 bildet mit dem Gehäuseteil 14 das Zulaufseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils , wobei sich das obere Gehäuseteil 14 beispielsweise in axialer Richtung stromabwärts gesehen gerade noch über die Magnetspule 1 hinaus erstreckt. An das obere Gehäuseteil 14 schließt sich dicht und fest ein unteres rohrförmiges Gehäuseteil 18 an, das z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus einem Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bzw. einen langgestreckten Ventilsitzträger 21 umschließt bzw. aufnimmt. Das bewegliche Ventilteil könnte aber z.B. auch die Form einer flachen Scheibe mit integriertem Anker haben. Die beiden Gehäuseteile 14 und 18 sind z. B. mit einer umlaufenden Schweißnaht fest miteinander verbunden.
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das untere Gehäuseteil 18 und der weitgehend rohrförmige Ventilsitzträger 21 durch Verschrauben fest miteinander verbunden; Schweißen, Löten oder Bördeln stellen aber ebenso mögliche Fügeverfahren dar. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und dem Ventilsitzträger 21 erfolgt z. B. mittels eines Dichtrings 22. Der Ventilsitzträger 21 besitzt über seine gesamte axiale Ausdehnung eine innere Durchgangsöffnung 24, die konzentrisch zu der
Ventillängsachse 8 verläuft. - 10 -
Mit seinem unteren Ende 25, das auch zugleich den stromabwärtigen Abschluß des gesamten Brennstoffeinspritzventils 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 die z. B. stangenförmige, einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt aufweisende Ventilnadel 20 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 28 aufweist. Dieser beispielsweise sich keglig verjüngende Ventilschließabschnitt 28 wirkt in bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement 26 vorgesehenen Ventilsitzfläche 27 zusammen. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 folgt dem Ventilsitzelement 26 eine erfindungsgemäße Zerstäuberscheibe 30, die mittels Multilayergalvanik hergestellt ist und drei aufeinander abgeschiedene metallische Schichten umfaßt.
Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der
Ventilnadel 20 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 angeordneten Rückstellfeder 33 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2, den Gehäuseteilen 14 und 18 und dem Anker 19. Der Anker 19 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 28 abgewandten Ende der Ventilnadel 20 z. B. durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet . Zur Führung der Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung mit dem Anker 19 entlang der Ventillängsachse 8 dient einerseits eine im
Ventilsitzträger 21 am dem Anker 19 zugewandten Ende vorgesehene Führungsöffnung 34 und andererseits ein - 11 -
stromaufwärts des Ventilsitzelements 26 angeordnetes scheibenförmiges Führungselement 35 mit einer maßgenauen Führungsöffnung 36. Der Anker 19 ist während seiner Axialbewegung von dem Zwischenteil 4 umgeben.
Anstelle des elektromagnetischen Kreises kann auch ein anderer erregbarer Aktuator, wie z.B. ein Piezostack, in einem vergleichbaren Brennstoffeinspritzventil verwendet werden bzw. das Betätigen des axial beweglichen Ventilteils durch einen hydraulischen Druck oder Servodruck erfolgen.
Eine in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 eingeschobene, eingepreßte oder eingeschraubte Einstellhülse 38 dient zur Einstellung der Federvorspannung der über ein Zentrierstück 39 mit ihrer stromaufwärtigen Seite an der Einstellhülse 38 anliegenden Rückstellfeder 33, die sich mit ihrer gegenüberliegenden Seite am Anker 19 abstützt. Im Anker 19 sind ein oder mehrere bohrungsähnliche Strömungskanäle 40 vorgesehen, durch die der Brennstoff von der Längsöffnung 7 im Kern 2 aus über stromabwärts der Strömungskanäle 40 ausgebildete Verbindungskanäle 41 nahe der Führungsöffnung 34 im Ventilsitzträger 21 bis in die Durchgangsöffnung 24 gelangen kann.
Der Hub der Ventilnadel 20 wird durch die Einbaulage des Ventilsitzelements 26 vorgegeben. Eine Endstellung der Ventilnadel 20 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 28 an der Ventilsitzfläche 27 des Ventilsitzelements 26 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 20 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 19 an der stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 2 ergibt. Die - 12 -
Oberflächen der Bauteile im letztgenannten Anschlagbereich sind beispielsweise verchromt.
Die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit deren Erregung erfolgt über Kontaktelemente 43, die noch außerhalb des Spulenkörpers 3 mit einer Kunststoffumspritzung 44 versehen sind. Die Kunststoffumspritzung 44 kann sich auch über weitere Bauteile (z. B. Gehäuseteile 14 und 18) des Brennstoffeinspritzventils erstrecken. Aus der
Kunststoffumspritzung 44 heraus verläuft ein elektrisches Anschlußkabel 45, über das die Bestromung der Magnetspule 1 erfolgt. Die Kunststoffumspritzung 44 ragt durch das in diesem Bereich unterbrochene obere Gehäuseteil 14.
Stromabwärts der Führungsöffnung 34 ist die
Durchgangsöffnung 24 des Ventilsitzträgers 21 beispielsweise zweimal gestuft ausgeführt. Ein erster Absatz 49 dient als Anlagefläche für eine z.B. schraubenförmige Druckfeder 50. Mit der zweiten Stufe 51 wird ein vergrößerter Einbauraum für die drei scheibenförmigen Elemente 35, 26 und 30 geschaffen. Die die Ventilnadel 20 umhüllende Druckfeder 50 verspannt das Führungselement 35 im Ventilsitzträger 21, da sie mit ihrer dem Absatz 49 gegenüberliegenden Seite gegen das Führungselement 35 drückt. Stromabwärts der
Ventilsitzfläche 27 ist im Ventilsitzelement 26 eine Austrittsöffnung 53 eingebracht, durch die der bei geöffnetem Ventil an der Ventilsitzfläche 27 entlangströmende Brennstoff strömt, um nachfolgend in die Zerstäuberscheibe 30 einzutreten. Die Zerstäuberscheibe 30 liegt beispielsweise in einer Vertiefung 54 eines scheibenförmigen Halteelements 55 vor, wobei das - 13 -
Halteelement 55 fest mit dem Ventilsitzträger 21 z.B. mittels Schweißen, Kleben oder durch Verklemmen verbunden ist. Die in Figur 1 gezeigte Befestigungsvariante der Zerstäuberscheibe 30 ist nur vereinfacht dargestellt und zeigt nur eine von vielen zu variierenden
Befestigungsmöglichkeiten. Entscheidend ist die prinzipielle Anordnung der mikrogalvanisch abgeschiedenen Zerstäuberscheibe 30 stromabwärts der Ventilsitzfläche 27. In dem Halteelement 55 ist stromabwärts der dem Ventilsitz zugewandten Vertiefung 54 eine zentrale Auslaßöffnung 56 ausgebildet, durch die der nun drallbehaftete Brennstoff das Brennstoffeinspritzventil verläßt .
Figur 2 zeigt zur Verdeutlichung des Scheibenaufbaus einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 3. In der Figur 2 wurden für die einzelnen abgeschiedenen Schichten verschiedene Schraffüren gewählt, obwohl ausdrücklich betont werden soll, daß es sich bei den Zerstäuberscheiben 30 um einteilige Bauteile handelt, da die einzelnen Schichten unmittelbar aufeinander abgeschieden und nicht erst nachträglich gefügt werden. Die Schichten der Zerstäuberscheibe 30 werden nacheinander galvanisch abgeschieden, so daß sich die Folgeschicht aufgrund galvanischer Haftung fest mit der darunterliegenden Schicht verbindet.
Die Zerstäuberscheibe 30 weist einen solchen Außendurchmesser auf, daß sie straff mit geringem Spiel in eine Aufnahmeöffnung am Brennstoffeinspritzventil, z.B. in die Vertiefung 54 des Halteelements 55 oder in eine Öffnung des Ventilsitzträgers 21, eingepaßt werden kann. Gebildet wird die Zerstäuberscheibe 30 aus drei galvanisch aufeinander abgeschiedenen Ebenen, Lagen bzw. Schichten, die - 14 -
somit im eingebauten Zustand axial aufeinander folgen. Bezeichnet werden die drei Schichten der Zerstäuberscheibe 30 im folgenden entsprechend ihrer Funktion mit Deckelschicht 60, Drallerzeugungsschicht 61 und Bodenschicht 62. Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, ist die obere
Deckelschicht 60 mit einem kleineren Außendurchmesser als die untere Schicht 62 ausgebildet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Brennstoff einerseits an der Deckelschicht 60 außen vorbei strömen und so ungehindert in äußere Einlaßbereiche 65 von beispielsweise vier
Drallkanälen 66 in der mittleren Drallerzeugungsschicht 61 eintreten kann (siehe Pfeile zum Strömungsverlauf in Figur 2) . Andererseits ist in der oberen Deckelschicht 60 eine Einlaßöffnung 67 eingebracht, durch die ein Teil des Brennstoffs unmittelbar einströmen kann, so daß eine sogenannte Bi-Flux-Zerstäuberscheibe mit zwei weitgehend separaten Strömungen vorliegt. Zerstäuberscheiben 30 sind in erfindungsgemäßer Weise auch mit mehr als drei Schichten herstellbar, wobei die Struktur der oben beschriebenen Schichten 60, 61, 62 auch m diesen Fällen in vergleichbarer
Weise aussieht, aber z.B. auf der Deckelschicht 60 noch eine vierte (nicht dargestellte) Strukturschicht aufgewachsen ist, die für bestimmte Einbaubedingungen und aus
Anströmgründen zweckmäßig sein kann.
Die erfindungsgemäßen Zerstäuberscheiben 30 werden in mehreren metallischen Schichten durch galvanische
Abscheidung aufgebaut (Multilayergalvanik) . Aufgrund der tiefenlithographischen, galvanotechnischen Herstellung gibt es besondere Merkmale in der Konturgebung, von denen hiermit einige in Kurzform zusammenfassend aufgeführt sind:
- Schichten mit über die Scheibenfläche konstanter Dicke,
- durch die tiefenlithographische Strukturierung weitgehend senkrechte Einschnitte in den Schichten, welche die jeweils durchströmten Hohlräume bilden (fertigungstechnisch bedingte - 15 -
Abweichungen von ca. 3° gegenüber optimal senkrechten Wandungen können auftreten) ,
- gewünschte Hinterschneidungen und Überdeckungen der Einschnitte durch mehrlagigen Aufbau einzeln strukturierter Metallschichten,
- Einschnitte mit beliebigen, weitgehend achsparallele Wandungen aufweisenden Querschnittsformen,
- einteilige Ausführung der Zerstäuberscheibe, da die einzelnen Metallabscheidungen unmittelbar aufeinander erfolgen.
In den folgenden Abschnitten wird nur in Kurzform das Verfahren zur Herstellung der Zerstäuberscheiben 30 erläutert. Ausführlich wurden sämtliche Verfahrensschritte der galvanischen Metallabscheidung zur Herstellung einer Lochscheibe bereits in der DE-OS 196 07 288 beschrieben. Charakteristisch für das Verfahren der sukzessiven Anwendung von photolithographischen Schritten (UV-Tiefenlithographie) und anschließender Mikrogalvanik ist, daß es auch in großflächigem Maßstab eine hohe Präzision der Strukturen gewährleistet, so daß es ideal für eine Massenfertigung mit sehr großen Stückzahlen (hohe Batchfähigkeit) einsetzbar ist. Auf einem Nutzen oder Wafer kann eine Vielzahl von Zerstäuberscheiben 30 gleichzeitig gefertigt werden.
Ausgangspunkt für das Verfahren ist eine ebene und stabile Trägerplatte, die z. B. aus Metall (Titan, Stahl), Silizium, Glas oder Keramik bestehen kann. Auf die Trägerplatte wird optional zunächst wenigstens eine Hilfsschicht aufgebracht. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine
Galvanikstartschicht (z. B. TiCuTi, CrCuCr, Ni) , die zur elektrischen Leitung für die spätere Mikrogalvanik benötigt - 16 -
wird. Das Aufbringen der Hilfsschicht geschieht z. B. durch Sputtern oder durch stromlose Metallabscheidung. Nach dieser Vorbehandlung der Trägerplatte wird auf die Hilfsschicht ein Photoresist (Photolack) ganzflächig aufgebracht, z.B. aufgewalzt oder aufgeschleudert .
Die Dicke des Photoresists sollte dabei der Dicke der Metallschicht entsprechen, die in dem später folgenden Galvanikprozeß realisiert werden soll, also der Dicke der unteren Bodenschicht 62 der Zerstäuberscheibe 30. Die Resistschicht kann aus einer oder mehreren Lagen einer fotostrukturierbaren Folie oder einem Flüssigresist (Polyimid, Photolack) bestehen. Falls optional eine Opferschicht in die später erzeugten Lackstrukturen galvanisiert werden soll, ist die Dicke des Photoresists um die Dicke der Opferschicht zu vergrößern. Die zu realisierende Metallstruktur soll mit Hilfe einer photolithographischen Maske invers in dem Photoresist übertragen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Photoresist direkt über die Maske mittels UV-Belichtung (Leiterplattenbelichter oder Halbleiterbelichter) zu belichten (UV-Tiefenlithographie) und nachfolgend zu entwickeln.
Die letztlich im Photoresist entstehende Negativstruktur zur späteren Schicht 62 der Zerstäuberscheibe 30 wird galvanisch mit Metall (z. B. Ni , NiCo, NiFe, NiW, Cu) aufgefüllt (Metallabscheidung) . Das Metall legt sich durch das Galvanisieren eng an die Kontur der Negativstruktur an, so daß die vorgegebenen Konturen formtreu in ihm reproduziert werden. Um die Struktur der Zerstäuberscheibe 30 zu realisieren, müssen die Schritte ab dem optionalen - 17 -
Aufbringen der Hilfsschicht entsprechend der Anzahl der gewünschten Schichten wiederholt werden, so daß bei einer dreischichtigen Zerstauberscheibe 30 drei Galvanikschritte vorgenommen werden Für die Schichten einer Zerstauberscheibe 30 können auch unterschiedliche Metalle verwendet werden, die jedoch nur m einem jeweils neuen Galvanikschritt einsetzbar sind
Bei der Herstellung der Deckelschicht 60 der Zerstauberscheibe 30 wird Metall sowohl auf den leitenden Materialbereichen 61' als auch auf dem nichtleitenden Photoresist im Bereich der Drallkanale 66 und der Drallkammer 68 abgeschieden Hierfür wird e ne Startschichtmetallisierung auf dem Resist der vorhergehenden mittleren Schicht 61 aufgetragen. Nach dem Abscheiden der oberen Deckelschicht 60 wird der verbliebene Photoresist aus den Metallstrukturen durch naßchemisches Strippen herausgelöst. Bei glatten, pass vierten Tragerplatten (Substraten) lassen sich die Zerstäuberscheiben 30 vom Substrat losen und vereinzeln. Bei Tragerplatten mit guter
Haftung der Zerstäuberscheiben 30 wird die Opferschicht selektiv zu Substrat und Zerstauberscheibe 30 weggeatzt, wodurch die Zerstäuberscheiben 30 von der Tragerplatte abheben und vereinzelt werden können.
Ab Figur 3 sind m den weiteren Figuren mehrere Ausfuhrungsbeispiele von Multilayergalvanik- Zerstauberscheiben 30 in ihren Draufsichten dargestellt. Diese verschiedenen Ausführungsformen können je nach Einsatzwunsch zur Erzeugung von üblichen rotationssymmetrischen Spritzkegeln, aber auch von Flachstrahlbildern oder geneigten asymmetrischen Strahlbildern dienen. - 18 -
Die in einer Draufsicht in Figur 3 gezeigte Zerstäuberscheibe 30 aus Figur 2 weist eine obere Deckelschicht 60 mit der wenigstens einen Einlaßöffnung 67 auf, über die neben der Drallerzeugung in der
Drallerzeugungsschicht 61 eine weitere, allerdings nicht drallbehaftete Fluidkomponente realisiert wird. In der Drallerzeugungsschicht 61 ist eine komplexe Öffnungskontur als Strömungsgeometrie vorgesehen, die über die gesamte axiale Dicke dieser Schicht 61 verläuft. Die Öffnungskontur der mittleren Schicht 61 wird von einer inneren Drallkammer 68 und von einer Vielzahl von in die Drallkammer 68 mündenden Drallkanälen 66 gebildet, deren Konturen sich wiederum aus in der mittleren Schicht 61 abgeschiedenen Materialbereichen 61' ergibt.
Die in der Figur 3 gezeigte Zerstäuberscheibe 30 besitzt in der mittleren Schicht 61 eine weitgehend kreisförmige Drallkammer 68 sowie vier Drallkanäle 66. Die z.B. jeweils senkrecht zu den benachbarten Drallkanälen 66 verlaufenden
Drallkanäle 66 münden tangential in die Drallkammer 68. Durch die tangentiale Einmündung der Drallkanäle 66 in die Drallkammer 68 bekommt der Brennstoff einen Drehimpuls aufgeprägt, der so auch in einer mittleren kreisförmigen Auslaßöffnung 69 der unteren Bodenschicht 62 erhalten bleibt. Der Durchmesser der Auslaßöffnung 69 ist beispielsweise deutlich kleiner als die Öffnungsweite der unmittelbar über ihr liegenden Drallkammer 68. Dadurch wird die in der Drallkammer 68 erzeugte Drallintensität verstärkt. Bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einlaßöffnung 67 vollständig oberhalb der Drallkammer 68 ausgebildet, und dabei allerdings mit einem vollständigen Versatz zur Auslaßöffnung 69, die mittig in der Bodenschicht 62 vorgesehen ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß in einer Projektion beider - 19 -
Öffnungen 67 und 69 in eine Ebene keine Überdeckung vorliegt, so daß dem durch die Einlaßöffnung 67 einströmenden Brennstoff eine deutliche Radialkomponente aufgeprägt wird. Nach dem Einströmen des Brennstoffs in axialer Richtung durch die Einlaßöffnung 67 erfährt die
Strömung auf ihrem kürzesten Weg zur Auslaßöffnung 69 eine von der axialen Richtung abweichende Quer- Geschwindigkeitskomponente .
Durch die Fliehkraft und die Überlagerung von Drallströmung und Querströmung wird der Brennstoff hohlkegelförmig und dabei schräg geneigt zur Ventillängsachse 8 abgespritzt. Die Pfeile in der Drallkammer 68 (Figur 3) verweisen auf die Strömungsverhältnisse. Je nach Konturgebung kann die resultierende seitliche Strahlauslenkung von der
Drallströmung leichter oder stärker beeinflußt werden. Wie in Figur 3 gezeigt, kann die mit einem Pfeil und γ gekennzeichnete Strahlausrichtung von der Richtung der kürzesten Verbindungslinie von Einlaß- und Auslaßöffnung 67, 69 aufgrund der Drallrichtung etwas abweichen, γ deutet dabei auf den Winkel des Sprays zur Symmetrieachse der Zerstäuberscheibe 30 hin.
Die vier Materialbereiche 61' der Drallerzeugungsschicht 61 sind jeweils stegartig und vom äußeren Rand der
Zerstauberscheibe 30 beabstandet ausgebildet. Die Materialbereiche 61' stehen zu den jeweils benachbarten Materialbereichen 61' weitgehend senkrecht und bilden in einem definierten Abstand voneinander die von der Deckelschicht 60 abgedeckten Drallkanäle 66. Die die Drallkammer 68 radial begrenzenden Enden 70 der Materialbereiche 61' sind beispielsweise schaufeiförmig abgerundet, so daß bereits die Kontur der Materialbereiche 61' zur Drallerzeugung des abzuspritzenden Brennstoffs dient und eine kreisförmige Drallkammer 68 gebildet ist. Die den - 20 -
inneren Enden 70 gegenüberliegenden Enden 71 der Materialbereiche 61' sind z.B. an ihrer Außenkontur verbreitert und ebenfalls abgerundet, wodurch ein Fügedurchmesser vorgegeben wird, mit dem die Drallscheibe 30 in einfacher Art und Weise z.B. in einer Öffnung eines
Brennstoffeinspritzventils einsetzbar und befestigbar ist.
In den Figuren 4, 5 und 6 sind Zerstäuberscheiben 30 dargestellt, aus denen weitere Möglichkeiten der Ausbildung der wenigstens einen Einlaßöffnung 67 in der Deckelschicht 60 deutlich werden. Während die Konturen der Drallkammer 68 und der Drallkanäle 66 sowie der Materialbereiche 61' weitgehend mit denen der Zerstäuberscheibe 30 gemäß Figur 3 übereinstimmen, sind in den weiteren drei Ausführungsbeispielen Variationen bezüglich der Anzahl und den Konturen der Einlaßöffnung 67 erkennbar. So ist beispielsweise die kreisförmige Einlaßöffnung 67 mit kleinerem Durchmesser konzentrisch zur kreisförmigen Auslaßöffnung 69 mit größerem Durchmesser angeordnet (Figur 4) , um einen engen, gedrungenen Strahl ohne γ-Ablenkung zu erzeugen. In der Zerstäuberscheibe 30 gemäß Figur 5 ist eine Einlaßöffnung 67 eingebracht, die sich sichelförmig oder kreisabschnittförmig erstreckt und dabei aber einen vollständigen Versatz zur Auslaßöffnung besitzt. Eine solche Ausgestaltung bietet den Vorteil einer breitflächigeren und damit diffuseren Vermischung mit der Drallströmung. In Figur 6 ist eine Zerstäuberscheibe 30 gezeigt, in deren Deckelschicht 60 zwei Einlaßöffnungen 67 vorgesehen sind, die beide versetzt zur Auslaßöffnung 69 liegen. Über die Größe des Versatzes von Einlaßöffnungen 67 und Auslaßöffnung 69 läßt sich sehr gut die Schrägausrichtung des Sprays einstellen.
Neben den beschriebenen Ausführungsformen ist es genauso realisierbar, Einlaßöffnungen 67 auszuformen, die einen - 21 -
teilweisen Versatz, also eine gewisse Überlappung, mit der Auslaßöffnung 69 aufweisen. Ebenfalls denkbar sind mehr als eine oder zwei Einlaßöffnungen 67, die auch noch von den gezeigten Konturen abweichende Konturen besitzen können. Allen bisher beschriebenen Auεführungsbeispielen ist gemeinsam, daß die wenigstens eine Einlaßöffnung 67 für eine erste Zuströmung direkt in die Drallkammer 68 mündet und über die Drallkanäle 66 eine weitere davon unabhängige Zuströmung zur Drallkammer 68 erfolgt.
Wie bereits erwähnt ist es in verschiedenen Anwendungsbereichen von Lochscheiben allgemein und Drallscheiben im besonderen wünschenswert, geneigte Strahlbilder mit einem Winkel γ zur Längsachse zu erzeugen. Für die Benzindirekteinspritzung sind beispielsweise aufgrund von bestimmten Einbaubedingungen unmittelbar am Brennraum Einspritzventile von Vorteil, die ein zur Ventillängsachse 8 schräg geneigtes Spray abspritzen. Dabei soll in einer möglichen Variante z.B. ein drallbehaftetes, möglichst rotationssymmetrisches Hohlkegelspray mit einer
Gleichverteilung über den Hohlkegelumfang erzeugt werden. Bei bekannten Drallscheiben oder Drallvorsätzen ist ein derartiges Abspritzen nur durch schräg verlaufende Austrittslöcher in nachgeordneten Abspritzbauteilen möglich.
Ein wesentlicher Punkt vorliegender Erfindung besteht nun darin, Geometrien für die Zerstäuberscheibe 30 gefunden zu haben, mit der das oben angegebene Ziel sehr einfach erreicht wird. Dabei ist zu beachten, daß die mittels Multilayergalvanik hergestellte Zerstäuberscheibe 30 aufgrund der Herstellungstechnologie nur weitgehend senkrechte Wandungen aufweist, mit denen isoliert die Wandungen betrachtet noch keine schräge Abspritzung möglich scheint. In vorteilhaf er Weise wird jedoch mit den senkrechten Wandungen in der Zerstäuberscheibe 30 durch die - 22 -
Asymmetrie in der Konturgebung eine Schrägabspritzung gewährleistet, und außerdem ist es von Vorteil, daß auf nachgeschaltete, feinmechanisch hergestellte Bauteile verzichtet werden kann, in die natürlich problemlos ein schräg verlaufendes Spritzloch einbringbar wäre. Zur Verstärkung des bereits mit der Zerstäuberscheibe 30 erzielten Effekts bzw. zur AbStützung oder einfachen Befestigung der Zerstäuberscheibe 30 sind allerdings selbstverständlich nachgeschaltete Bauteile denkbar.
Es soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß ein drallbehaftetes rotationssymmetrisches Hohlkegelspray mit einer Gleichverteilung über den Hohlkegelumfang nur eine hier näher beschriebene Sprayform für die Schrägabspritzung darstellt, aber die bereits in der Beschreibungseinleitung aufgeführten anderen Sprayformen, also auch solche, die Ungleichverteilungen und Strähnen aufweisen, ebenfalls durch entsprechende asymmetrische Konturgebung in allen Schichten der Zerstäuberscheibe 30 erzeugbar sind.
In den Figuren 7 und 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zerstauberscheibe 30 dargestellt, wobei die Figur 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII -VIII in Figur 7 zeigt. Bei dieser Zerstäuberscheibe 30 handelt es sich nicht um eine Bi-Flux-Zerstäuberscheibe 30 (Figuren 2 bis 6) , sondern um eine sogenannte Vordrossel-Zerstäuberscheibe 30'. Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Zerstäuberscheiben 30 weist die Zerstäuberscheibe 30' Einlaßöffnungen 67 auf, die nicht unmittelbar oberhalb der Drallkammer 68 angeordnet sind und deshalb auch nicht in diese münden. Vielmehr münden die Einlaßöffnungen 67 in die Drallkanäle 66, und zwar an ihren der Drallkammer 68 abgewandt liegenden Enden 80.
Von besonderem Vorteil ist es bei dieser Anordnung, daß jeder in der Zeichnungsebene liegende Einströmquerschnitt - 23 -
der Einlaßöffnungen 67 kleiner ist als der kleinste vertikale Drallkanalquerschnitt, der sich senkrecht zur Zeichnungsebene ergibt und durch die Höhe und Breite des jeweiligen Drallkanals 66 bestimmt wird. Die Einlaßöffnungen 67 sind so eine Vordrossel und der durchflußbestimmende Querschnitt der Zerstäuberscheibe 30'. Eine solche Drosselung durch die Einlaßöffnungen 67 in der Deckelschicht 60 garantiert eine Verbesserung der Mengentoleranz der Strömungsmenge bei beliebigem Strahlwinkel.
Die Zerstäuberscheibe 30' weist weitere von den bisherigen Beispielen abweichende Merkmale auf. Eine erste Besonderheit besteht darin, daß alle drei Schichten 60, 61 und 62 einen gleich großen Außendurchmesser besitzen, wobei die mittlere Drallerzeugungsschicht 61 hierbei nur einen einzigen zusammenhängenden Materialbereich 61' umfaßt. Die weitgehend tangential in die Drallkammer 68 mündenden Drallkanäle 66 stehen deshalb mit ihren der Drallkammer 68 abgewandten Enden 80 nicht mit dem äußeren Umfang der Zerstäuberscheibe 30' in Verbindung. Vielmehr verbleibt zwischen den Enden 80 der Drallkanäle 66 und dem äußeren Umfang der Zerstauberscheibe 30' ein umlaufender Randbereich des Materialbereichs 61'. Mit dem Randbereich kann die Zerstäuberscheibe 30' besonders einfach an ihrem Umfang zur Befestigung geklemmt werden. Neben den bereits beschriebenen Beispielen von Zerstäuberscheiben 30 mit vier Drallkanälen 66 soll anhand der Figur 7 verdeutlicht werden, daß auch eine davon abweichende Anzahl von Drallkanälen 66 (z.B. sechs) mit der Multilayergalvanik herstellbar ist.

Claims

- 24 -Patentansprüche
1. Zerstäuberscheibe, insbesondere für Einspritzventile, aus wenigstens einem metallischen Material, mit einem vollständigen Durchgang für ein Fluid, mit wenigstens einer Einlaßöffnung (65, 67) und wenigstens einer Auslaßöffnung
(69) , wobei die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht ist, mit wenigstens zwei Drallkanälen (66) , die in eine Drallkammer (68) münden, wobei die Drallkammer (68) in einer mittleren Drallerzeugungsschicht (61) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
-eine obere Schicht als Deckelschicht (60) ausgebildet ist, die ausschließlich oberhalb der Drallkammer (68) die wenigstens eine Einlaßöffnung (67) aufweist, -außerhalb der Deckelschicht (60) weitere Einlaßbereiche
(65) zur Versorgung der Drallkanäle (66) vorgesehen sind und -die Schichten der Zerstäuberscheibe (30) mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.
2. Zerstäuberscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Drallerzeugungsschicht (61) von mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Materialbereichen (61') gebildet wird, die aufgrund ihrer - 25 -
geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkammer (68) und der Drallkanäle (66) vorgeben.
3. Zerstäuberscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Materialbereiche (61') die
Drallerzeugungsschicht (61) bilden, so daß zwischen ihnen eine Drallkammer (68) und vier Drallkanäle (66) entstehen.
4. Zerstäuberscheibe nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß sich die Materialbereiche (61') mit einem Abstand vom äußeren Umfang der unteren Bodenschicht (62) , die den Außendurchmesser der gesamten Zerstauberscheibe (30) festlegt, erstrecken.
5. Zerstäuberscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') stegartig verlaufen.
6. Zerstäuberscheibe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') an ihren der Drallkammer (68) zugewandten Enden (70) schaufeiförmig abgerundet sind .
7. Zerstäuberscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') derart angeordnet sind, daß sie eine kreisförmige, elliptische oder polygonale oder eine Mischform daraus aufweisende Drallkammer (68) begrenzen.
8. Zerstäuberscheibe nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (67) einen teilweisen oder vollständigen Versatz zur Auslaßöffnung (69) aufweist. - 26 -
9. Zerstäuberscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (67) konzentrisch zur Auslaßöffnung (69) ausgebildet ist.
10. Zerstäuberscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) kreisförmig, elliptisch oder mehreckig oder als Mischform daraus ausgebildet ist.
11. Zerstäuberscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) mittig oder außermittig zur Symmetrieachse der Zerstäuberscheibe (30) eingebracht ist.
12. Zerstäuberscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Deckelschicht (60) einen kleineren Außendurchmesser als die untere Bodenschicht (62) aufweist.
13. Zerstäuberscheibe, insbesondere für Einspritzventile, aus wenigstens einem metallischen Material, mit einem vollständigen Durchgang für ein Fluid, mit wenigstens zwei Einlaßöffnungen (67) und wenigstens einer Auslaßöffnung (69) , wobei die wenigstens zwei Einlaßöffnungen (67) in einer oberen Deckelschicht (60) und die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht sind, mit wenigstens zwei Drallkanälen (66) , die in eine Drallkammer (68) münden, wobei die Drallkammer (68) in einer mittleren Drallerzeugungsschicht (61) vorgesehen ist, und genau eine Einlaßöffnung (67) in genau einen Drallkanal { 66 ) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß - 27 -
-der horizontale Einströmquerschnitt jeder Einlaßöffnung (67) kleiner ist als der kleinste vertikale Drallkanalquerschnitt eines jeden Drallkanals (66) und -die Schichten der Zerstäuberscheibe (30') mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.
14. Zerstäuberscheibe nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (66) an ihren der Drallkammer (68) abgewandten Enden (80) Einlaßbereiche besitzen, die durch einen umlaufenden Randbereich aus Material vom äußeren Umfang der Zerstäuberscheibe (30') beabstandet sind.
15. Zerstäuberscheibe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) kreisförmig, elliptisch oder mehreckig oder als Mischform daraus ausgebildet ist.
16. Zerstäuberscheibe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) mittig oder außermittig zur Symmetrieachse der Zerstäuberscheibe (30') eingebracht ist.
17. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventillängsachse (8) , mit einem Aktuator (1, 2, 14, 18, 19), mit einem beweglichen Ventilteil (20) , das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten Zerstäuberscheibe (30) , die einen mehrschichtigen Aufbau - 28 -
besitzt und die aus wenigstens einem metallischen Material besteht und die sowohl wenigstens einen Einlaßöffnung (65, 67) als auch wenigstens eine Auslaßöffnung (69) hat, wobei die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht ist, und die eine Drallkammer (68) und wenigstens zwei in sie mündende Drallkanäle (66) stromaufwärts der Auslaßöffnung (69) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß -die Zerstäuberscheibe (30) eine obere Schicht als Deckelschicht (60) aufweist, die ausschließlich oberhalb der Drallkammer (68) die wenigstens eine Einlaßöffnung (67) hat, -außerhalb der Deckelschicht (60) weitere Einlaßbereiche (65) zur Versorgung der Drallkanäle (66) vorgesehen sind und -die Schichten der Zerstäuberscheibe (30) mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.
18. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Drallerzeugungsschicht (61) von mehreren in Umfangsriehtung voneinander beabstandeten Materialbereichen (61') gebildet wird, die aufgrund ihrer geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkammer (68) und der Drallkanäle (66) vorgeben.
19. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß vier Materialbereiche (61') die Drallerzeugungsschicht (61) bilden, so daß zwischen ihnen eine Drallkammer (68) und vier Drallkanäle (66) entstehen.
20. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Materialbereiche (61') mit einem Abstand vom äußeren Umfang der unteren Bodenschicht (62) , die den Außendurchmesser der gesamten Zerstäuberscheibe (30) festlegt, erstrecken. - 29 -
21. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') stegartig verlaufen.
22. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') an ihren der Drallkammer (68) zugewandten Enden (70) schaufeiförmig abgerundet sind.
23. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') derart angeordnet sind, daß sie eine kreisförmige, elliptische oder polygonale oder eine Mischform daraus aufweisende Drallkammer (68) begrenzen.
24. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (67) einen teilweisen oder vollständigen Versatz zur Auslaßöffnung (69) aufweist.
25. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (67; konzentrisch zur Auslaßöffnung (69) ausgebildet ist.
26. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) kreisförmig, elliptisch oder mehreckig oder als Mischform daraus ausgebildet ist.
27. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) mittig oder außermittig zur Symmetrieachse der Zerstäuberscheibe (30) eingebracht ist. - 30 -
28. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Deckelschicht
(60) einen kleineren Außendurchmesser als die untere Bodenschicht (62) aufweist.
29. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventillängsachse (8) , mit einem Aktuator (1, 2, 14, 18, 19), mit einem beweglichen Ventilteil (20) , das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten
Zerstäuberscheibe (30'), die einen mehrschichtigen Aufbau besitzt und die aus wenigstens einem metallischen Material besteht und die wenigstens zwei Einlaßöffnungen (67) und wenigstens eine Auslaßöffnung (69) hat, wobei die wenigstens zwei Einlaßöffnungen (67) in einer oberen Deckelschicht (60) und die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht sind, und die eine Drallkammer (68) und wenigstens zwei in sie mündende Drallkanäle (66) stromaufwärts der Auslaßöffnung (69) besitzt, und genau eine Einlaßöffnung (67) in genau einen Drallkanal (66) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß
-der horizontale Einströmquerschnitt jeder Einlaßöffnung (67) kleiner ist als der kleinste vertikale Drallkanalquerschnitt eines jeden Drallkanals (66) und -die Schichten der Zerstäuberscheibe (30') mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.
30. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (66) an ihren der - 31 -
Drallkammer (68) abgewandten Enden (80) Einlaßbereiche besitzen, die durch einen umlaufenden Randbereich aus Material vom äußeren Umfang der Zerstäuberscheibe (30') beabstandet sind.
31. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) kreisförmig, elliptisch oder mehreckig oder als Mischform daraus ausgebildet ist.
32. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) mittig oder außermittig zur Symmetrieachse der Zerstäuberscheibe (30') eingebracht is .
33. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 17 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstauberscheibe (30, 30') mittels Schweißen, Kleben oder Klemmen in einem Halteelement (55) oder in einem Ventilsitzträger (21) befestigt ist.
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