(57)【要約】本発明は電磁操作式の弁であって、弁縦軸線３と、電磁的な回路１，２と、弁の開閉のために定置の弁座２３と協働する可動な操作部材２５と、弁座２３の下流に形成された流出開口８とを備えている形式のものに関する。操作部材２５は、操作脚部２６と、これに対してほぼ垂直に形成された支持脚部２７とを備えてシェル状、桶状もしくは鉢状に形成されている。操作脚部２６は操作部材２５の可動な部分として、噴霧ディスク１２の上方の層１５と協働して共にシール弁を形成する。本弁は、内燃機関、特に混合気圧縮火花点火式の内燃機関内の燃料噴射弁としての使用のために特に適している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁操作式の弁であって、弁縦軸線（３）と、電磁的な回路（１，２）と、弁の開閉のために定置の弁座（２３）と協働する可動な操作部材（２５）と、弁座（２３）の下流に形成された流出開口（８）とを備えている形式のものにおいて、操作部材（２５）が、操作脚部（２６）と、該操作脚部（２６）に対してほぼ垂直に形成された支持脚部（２７）とを備えてシェル状、桶状もしくは鉢状に形成されていることを特徴とする、電磁操作式の弁。
【請求項２】
支持脚部（２７）が弁縦軸線（３）に対して平行に延びており、操作脚部（２６）が弁縦軸線（３）に対してほぼ垂直に延びている、請求項１記載の弁。
【請求項３】
操作脚部（２６）だけが操作部材（２５）の可動な部分を形成している、請求項１または２記載の弁。
【請求項４】
支持脚部（２７）がリング状に循環して延びており、操作脚部（２６）が、内部の切欠（２９）によって同様にリング状に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
【請求項５】
操作脚部（２６）が、切欠（２９）の縁部領域（３０）で、弁閉鎖エレメントを形成している、請求項４記載の弁。
【請求項６】
切欠（２９）の縁部領域（３０）が、流れ方向で円錐台形に拡大されている、請求項５記載の弁。
【請求項７】
支持脚部（２７）がその下側端部に、操作部材（２５）を固定するためのくさび状の斜め面取部（２８）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁。
【請求項８】
弁には、流出開口（８）の上流に、多層状の噴霧ディスク（１２）が配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁。
【請求項９】
噴霧ディスク（１２）の上方の層（１５）が弁座（２３）を有しており、弁の開閉のための操作脚部（２６）が、該弁座と協働している、請求項８記載の弁。
【請求項１０】
支持脚部（２７）が、弁ケーシング（４）と、噴霧ディスク（１２）の、上方の層（１５）の下流に位置する別の層（１６）との間に、くさび固定されている、請求項８または９記載の弁。
【請求項１１】
噴霧ディスク（１２）が、少なくとも１つのスワール通路（１９）を備えたスワールディスクとして形成されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の弁。
【請求項１２】
噴霧ディスク（１２）が、電気めっきによる金属析出によって複数の層に構成されている、請求項８から１１までのいずれか１項記載の弁。
【請求項１３】
電磁的な回路が、マグネットコイル（１）とマグネットヨーク（２）とから形成されており、マグネットヨーク（２）がＵ字形プロフィルを備えてリング状に形成されており、マグネットコイル（１）が、該Ｕ字形プロフィルの内部に配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の弁。
【請求項１４】
操作部材（２５）の開放行程が、マグネットヨーク（２）の塑性変形により調整可能である、請求項１３記載の弁。
【請求項１５】
内燃機関、特に混合気圧縮火花点火式内燃機関内の燃料噴射弁として使用される、請求項１から１４までのいずれか１項記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の電磁操作式の弁から出発している。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第３９４３００５号明細書からはすでに、電磁操作式の燃料噴射弁が公知であり、該燃料噴射弁では弁座領域内にディスク状の複数のエレメントが配置されている。マグネット回路の励磁時に、平形可動子として機能する平形弁板が、共に板弁部分を形成していて該平形弁板と協働する、対向側に位置する弁座板から持ち上げられる。弁座板の上流にはスワールエレメントが配置されており、該スワールエレメントは、弁座に流れる燃料に円状の回転運動を付与する。弁座板とは逆側において、弁板の軸方向の運動距離をストッパ板が制限している。弁板は大きな遊びをおいてスワールエレメントによって囲まれている。これにより、スワールエレメントは、弁板のある程度の案内を受け持っている。スワールエレメント内には、その下方の端面に、接線方向に延びる複数の溝が設けられており、該溝は外周から出発して中央のスワール室内にまで達している。スワールエレメントがその下方の端面で弁座板上に載着することにより、該溝はスワール通路を形成する。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０７２８８号明細書にはすでに、特に燃料噴射弁での使用に適した穴あきディスクの製作のためのいわゆる多層電着法が詳細に記載されている。種々の構造体を単数回または複数回互いに電着して一体のディスクを形成するディスク製作のこの製作原理は、明確に当該発明の公開内容に含まれるべきものである。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２３９１５号明細書からはすでに、多層電着法により製作されたマイクロ弁が公知である。少なくとも１つの可動子と１つの可動な閉鎖エレメントとを有する弁下側部分が、電着により多層状に構成されている。
【０００５】
発明の利点
主請求項の特徴概念の特徴を備えた、本発明による電磁操作式の弁が有する利点は、該弁が殊に簡単な方式でコスト安にかつ極端にミニチュア化して製作可能であることにある。本発明による弁は理想的には、シール座領域内に、大きなデッド容積を形成するおそれのある大きな貯蔵室を有していない。むしろ弁座は直に噴霧ディスクに一体化されている。これにより、噴霧ディスク内への入口と弁座との間にそもそも付加的な容積が生じない。このようにして、この領域内に貯蔵される流体量が極めてわずかに保たれる。それゆえ結果として、燃料噴射弁として使用される弁では、機関運転中のコントロールされない後噴射が有効に回避され得る。
【０００６】
従属請求項に記載された手段によれば、主請求項に記載した弁の有利な実施形および改善が可能である。
【０００７】
１つの支持脚部と１つの操作脚部との都合２つの脚部を有する操作部材が形成され、その場合、支持脚部が弁縦軸線に対して平行に延びており、かつ操作脚部が弁縦軸線に対してほぼ垂直に延びていると有利である。有利には、操作部材が極めてわずかな寸法と、材料、例えばばね薄板の使用によるわずかな質量とで製作され得る。唯一の可動な部分としての操作脚部の運動質量がわずかであることにより、弁の極めて短い切換え時間が達せられ、シール座の極めてわずな摩耗を保つことができる。
【０００８】
弁の個々の構成部材は、極めて簡単に組付け可能である。例えば支持脚部はその下側端部に、くさび固定によって操作部材を固定するためのくさび状の斜め面取部を有している。
【０００９】
実施例の説明
次に本発明の１実施例を図面に簡単に示して以下の記載で詳細に説明する。
【００１０】
図１に例えば１実施例として示されている、噴射弁形状の電磁操作式の弁は、特に混合気圧縮火花点火式内燃機関の燃料噴射装置に使用するために適している。しかしながら、本発明によるこの弁は、種々の流体の適切な引渡しのために、例えば吸入器として、またはインクジェット式プリンタのノズルとして、または化学工業または薬学工業での噴霧ノズルとしても使用可能である。
【００１１】
弁は、該弁のアクチュエータとして機能するマグネット回路を有している。このマグネット回路はマグネットコイル１と、該マグネットコイル１を少なくとも部分的に囲むマグネットヨーク２とを有している。リング状のマグネットヨーク２は、マグネットコイル１を例えば３つの側で囲んでおり、グネット回路の内極として役立っている。マグネットヨーク２は、その逆Ｕ字形のプロフィルによって、マグネットコイル１の領域内での弁の極めてコンパクトで短い構造を獲得している。
【００１２】
極めてコンパクトなこのマグネット回路は、弁縦軸線３に対して同心的に形成された弁ケーシング４内に組み付けられている。弁ケーシング４内には、貫通した縦孔５が設けられており、この縦孔５は弁縦軸線３に沿って延びている。縦孔５を備えた弁ケーシング４は燃料流入接続管片としても役立ち、その際、縦孔５は燃料供給通路を形成している。縦孔５内には、流入側に、例えば図示されていない燃料フィルタが設けられている。該燃料フィルタは、その大きさゆえに、噴射弁の閉塞または損傷の原因となるおそれのある燃料成分をろ過して取り除くのに役立つ。弁ケーシング４は、ほぼ一定の直径を有する縦孔５を取り囲む例えば管状のケーシング外套６と、弁ケーシング４の下流の閉鎖部およびひいては弁全体を形成するケーシング底部７とを有している。ケーシング底部７には流出開口８が設けられており、該流出開口は最終的に縦孔５の延長部を成しているが、より小さい開口幅しか有していない。ケーシング底部７のこのような構成により、いわばポールペン組立原理に基づき流入側からしか挿入できないようになっている、内側の弁構成部材の組付け方向が考えられている。
【００１３】
ケーシング底部７の内底１１には、まず始めに、例えば多層状の噴霧ディスク１２が載着される。この噴霧ディスク１２は、例えばいわゆる多層電着法、要するに電気めっきによる金属の多層の電着によって構成されており、コンパクトな単一構成部分として弁内に挿入される。
【００１４】
図１には、スワールディスクとして機能する３層状もしくは３積層状の噴霧ディスク１２が示されている。しかしながら、本発明による弁では、全く別の構造形式の噴霧ディスクも使用可能である。噴霧ディスク１２の層は互いに前後して電着されるので、後からの層は電着により下層に固定的に結合される。噴霧ディスク１２は、縦孔５に対して若干の間隔をおいて嵌入され得るような外径を有している。噴霧ディスク１２の３つの層は、以下、それらの機能に対応するように、カバー層１５、スワール発生層１６および底部層１７と記載する。図１から分かるように、上方のカバー層１５は、それに続く両方の層１６，１７よりも小さな外径で形成されている。このような形式で、開弁時に燃料がカバー層１５の外側に沿って流れ、これにより、中間のスワール発生層１６内で噴霧ディスク１２の外周から出発する例えば４つのスワール通路１９が、外側の流入領域１８内へ妨げなく流入できることが保証されている。
【００１５】
上方のカバー層１５は、閉ざされた金属層を形成している。この金属層は通流のための開口領域を有しておらず、それゆえ弁座２３としても役立っている。これに対して、スワール発生層１６内には、該層１６の軸方向の厚さ全体にわたって延びている複雑な開口輪郭が設けられている。中央の層１６の開口輪郭は、内側の１つのスワール室２０と、該スワール室２０内に開口する多数のスワール通路１９とによって形成されている。例えば２〜８つのスワール通路１９が、スワール室２０内に接線方向で開口している。スワール室２０は完全にカバー層１５によって覆われている。これに対してスワール通路１９は、部分的にしか覆われていない。なぜなら、スワール室２０とは逆の側の外側の端部が上向きに開いた流入領域１８を形成しているからである。スワール室２０内にスワール通路１９が接線方向で開口していることにより、燃料にパルス状の角運動が与えられる。このパルス状の角運動は、下方の底部層１７の中央の円形の流出開口２２内と、弁ケーシング４の流出開口８内とにおいても維持されている。
【００１６】
噴霧ディスク１２は、電着により複数の金属層に構成される。製作が深いリソグラフによって（ｔｉｅｆｅｎｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｓｃｈ）、電気めっき技術によって行われるため、輪郭付与に関して特別な特徴が存在する。その若干を短く要約すると次の通りである。
【００１７】
−  ディスク面にわたって一定の厚さを有する層が得られる。
【００１８】
−  深いリソグラフによる構成によって、層にほぼ垂直な切込が生じ、この切込が、それぞれ通流される中空室を形成する（最適に垂直な壁に対して約３°の、製作技術に起因する偏差が生じることもある）。
【００１９】
−  個々に構成された複数の金属層の、多層な構成により、切込の所望のアンダカットおよびオーバラップが生じる。
【００２０】
−  ほぼ軸平行な壁を有する任意の横断面形状を有する切込が得られる。
【００２１】
−  個々の金属析出が直に互いに上下に行われるため、噴霧ディスクが一体的に形成される。
【００２２】
噴霧ディスク１２は、カバー層１５の上方の制限縁部で弁座２３を形成する。弁の開閉に役立つ弁部材として、シェル状、桶状もしくは鉢状の操作部材２５が設けられている。可動子としても弁閉鎖エレメントとしても働くこの操作部材２５は、弁座２３と協働してシール弁を形成する。Ｌ字形断面を有する該操作部材２５は２つの脚部を有しており、一方の脚部は弁縦軸線３に対してほぼ垂直に向けられた操作脚部２６であり、他方の脚部は弁縦軸線３に対して平行に向けられたリング状の支持脚部２７である。したがって、これらの脚は、互いにほぼ垂直に屈曲して延びている。
【００２３】
噴霧ディスク１２の組付け後に、操作部材２５が縦孔５内に挿入される。支持脚部２７は、その下端部にくさび状の斜め面取部２８を有している。該斜め面取部は、中間のスワール発生層１６にくさび状に食い込むように、弁ケーシング４の内壁と噴霧ディスク１２との間に押し込まれる。このことが噴霧ディスク１２の全周にわたって行われるため、噴霧ディスク１２は確実に、高い信頼度で、かつセンタリングされて弁端部に固定される。
【００２４】
操作脚部２６は、内側の切欠２９を有しているため、同様にリング状に形成されている。切欠２９の縁部領域３０は、流れ方向で円錐台形に拡張されており、カバー層１５の弁座２３に対応する直接的な弁閉鎖エレメントを形成している。閉弁時に、操作部材２５の操作脚部２６は弁座２３に当接する。操作部材２５を弁座２３に圧着せしめる圧力は、操作部材２５のために使用された材料（例えばばね薄板）のばね強度と、これに作用する燃料静圧とによって生じる。
【００２５】
マグネットヨーク２内にマグネットコイル１が予め組み込まれ、次いでこのマグネット回路構成群が同様に縦孔５内に挿入される。マグネットヨーク２の外径の半径方向の過剰は、弁ケーシング４内での半径方向の圧迫による、所望の軸方向の固定のために役立つ。
【００２６】
弁座２３の領域内の通流を開放するために、操作部材２５の操作脚部２６の縁部領域３０は、所定の行程だけ噴霧ディスク１２から持ち上げられる必要がある。その場合、弁の操作は電磁的に公知のように行われる。開放行程は、既に組み込まれた状態のマグネットヨーク２の塑性変形により調整される。このことのために、たとえばたんに略示しただけの変形工具３５によってマグネットヨーク２が軸方向に圧縮される。操作部材２５のばね力は、既に予め、同様に軸方向の塑性変形によって調整される。
【００２７】
要するに操作部材２５の行程は、特に、操作部材２５およびマグネットヨーク２の組込み位置によって予め規定される。操作部材２５の一つの端部位置は、マグネットコイル１の非励磁状態で操作脚部２６が弁座２３に当接することにより決定されており、他面において、操作部材２５の別の端部位置は、マグネットコイル１の励磁状態で、内極として役立つマグネットヨーク２の下流の内側の端面３７に操作脚部２６が当接することにより生じる。
【００２８】
弁の個々の構成部材のコンパクトな構造形式は、わずか約４ｍｍの外径を有するミニチュア化された弁の製作を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ミニチュア構造形式の電磁操作式の弁を部分的に示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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