CN1395654A - 燃料喷射阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料喷射阀，其具有一个可运动的阀件(20)，该阀件与一个固定的阀座(27)配合作用以打开和关闭该阀，阀座(27)在一个阀座元件(26)上构成。在阀座(27)下游安置了一个涡流盘(30)，其具有一种多层结构。在至少一个入口区域(65)与一个排出口(79)之间，流过的燃料被施加一个涡流分量。在此，在一个第一产生涡流层(59)中对一个第一分流施加一个涡流分量，而一个第二分流不带涡流、不依赖于该带涡流的第一分流地在该涡流盘(30)中被中继导送，在一个第二产生涡流层(61)中只对该第二分流施加一个涡流分量。该燃料喷射阀特别适合用于将燃料直接喷射到混合气压缩、强迫点火式内燃机的燃烧室中。
Description
现有技术
本发明涉及一种如权利要求1所述类型的燃料喷射阀。
由DE OS 196 37 103已经公开了一种可电磁操作的燃料喷射阀，其中在一个阀座的下游设置了产生涡流的装置。这些产生涡流的装置这样成形出，使得可以产生至少两个燃料流，它们径向相对偏移地相互包围或包绕并且具有相互不同的方向。用于产生由具有不同指向的一个内流和一个外流组合而成的喷射流的装置作为用作导流元件的涡轮叶片或多层涡流管头相当复杂，并且其制造相对比较费事。这样设计这些用于产生涡流的装置，使得从燃料喷射阀中或者出现一个带有旋涡的实心锥射流，或者出现一个带有旋涡的空心锥射流。
在ED OS 196 07 288中已经完整地描述了用于制造特别适合用在燃料喷射阀上的孔板的所谓多层电镀方法。这样制造板的制造原理是通过将不同结构的沉积金属多次电镀相互叠置从而产生一个一体的盘，这应当明确地作为本发明公开内容的一部分。这种以多层面或者说多层次电镀金属沉积层的方法也可以用于制造本发明涡流盘。
本发明优点
具有权利要求1特征部分所述特征的本发明燃料喷射阀的优点是，借助它可以达到待喷射燃料的很高的喷雾质量。借助本发明燃料喷射阀，在一个一体地制造在其上的涡流盘内可以产生双涡流，其中在流体中两次产生涡流同方向进行，从而喷射出一个极精细雾化的、由两个同心地相互套置的空心锥薄层组成的空心锥形喷射流。由此可以在内燃机的燃料喷射阀上主要降低内燃机的废气排放，同时达到降低燃料消耗。
通过在从属权利要求中给出的措施可以有利扩展和改进在权利要求1中给出的燃料喷射阀。
有利地，该产生涡流的元件以一个多层涡流盘的形式实施，它可以产生一个双重涡流。特别有利的是，该涡流盘借助所谓多层电镀制成。这些涡流盘由于用金属构成因而非常不易破碎并且很容易装配。由于应用多层电镀法而允许有很大的造型自由度，因为涡流盘中的开口区域(入口区域，涡流通道，涡流室，排出口)的轮廓可以自由选择。特别是与硅制的盘相比，这种造型灵活性非常有利，在硅制的盘中由于存在晶轴使得可实现的轮廓被严格地预先给定(棱锥台)。
特别是与硅盘的制造相比较，金属沉积具有材料极其多样化的优点。具有不同磁特性和硬度的各种不同金属可以用于制造涡流盘所使用的该微电镀法中。
特别有利的是，通过进行例如四个或五个用于沉积金属的电镀步骤构成由五个层组成的涡流盘。在此，上游的层是一个覆盖层，它完全覆盖一个中间的第一产生涡流层的涡流室。该产生涡流层由多个材料区域形成，这些材料区域根据其给定轮廓及其彼此相对几何位置而给出涡流室和涡流通道的轮廓。一个中间的第二产生涡流层也是这种情况，该层通过一个中间的中继导送层与第一产生涡流层离开，但通过中继导送层中的流通口与该第一产生涡流层处于适合流动的连接中。在此，一个带有涡流的分流和与一个与其无关的不带有涡流的分流都进入该中继导送层中，其中不带涡流的分流被中继导送到第二产生涡流层中以被施加涡流。通过电镀过程将各个层不带分开或结合位置地这样相互叠置构造，使得它们成为连续的均匀材料。就此而言，“层”应被理解为假想的辅助装置。
有利地，在涡流盘中每个产生涡流层设置至少两个、但也可以是四个涡流通道，通过它们对燃料作用一个涡流分量。材料区域可以相应于涡流通道的所希望的给定轮廓而具有很不相同的形状。
附图
在附图中简化示出了本发明的一个实施例，在下面的描述中作详细解释。
图1以剖面图示出一个燃料喷射阀，
图2示出一个可被集成在该燃料喷射阀上的涡流盘的一个剖面，
图3至7示出图2所示涡流盘的各个层的想出的俯视图。
实施例描述
在图1中举例示出的可电磁操作的阀以用于混合气压缩、强迫点火式内燃机的燃料喷射装置的燃料喷射阀的形式实施，其具有一个被一个电磁线圈1至少部分地包围的管状、很大程度上呈空心圆柱状的铁心2，铁心2用作一个磁回路的内极。该燃料喷射阀特别适合作为用于将燃料直接喷射到内燃机燃烧室中的高压喷射阀。
一个例如台阶式的塑料制线圈体3容纳电磁线圈1的绕组，并且与铁心2和一个管状非磁性的、被电磁线圈1部分包围的中间件4相结合，使得该喷射阀在电磁线圈1的区域内可以具有特别紧凑的、短的结构。
在铁心2内设置了一个贯通的纵向孔7，其沿一个阀纵轴线8延伸。电磁回路的铁心2也起到燃料入口短管的作用，其中纵向孔7代表一个燃料输入通道。在电磁线圈1上方一个外侧的金属制(例如铁制)的壳体件14与铁心2连接，该壳体件作为外极或外侧传导元件封闭磁回路并且将电磁线圈1至少在圆周方向上完全包围。在铁心2的纵向孔7内，在输入侧设置了一个燃料过滤器15，其用于过滤掉燃料中那些由于尺寸大而会在喷射阀内引起堵塞或损坏的成分。
与上部的壳体件14密封且固定地连接着一个下部的管状壳体件18，该壳体件18例如包围或容纳一个由衔铁19和杆状阀针20组成的阀件以及一个纵长延伸的阀座承载体21。两个壳体件14和18例如借助一个环绕的焊缝相互固定连接。壳体件18与阀座承载体21之间的密封例如借助一个密封环22实现。
阀座承载体21的下端部25同时形成整个燃料喷射阀的下游终端，阀座承载体21以其该下端部25包围一个配合装入贯通孔24内的盘状阀座元件26，该阀座元件26具有一个例如顺流向下截锥形逐渐收缩的阀座面27。在贯通孔24中安置了阀针20，阀针20在其下游端部上具有一个阀关闭段28。该例如锥形逐渐收缩的阀关闭段28以已知的方式与一个阀座面27配合作用。在阀座面27的下游，跟随在阀座元件26后面的是一个涡流盘30形式的产生涡流的元件，其例如借助多层电镀制成并且具有五个相互叠置沉积的金属层。
对该喷射阀的操作以已知的方式进行，例如电磁操作。带有电磁线圈1、铁心2、壳体件14和18和衔铁19的电磁回路用于轴向移动阀针20，从而逆着安置在铁心2的纵向孔7中的复位弹簧33的弹簧力打开该阀以及关闭该阀。为了对阀针20在其带着衔铁19沿阀纵轴线8轴向运动期间进行导向，一方面设置在阀座承载体21中朝向衔铁19的端部上的导向孔34起作用，另一方面一个安置在阀座元件26上游、带有一个尺寸精确的导向孔36的导向元件35起作用。
在可比较的燃料喷射阀中，也可以代替电磁回路使用一个另外的可激励执行器，例如一个压电块(Piezostack)，以及通过一个液压压力或伺服压力进行对阀件轴向运动的操作。
一个***、配合压入或拧入到铁心2的纵向孔7中的调节套38用于调节通过一个定心块39以其上游侧面靠置在调节套38上的复位弹簧33的预紧力，该复位弹簧以其相对的另一侧面支承在衔铁19上。在衔铁19中设置了一个或多个类似钻孔的流动通道40，通过这些流动通道，燃料可以从铁心2内的纵向孔7出来，经过在流动通道40下游构成、位于阀座承载件21内的导向孔34附近的连接通道41，一直到达贯通孔24中。
阀针20的行程通过阀座元件26的安装位置预先给定。阀针20在电磁线圈1未被激励时的一个终点位置通过阀关闭段28贴靠在阀座面27上确定，而阀针20在电磁线圈1被激励时的另一个终点位置通过衔铁19贴靠在铁心2的下游端面上给出。
电磁线圈1的电接通及其激励通过接触元件43实现，接触元件43在线圈体3的外部设置有一个塑料包封件44并且作为连接电缆45继续延伸。该塑料包封件44也可以延伸到燃料喷射阀的其他构件上(如壳体件14和18)。
贯通孔24中的一个第一台阶49用作一个例如螺旋形的压力弹簧50的支承面。借助一个第二台阶51，形成用于三个盘状元件35，26和30的一个扩大了的安装空间，包绕阀针20的压力弹簧50将阀座支承体21中的导向元件35压紧，因为该压力弹簧以其与台阶49相对的另一侧面压向导向元件35。在阀座面27下游，在阀座元件26中加工了一个排出口53，在阀打开状态下沿着阀座面27上流过的燃料流过该排出口，以便随后进入涡流盘30中。涡流盘30位于一个盘状固定元件55的一个凹部54中，其中固定元件55例如借助焊接、粘接或通过夹紧与阀座承载体21固定连接。在固定元件55中构成一个中心的排出口56，带有涡流的燃料通过该排出口离开燃料喷射阀。
图2示出涡流盘30的一个剖面，而图3至7示出图2所示涡流盘的各个层或镀层的想出的俯视图。
如果涡流盘30由五个通过电镀相互叠置的沉积平面、层或镀层形成，则在安装好的状态下这些层沿轴向顺序排列。在下面将涡流盘30的这五个层相应于其功能称为覆盖层58、第一产生涡流层59、中继导送层60、第二产生涡流层61和底层62。例如由于为使燃料更好地流入涡流盘30中的原因，上面的覆盖层58比所有其它的层59、60、61、62具有更小的外径。
按这种方式可以保证，燃料可以在覆盖层58外面从旁边流过，从而无阻碍地进入第一产生涡流层59中的例如四个涡流通道66的外侧入口区域65中。上面的覆盖层58是一个封闭的金属层，其不具有用于通流的开口区域。在第一产生涡流层59中设置了一个复杂的开口轮廓，其在该层59的整个轴向厚度上延伸。层59的该开口轮廓由一个内部的涡流室68和由多个(例如二、四、六或八个)通入该涡流室68的涡流通道66形成。在所示实施例中，涡流盘30具有四个涡流通道66，它们沿切向通入涡流室68中。
涡流室68完全被覆盖层58覆盖，而涡流通道66只是部分地处于被覆盖位置，因为背离涡流室68的外侧端部形成向上敞开的入口区域65。在顺下游紧接着的中间中继导送层60的区域内，流体被以一个第一分流和一个第二分流分成两部分，因为在该中继导送层60中除了一个中间的通流孔70之外还设置了另外的外侧贯通孔71，贯通孔71在相同数量的涡流通道66中顺流向下直接在入口区域65下面延伸。流体的第二部分不走经过对面的产生涡流层59中的涡流通道66的路径，它们流过这些贯通孔71。第一分流流过涡流通道66直到涡流室68并流向具有相对较小直径的通流孔70，其中在中继导送层60的中间通流孔70中保持了施加给燃料的回转脉冲(Drehimpuls)。
在中继导送层60上连接一个第二产生涡流层61，它的结构与第一产生涡流层59非常相似。但入口区域75以及涡流通道76的方向可以与第一产生涡流层59不同。一个特别之处首先在于，第二产生涡流层61的涡流室78比第一产生涡流层59的涡流室68具有更大的开口宽度。第二产生涡流层61这样构成，使得经过贯通孔71流入的第二分流全部进入涡流通道76中。全部流体通过下面的底层62中的中间排出口79从涡流盘30中排出。
穿过第二产生涡流层61的第二流体作为宽的空心锥薄层从排出口79中排出。在该外空心锥薄层中流入一个内空心锥薄层，该内空心锥薄层由在第一产生涡流层59中产生、由于窄的通流孔70而具有小直径的漩涡流形成。这样，借助涡流盘30可产生两个相互套置的同心的空心锥薄层，它们由于扩大的喷射表面而特别精细地喷雾。优化喷雾的条件是，中继导送层60的通流孔70的直径小于涡流室78的直径并且也小于底层62的排出口79的直径。按照理想方式，第一产生涡流层59的涡流通道66比第二产生涡流层61的涡流通道76具有更大的横截面，由此，内空心锥薄层的锥度角可以保持比外空心锥薄层小。
涡流盘30分成多个金属层，例如通过电镀沉积构成(多层电镀)。由于采用深度平版印刷法电镀技术生产，在给出轮廓方面具有特别的特点，在此以简短形式总结给出其中一些：
—镀层在整个盘表面上具有恒定的厚度，
—通过深度平版印刷法结构化相当垂直地切入层中，这些切口分别形成各个流过流体的空腔(由于制造技术所决定，相对于最佳垂直壁可偏差约3°)，
—通过各个结构化金属层的多层构成，按照希望切口使侧凹和被覆盖，
—切口具有任意的、具有在很大程度上与轴线平行的壁的横截面形状，
—涡流盘整体式构成，因为各个金属沉积层直接相互叠置。
在下面的部分中只以简短形式对用于制造涡流盘30的方法进行解释。在DE-OS 196 07 288中已经详细描述了用于制造孔板的整个电镀沉积金属方法步骤。这种连续应用照相平版印刷步骤(紫外线深度平版印刷)和接着进行微电镀的方法的独特之处是，在表面尺寸大的情况下也可保证高的结构精度，从而可以理想地用于件数很大的大批量生产中(高的批量能力)。在一个有效件(Nutzen)或晶片上可以同时制成多个涡流盘30。
该方法的起始点是一个平坦并且稳定的载体板，它例如可用金属(钛，钢)、硅、玻璃或陶瓷制成。在该载体板上最好首先设置至少一个辅助层。在此例如设置一个电镀起动层(例如TiCuTi，CrCuCr，Ni)，其对于以后在微电镀中的导电是必需的。该辅助层的设置例如通过溅射或通过无电流金属沉积进行。在对载体板进行这样的预处理之后，在该辅助层上全面覆置一种光刻抗蚀剂(光刻胶)，例如通过滚涂或离心涂布。
在此，该光刻抗蚀剂的厚度应相当于将在随后的电镀过程中产生的金属层的厚度，也就是涡流盘30的下底层62的厚度。该抗蚀膜可以用一层或多层可光致结构化的薄膜制成，或者用一种液体抗蚀剂(聚酰亚胺，光刻胶)制成。如果要选择将一个牺牲层电镀到以后产生的光蚀剂结构中，则应将该光刻抗蚀剂的厚度相应于该牺牲层厚度增大。要产生的金属结构应借助一个照相平版法的掩模被翻转传递到光刻抗蚀剂中。一种可能性是，将该光刻抗蚀剂直接通过掩模借助紫外线曝光(印制电路曝光器或半导体曝光器)进行曝光并接着显影。
最后在光刻抗蚀剂中出现的、涡流盘30的以后的层62的反结构通过电镀被填满金属(例如Ni，NiCo，NiFe，NiW，Cu)。该金属通过电镀紧密地贴靠在该反结构的轮廓上，这样，这些预先给定的轮廓被不走样地复制在该金属中。为了实现涡流盘30的结构，必需相应于所希望的层数重复自选择性地覆置辅助层起的步骤，这样，对于一个五层的涡流盘30进行四个(一次侧面的过生长)或五个电镀步骤。也可以为涡流盘30的这些层使用不同的金属，但它们只能分别在一个新的电镀步骤中使用。
在沉积了上面的覆盖层58之后，保留着的光刻胶通过湿化学剥离被从金属结构中去除掉。在载体板(基底)光滑、钝化的情况下，涡流盘30可以从基底上脱开并被分割成单件。在载体板与涡流盘30具有良好附着的情况下，牺牲层被选择性地蚀刻去成为基底和涡流盘30，由此，涡流盘30可以从载体板上抬离并被分割成单件。
Claims (10)
1.用于内燃机燃料喷射装置的燃料喷射阀，特别是用于将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室中，具有一个阀纵轴线(8)，具有一个激励器(1，2，14，18，19)，具有一个可运动的阀件(20)，该阀件与一个固定的阀座(27)配合作用以打开和关闭该阀，阀座(27)在一个阀座元件(26)上构成，还具有一个被安置在阀座(27)下游的涡流盘(30)，该涡流盘具有一种多层结构，该涡流盘既具有至少一个入口区域(65)、又具有至少一个排出口(79)，在该涡流盘中在该入口区域(65)与排出口(79)之间，待喷射的流体可被施加一个涡流分量，其特征在于，在一个第一产生涡流层(59)中对一个第一分流施加一个涡流分量，而一个第二分流不带涡流、不依赖于该带涡流的第一分流地在该涡流盘(30)中被中继导送，在一个第二产生涡流层(61)中只对该第二分流施加一个涡流分量。
2.按权利要求1所述的燃料喷射阀，其特征在于，该涡流盘(30)具有五个层(58，59，60，61，62)。
3.按权利要求1或2所述的燃料喷射阀，其特征在于，该涡流盘(30)可借助电镀沉积金属制成。
4.按前述权利要求之一所述的燃料喷射阀，其特征在于，具有第一和第二产生涡流层(59，61)的该涡流盘(30)这样构造，使得流体作为两个同心地相互套置的空心锥薄层从排出口(79)中排出。
5.按权利要求4所述的燃料喷射阀，其特征在于，形成这两个空心锥薄层的这些分流同向地带有涡流。
6.按前述权利要求之一所述的燃料喷射阀，其特征在于，第一和第二产生涡流层(59，61)分别由涡流通道(66，76)和一个涡流室(68，78)形成。
7.按权利要求6所述的燃料喷射阀，其特征在于，第一产生涡流层(59)的涡流室(68)比第二产生涡流层(61)的涡流室(78)具有一个较小的开口宽度。
8.按权利要求6或7所述的燃料喷射阀，其特征在于，第一产生涡流层(59)的涡流通道(66)比第二产生涡流层(61)的涡流通道(76)具有较大的横截面。
9.按前述权利要求之一所述的燃料喷射阀，其特征在于，在第一和第二产生涡流层(59，61)之间设置一个中继导送层(60)，在该中继导送层中加工出一个通流口(70)用于带涡流的第一分流和至少一个贯通孔(71)用于不带涡流的第二分流。
10.按权利要求9所述的燃料喷射阀，其特征在于，排出口(79)被加工在一个底层(62)中，并且，该排出口(79)比中继导送层(60)中用于带涡流的第一分流的通流口(70)具有一个较大的直径。
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