專利名稱：渦旋盤和裝有渦旋盤的燃料噴射閥的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及權(quán)利要求1所述類型的渦旋盤和權(quán)利要求8所述類型的裝有渦旋盤的燃料噴射閥。
從DE-OS19637103中已知一種電磁的可操作的燃料噴射閥，在這種燃料噴射閥中，在閥座下游設(shè)置了一個形成渦旋的裝置。形成渦旋的裝置是這樣構(gòu)成的，即至少可產(chǎn)生兩股燃料流，它們相互徑向錯位地互相包裹或者包入地流過并且具有相互偏離的流動方向。用來產(chǎn)生由具有不同流動方向的內(nèi)外流組成的射束的裝置，由于具有用做導(dǎo)流元件的流動葉片或者在孔盤上的多層渦旋罩，是比較復(fù)雜的，而且在其制造方面相對成本較高。產(chǎn)生渦旋的裝置是這樣設(shè)計的，或者從燃料噴射閥產(chǎn)生或者產(chǎn)生具有渦旋的全錐射束或是具有渦旋的凹錐束。
在DE-OS19607288中已經(jīng)詳細地介紹了用于制造孔盤的所謂多層覆金屬板電鍍特別適用于燃料噴射閥上的孔盤。不同構(gòu)造的多次電鍍金屬沉積重疊成一個單件孔盤的制造原理應(yīng)該明確屬于本發(fā)明的公開內(nèi)容。在多個平面或者層內(nèi)微電鍍的金屬沉積也可以用于制造本發(fā)明渦旋盤。
本發(fā)明優(yōu)點具有權(quán)利要求1特征的本發(fā)明渦旋盤具有的優(yōu)點是，它可以以特別簡單的方式方法成本低廉地制造。一個獨特的優(yōu)點在于，可以采用可重復(fù)制造的方式特別精確地大批量地同時制造渦旋盤(渦旋盤高批量生產(chǎn)能力)。采用本發(fā)明的單件渦旋盤，不需要一切其他的附加罩或者產(chǎn)生渦旋的輔助裝置，噴射裝置特別是燃料噴射閥就可以產(chǎn)生具有渦旋的雙射束。
通過在從屬權(quán)利要求中介紹的措施可以有利地改進和改善在權(quán)利要求1中說明的渦旋盤。
特別有利的是，渦旋盤通過所謂的多層覆金屬板電鍍的方式制造。由于渦旋盤的金屬結(jié)構(gòu)，這樣的渦旋盤是極不易破碎的，并且可很好地安裝在例如所有種類液體的噴射閥或者其他噴射嘴上。應(yīng)用多層覆金屬板電鍍可以允許極大的結(jié)構(gòu)設(shè)計自由性，因為可以自由選擇渦旋盤內(nèi)的開孔區(qū)域的輪廓(入口區(qū)域，渦旋通道，渦旋室，出口)。特別是與那些由于晶軸被嚴格規(guī)定可達到輪廓(平截頭棱錐體)的硅片相比，這種靈活造型是很有利的。
特別是與制造硅片相比，金屬沉積具有可以采用多種材料的優(yōu)點。在采用微電鍍制造渦旋盤時，可以使用具有不同磁性特性和硬度的各種不同的金屬。
特別有利的是，金屬沉積進行兩個或者三個電鍍步驟，這樣渦旋盤就由三個層構(gòu)成。在這里，上游的層是覆蓋層，它完全覆蓋了中間的渦旋形成層的渦旋室。渦旋形成層由多個根據(jù)其輪廓和其幾何位置規(guī)定渦旋室和渦旋通道輪廓的材料區(qū)域構(gòu)成。通過電鍍過程，各個層無分離點或者無接縫地這樣相互重疊地構(gòu)成，即它們是完全均勻的材料。此外，“層”被理解為設(shè)想的輔助手段。
以有利的方式，在渦旋盤內(nèi)至少設(shè)有兩個、但是也可以是四個或者六個渦旋通道，用它們在燃料中至少產(chǎn)生兩個不同的渦旋方向。材料區(qū)域可以根據(jù)渦旋通道所要求的輪廓具有極其不同的形狀。
具有權(quán)利要求8的特征的本發(fā)明燃料噴射閥具有的優(yōu)點是，通過它可以用極其簡單的方式達到使噴射燃料具有很高的霧化質(zhì)量以及獲得對于一定安裝位置和燃燒室的造型所要求的雙射束形狀。確切地說，采用本發(fā)明燃料噴射閥可以取得有渦旋的雙射束，在這里，具有相反渦旋方向的兩個射束分支形成了一個雙旋渦。結(jié)果是，在內(nèi)燃機的噴射閥上可以降低內(nèi)燃機的廢氣排放并且同樣達到降低燃料消耗。
從列舉的有關(guān)渦旋盤的優(yōu)點中以合乎邏輯的方式可推導(dǎo)出在燃料噴射閥中使用的相應(yīng)優(yōu)點，因為通過渦旋盤的簡化的和很好的可重復(fù)的制造方式與在流體內(nèi)、在這里是燃料內(nèi)渦旋形成的高性能相結(jié)合，對燃料噴射閥來說同樣具有質(zhì)量高、均勻最細霧化、射束形狀的可變化性大和節(jié)省費用的優(yōu)點。
附圖在附圖中簡化地示出了本發(fā)明的一個實施例，并且在下面的說明中進行了詳細的介紹。

圖1表示一個可裝有渦旋盤的燃料噴射閥的剖面圖，圖2表示本發(fā)明渦旋盤的俯視圖，圖3表示沿著圖2中的III-III線的剖面圖。
一個用塑料制成的例如有臺階的線圈架3用來纏繞電磁線圈1，而且與鐵心2和一個環(huán)狀的、非磁性的、被電磁線圈1部分包圍的中間部分相結(jié)合可以得到在電磁線圈1區(qū)域內(nèi)的特別緊湊和較短結(jié)構(gòu)的噴射閥。
在鐵心2里設(shè)置了一個貫通的、沿著閥縱向軸線延伸的縱向孔7。磁路的鐵心2也用做燃料輸入接管，在這里，縱向孔7是一個燃料輸入通道。一個外部的金屬的(例如鐵素體的)殼體件14與電磁線圈1上面的鐵心2固定連接，殼體件作為外極或者外部的領(lǐng)示元件封閉磁路和至少在切線方向完全包圍電磁線圈1。在鐵心2的縱向孔7內(nèi)在入口側(cè)設(shè)置了一個燃料過濾器15，它用于將由于其大小可能會造成在噴射閥內(nèi)堵塞或者損壞的燃料成分過濾出去。
一個下面的管狀殼體件18與上面的殼體件14密封和固定地連接，例如這個下面的管狀殼體件包圍或者容納由一個銜鐵19和一個桿狀閥針20組成的軸向移動的閥件或者縱向延伸的閥座架21。兩個殼體件14和18例如用一道環(huán)繞焊縫相互固定連接。例如通過一個密封墊圈22完成殼體件18和閥座架21之間的密封。
閥座架21用其同時也在下游封閉整個燃料噴射閥的下端25包圍裝入到通孔24內(nèi)的圓盤形閥座元件26，此閥座元件26具有一個例如朝下游呈截錐形逐漸收縮的閥座面27。在通孔24內(nèi)安裝了閥針20，它在其下游的末端部具有一個閥封閉段28。這個例如錐形地逐漸變細的閥封閉段28以已知的方式與閥座面27配合作用。在閥座面27的下游，在閥座元件26后面有一個本發(fā)明的、例如通過多層覆金屬板電鍍制成并且包括三個重疊的沉積金屬層的渦旋盤30。
以已知的方式例如以電磁的方法操作噴射閥。裝有電磁線圈1、鐵心2、殼體件14和18以及銜鐵19的磁回路用于閥針20的軸向移動和因此逆著安裝在鐵心2的縱向孔7內(nèi)的復(fù)位彈簧33的彈力打開或者關(guān)閉噴射閥。一方面在閥座架21內(nèi)在朝向銜鐵19的末端部設(shè)置的導(dǎo)向孔34和另一方面一個配置在閥座元件26的上游的、具有尺寸精確的導(dǎo)向孔36的圓盤形導(dǎo)向元件35用于閥針20在其沿著閥縱向軸線8的方向與銜鐵19一起軸向運動期間的導(dǎo)向。
代替電磁回路，也可以在可對比的燃料噴射閥中使用另一個可激勵的激勵器、例如象一個壓電塊，或者通過液壓壓力或者工作壓力操作軸向移動的閥件。一個插入、壓入或者擰入鐵心2的縱向孔7內(nèi)的調(diào)節(jié)套管38用來調(diào)節(jié)復(fù)位彈簧33的張緊力，此復(fù)位彈簧通過一個定中心件39將其朝向上游的一面靠到調(diào)節(jié)套管38上，復(fù)位彈簧以它相對的另一面支承在銜鐵19上。在銜鐵19中設(shè)置了一個或者多個類似于孔的流動通道40，燃料可以通過這些通道從鐵心2內(nèi)的縱向孔7出來經(jīng)過在閥座架21中的導(dǎo)向孔34附近的、在流動通道40的下游構(gòu)成的連接通道41到達通孔24。
通過閥座元件26的安裝位置確定閥針20的行程。在電磁線圈1沒有被激勵時，通過閥封閉段28靠到閥座面上確定閥針的終端位置，而在線圈1被激勵時，通過銜鐵19靠到鐵心的朝向下游的端面形成閥針20的另一個終端位置。
通過接觸元件43進行電磁線圈1的電觸點接通和同時進行激勵，接觸元件在線圈架3的外面設(shè)有一個注塑包封件44并且作為連接電纜45繼續(xù)伸展。注塑包封件44也可以伸出超過燃料噴射閥的其他部件(例如殼體件14和18)。
在通孔24內(nèi)的第一個凸肩49用做例如螺旋形壓力彈簧50的支承面。采用第二個臺階51為三個圓盤形元件35、26和30構(gòu)成一個增大的安裝空間。包裹閥針20的壓力彈簧50夾緊閥座架21內(nèi)的導(dǎo)向元件35，因為彈簧用其與凸肩49相對的一面壓到導(dǎo)向元件35上。在閥座面27的下游，在閥座元件26內(nèi)配置了一個出孔53，在閥打開時沿著閥座面27流動的燃料通過這個出孔流動，以便接著進入渦旋盤30。渦旋盤30例如放在圓盤形固定元件55的凹槽54里，在這里，固定元件55與閥座架21例如采用焊接、粘接或者通過夾緊固定地連接。在固定元件55內(nèi)構(gòu)成了一個中心出口56，現(xiàn)在有渦旋的燃料通過這個孔雙射束地離開燃料噴射閥。
圖2表示本發(fā)明渦旋盤30的俯視圖，而圖3表示沿著圖2中的III-III線的剖面圖。
如果渦旋盤30由三個電鍍的重疊的沉積平面、層(Lagen)或者層(Schichten)構(gòu)成，它們在已安裝的狀態(tài)下軸向重疊。下面根據(jù)其功能將渦旋盤30的三個層稱為覆蓋層60、渦旋形成層61和底層62。上面的覆蓋層60具有一個比渦旋形成層61的外徑小的外徑，這個層的外徑又小于底層62的外徑。
以這種方式保證了燃料在覆蓋層60的外面流過并且可以暢通無阻地流入中間的渦旋形成層61內(nèi)的例如四個渦旋通道66的外部入口區(qū)域65。圖2中的箭頭示出了流動過程，在這里，可以看到通過特別配置渦旋通道66，在燃料內(nèi)產(chǎn)生反向渦旋。
上面的覆蓋層60是一個封閉的金屬層，它沒有用來通流的開口區(qū)域，然而可以環(huán)形流動。相反，在渦旋形成層61內(nèi)設(shè)置了一個復(fù)合開口輪廓，它伸展通過這個層61的整個軸向厚度。中間層61的開口輪廓由一個內(nèi)渦旋室68和多個(例如兩個、四個、六個或者八個)通到渦旋室68內(nèi)的渦旋通道66構(gòu)成。在所示出的實施例中，渦旋盤30具有四個渦旋通道66。兩個相鄰的渦旋通道66a與渦旋室68平行地伸展，而另外兩個渦旋通道66b相對于渦旋通道66a旋轉(zhuǎn)90°地伸展并且直接面對切向方向通到渦旋室68中。分別在渦旋盤30的所設(shè)想的對稱軸線64一側(cè)流過渦旋通道66a和渦旋通道66b的燃料在此形成了一個流動分力，使在渦旋室68內(nèi)產(chǎn)生兩個反向燃料流。兩個渦旋通道66b例如設(shè)有葉片形凸肩67，以便將燃料流導(dǎo)向出口69。
當(dāng)渦旋室68完全被覆蓋層60覆蓋時，渦旋通道66只被部分地覆蓋，因為背離渦旋室68的外端部構(gòu)成了朝上敞開的入口區(qū)域65。
在下面的底層62的中間出口69內(nèi)也保持施加于燃料的旋轉(zhuǎn)脈沖。在這里，也保持可以噴射產(chǎn)生兩個射束分支70的兩個反向燃料流，這兩個燃料流在渦旋室中在靠近出口69前面或者出口69內(nèi)相碰。在可直接的接觸部位，兩個燃料流同向旋轉(zhuǎn)，這樣，它們緊接著相互排斥和增強了所要求的兩個射束。
例如8字形的出口69的寬度明顯小于緊挨著位于其上面的渦旋室68的孔寬度。因此增大了在渦旋室68內(nèi)產(chǎn)生的渦旋強度。例如也可以設(shè)置兩個并排密封的出口69來代替一個出口69，它們最后被一個隔片相互分隔開。然后，從每個出口69排出一股燃料流(射束分支70)，與另一股燃料流相比，這股燃料流具有一個反向的渦旋方向。通過兩個出口69的間距可以調(diào)節(jié)射束形狀。
例如通過電鍍沉積可以制造有多個金屬層的渦旋盤30(多層覆金屬板電鍍)。由于采用深平板印刷(tiefenlithhographisch)和電鍍技術(shù)制造，在輪廓上具有獨到的特征，特此簡短總結(jié)性地列舉了其中幾項—具有在盤面上的穩(wěn)定不變厚度的層，—通過深平板印刷的構(gòu)造形成的在層中盡可能垂直的切口，它們構(gòu)成了各個通流的空心腔(由于受制造技術(shù)限制，與最佳垂直壁相比可能出現(xiàn)大約3°的誤差)，—通過單個結(jié)構(gòu)化的金屬層的多層構(gòu)造獲得所期望的側(cè)凹和切口的覆蓋，—具有任意的、具有盡可能與軸線平行的壁面的橫斷面形狀的切口，—渦旋盤的一體化結(jié)構(gòu)，因為直接彼此重疊地進行單個的金屬沉積。
在下面的段中只簡短地介紹了用于制造渦旋盤30的方法。在DE-0S19607288中已經(jīng)詳細地介紹了制造孔盤的電鍍金屬沉積所有方法步驟。逐漸使用的照相平板印刷技術(shù)(photolithographisch)的措施(紫外線-深平板印刷)和緊接著的微電鍍方法的特征是，它也以大面積的尺寸保證了結(jié)構(gòu)的高精確性，這樣可以理想地用于大批量的生產(chǎn)(高批量生產(chǎn)能力)。在一次使用或者一個晶片上可以同時制造多個渦旋盤30。
這種方法的出發(fā)點是一個平面的和穩(wěn)定的支承板，例如它可以由金屬(鈦、鋼)、硅、玻璃或者陶瓷構(gòu)成。在支承板上，可選擇地首先涂上至少一個輔助層。在這里，例如涉及電鍍起始層(例如TiCuTi、CrCuCr、Ni)，以后的微電鍍的電傳導(dǎo)需要這個電鍍起始層。例如可以采用濺射或者采用無電流的金屬沉積涂覆輔助層。對支承板進行這個預(yù)處理之后，在輔助層的整個表面涂上一層光致抗蝕劑(光刻膠)，例如滾上或者離心涂鍍。
在這里，光致抗蝕劑的厚度相當(dāng)于在后來的電鍍過程中應(yīng)達到的金屬層的厚度，確切地說，相當(dāng)于渦旋盤30的下面的底層62的厚度?？刮g劑層也可以由一個或者多個可光電構(gòu)成的薄膜或者一種液體抗蝕劑(聚酰亞胺、光致抗蝕劑)構(gòu)成。如果選擇在以后產(chǎn)生的抗蝕劑結(jié)構(gòu)內(nèi)電鍍一層消耗層，則光致抗蝕劑的厚度應(yīng)該接著消耗層的厚度加大。要實現(xiàn)的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)該借助于照相平版的掩模倒置地在光致抗蝕劑中傳送。一個可能性在于，光致抗蝕劑直接通過掩模借助于紫外線一曝光的方法(印刷電路板曝光器或者半導(dǎo)體曝光器)來曝光(紫外線深平板印刷)，并且接著顯影。
最后在光致抗蝕劑內(nèi)產(chǎn)生的后來成為渦旋盤30的底層62的負片結(jié)構(gòu)通過金屬(例如Ni，NiCo，NiFe，NiW，Cu)電鍍被添補(金屬沉積)。金屬通過電鍍緊貼在負片結(jié)構(gòu)輪廓上，這樣，給定的輪廓保持原樣地在這里面復(fù)制重現(xiàn)。為了實現(xiàn)渦旋盤30的結(jié)構(gòu)，從選用涂覆輔助層起，必須根據(jù)所要求的層的總數(shù)重復(fù)這些步驟，這樣，在制作三層的渦旋盤30時要進行兩次(相對過量的)或者三次電鍍步驟。對于渦旋盤30的各個層也可以使用不同的金屬，然而只能在每次新的電鍍步驟中使用。
在上面的覆蓋層60沉積之后，通過濕化學(xué)的脫模將遺留的光致抗蝕劑從金屬結(jié)構(gòu)中浸濾出來。在采用光滑的、鈍化的承載板(基底)時，渦旋盤30從基底上松開并且分成單個的。在采用良好地吸附渦旋盤30的支架板時，可選擇地相對于基底和渦旋盤30腐蝕掉消耗層，因此渦旋盤30可以離開承載板并且可被分成單個的。
權(quán)利要求
1.渦旋盤，尤其是用于噴射閥的渦旋盤，具有一個用于流體的完整通路，具有至少一個入口區(qū)域(65)和至少一個出口(69)，在此，在下面的底層(62)內(nèi)設(shè)有至少一個出口(69)，具有至少兩個通到渦旋室(68)的渦旋通道(66)，在這里，在渦旋形成層(61)內(nèi)設(shè)有渦旋室(68)，其特征為，渦旋通道(66)是如此被設(shè)置和定向的，即在流體流過時并排產(chǎn)生至少兩個反向的渦旋流動，它們分別構(gòu)成了自己的射束分支。
2.按照權(quán)利要求1所述的渦旋盤，其特征為，至少兩個渦旋通道(66，66b)是相互反向的。
3.按照權(quán)利要求1或者2所述的渦旋盤，其特征為，設(shè)置了四個渦旋通道(66)，其中兩個渦旋通道(66a)相互平行地伸展，另外兩個渦旋通道(66b)相對于渦旋通道(66a)旋轉(zhuǎn)地伸展并且直接位置相對地沿切向通到渦旋室(68)中。
4.按照權(quán)利要求2或者3所述的渦旋盤，其特征為，兩個渦旋通道(66，66b)具有葉片形的倒圓凸肩(67)。
5.按照上述權(quán)利要求之一所述的渦旋盤，其特征為，出口(69)呈8字形構(gòu)成。
6.按照上述權(quán)利要求之一所述的渦旋盤，其特征為，上面的覆蓋層(60)的外徑比位于其下面的渦旋形成層(61)和下面的底層(62)的外徑小。
7.按照上述權(quán)利要求之一所述的渦旋盤，其特征為，渦旋盤(30)的層采用電鍍金屬沉積直接附著固定地重疊構(gòu)成。
8.用于內(nèi)燃機燃料噴射裝置的燃料噴射閥，特別是用于將燃料直接噴射到內(nèi)燃機的燃燒室中的燃料噴射閥，具有一條閥縱向軸線(8)，具有一個激勵器(1，2，14，18，19)，具有可移動的閥件(20)，它與固定閥座(27)配合作用用來打開和關(guān)閉閥，閥座在一個閥座元件(26)上構(gòu)成，具有一個配置在閥座(27)下游的渦旋盤(30)，渦旋盤具有多層的結(jié)構(gòu)并且不僅至少具有一個入口區(qū)域(65)，而且也至少具有一個出口(69)，在此，所述至少一個出口(69)配置在下面的底層(62)內(nèi)，它在出口(69)的上游具有一個渦旋室(68)和至少兩個通到渦旋室的渦旋通道(66)，其特征為，渦旋通道(66)是如此被配置和定向的，即在流體流過時至少并排產(chǎn)生兩個反向的渦旋流動，它們分別構(gòu)成自己的射束分支(70)。
9.按照權(quán)利要求8所述的燃料噴射閥，其特征為，渦旋盤(30)的至少兩個渦旋通道(66，66b)是相互反向的。
10.按照權(quán)利要求8或者9所述的燃料噴射閥，其特征為，出口(69)是8字形的結(jié)構(gòu)。
11.按照權(quán)利要求8至10之一所述的燃料噴射閥，其特征為，渦旋盤(30)是這樣構(gòu)成的，即能夠在流過渦旋盤的燃料中產(chǎn)生具有渦旋的雙射束，在這里，從在渦旋盤(30)內(nèi)產(chǎn)生的雙旋渦中產(chǎn)生兩個射束分支(70)。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦旋盤,其特征是,它具有至少一個入口區(qū)域(65)和至少一個出口(69),在這里,至少一個出口(69)配置在下面的底層(62)內(nèi)。另外,渦旋盤(30)具有至少兩個通到渦旋室(68)中的渦旋通道(66),在此,渦旋室(68)設(shè)置在渦旋形成層(61)內(nèi)。渦旋通道(66)是如此被配置和定向的,即在流體流過時至少并排產(chǎn)生兩個反向渦旋流動,它們分別構(gòu)成了自己的射束分支(70)。渦旋盤(30)特別適合于在燃料噴射閥上使用,尤其是用于將燃料直接噴射到混合氣壓縮的、強迫點火的內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)的高壓噴射閥。
文檔編號F02M61/00GK1388864SQ01802514
公開日2003年1月1日 申請日期2001年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月23日
發(fā)明者京特·丹特斯, 德特勒夫·諾瓦克, 約爾格·海澤 申請人:羅伯特·博施有限公司