DE69200710T2

DE69200710T2 - Ball injector.

Info

Publication number: DE69200710T2
Application number: DE69200710T
Authority: DE
Inventors: Paul Daly
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2012-02-06
Also published as: EP0571413B1; EP0571413A1; WO1992014047A1; DE69200710D1; JPH06505073A

Description

FIELD OF INVENTION

Diese Erfindung betrifft Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen.This invention relates to fuel injection devices for internal combustion engines.

BACKGROUND AND SUMMARY OF THE INVENTION

Herkömmliche Kraftstoff-Verteilerleisten für Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung besitzen Aufnahmen, die entlang der Verteilerleiste verteilt sind und in die die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen eingesetzt sind. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen werden durch geeignete Dichtungs- und Haltemittel strömungsmitteldicht an der Verteilerleiste gehalten. Die typische Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hat eine längliche Form und ist üblicherweise auf der Verteilerleiste so angeordnet, daß die Längsabmessung der Einspritzvorrichtung quer zur Längsabmessung der Verteilerleiste verläuft. Als Folge dieser Anordnung hat die Einhüllende der Verteilerleiste im Motorraum eines Kraftfahrzeuges eine Erstreckung quer zur Verteilerleiste, die durch die Längsabmessung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung bestimmt wird. Demgemäß wirkt sich eine Verringerung des Betrages, um den die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in Querrichtung von der Verteilerleiste vorsteht, vorteilhaft im Sinne einer Verringerung der Einhüllenden der Verteilerleiste aus, und dieser Vorteil läßt sich von den Fahrzeug-Designern im Hinblick auf Styling- und Platzbedarfs-Überlegungen nutzen.Conventional fuel distribution rails for internal combustion engines with fuel injection have receptacles that are distributed along the distribution rail and into which the fuel injection devices are inserted. The fuel injection devices are held fluid-tight to the distribution rail by suitable sealing and holding means. The typical fuel injection device has an elongated shape and is usually arranged on the distribution rail so that the longitudinal dimension of the injection device runs transversely to the longitudinal dimension of the distribution rail. As a result of this arrangement, the envelope of the distribution rail in the engine compartment of a motor vehicle has an extension transversely to the distribution rail, which is determined by the longitudinal dimension of the fuel injection device. Accordingly, reducing the amount by which the fuel injector projects laterally from the fuel rail has the advantage of reducing the envelope of the fuel rail, and this advantage can be exploited by vehicle designers for styling and space considerations.

Einer der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Verteilerleiste, die eine neue Konfiguration der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung enthält, welche eine gewisse Verringerung der Größe der Einhüllenden der Verteilerleiste in einer Brennkraftmaschine ermöglicht, insbesondere eine Verringerung der Strecke, um die die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von der Verteilerleiste in Querrichtung absteht. Genauer gesagt, kann die Verteilerleiste ein Rohr mit kreiszylindrischer Wand aufweisen, in dem die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen im wesentlichen vollständig untergebracht sind, so daß die Querabmessung der Verteilerleiste an der Stelle einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung im wesentlichen dem Aussendurchmesser des Rohres entspricht. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen sind an einem Träger angebracht und bilden somit eine Untereinheit, die durch Einführen vom Ende her in das Rohr eingesetzt werden kann. Die elektrischen Leitungen für die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen laufen entlang des Trägers zu einem Behältnis, das sich am einen Längsende der fertiggestellten Verteilerleiste befindet. Die Düsenenden der Einspritzvorrichtungen, aus denen flüssiger Kraftstoff abgespritzt wird, sind abgedichtet in Löchern der Seitenwand des Rohres angeordnet.One of the various aspects of the present invention relates to a fuel rail incorporating a new fuel injector configuration, which enables a certain reduction in the size of the envelope of the distributor rail in an internal combustion engine, in particular a reduction in the distance by which the fuel injector projects transversely from the distributor rail. More precisely, the distributor rail can have a tube with a circular cylindrical wall in which the fuel injectors are essentially completely accommodated, so that the transverse dimension of the distributor rail at the location of a fuel injector corresponds essentially to the outside diameter of the tube. The fuel injectors are attached to a carrier and thus form a sub-unit which can be inserted into the tube by inserting it from the end. The electrical lines for the fuel injectors run along the carrier to a container which is located at one longitudinal end of the completed distributor rail. The nozzle ends of the injectors from which liquid fuel is sprayed are arranged in a sealed manner in holes in the side wall of the tube.

Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen selbst sind neuartig ausgebildet. Statt eines Magneten, eines Ankers, einer Nadel und eines koaxial zur Länge der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung angeordneten Sitzes wie bei herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen besitzt die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Magnetkreis, der ein kugelförmiges Ventilelement umgibt. Diese Kugel wird von einem freikragenden Federblatt elastisch in Schließrichtung zum Schließen eines Loches vorgespannt, das von einem konischen Sitz umgeben ist. Der die Kugel umgebende Magnetkreis kann als vierseitig angesehen werden. Der Anker und der Magnet sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Der Stator hat die Form eines U, dessen Basis durch den Magneten verläuft und dessen Schenkel die verbleibenden beiden Seiten bilden. Der Anker ist eine Stange aus magnetisch permeablem Material, dessen Mittelpunkt auf die Kugel einwirkt. Wenn der Magnet nicht erregt ist, sind Arbeitsspalte zwischen den Enden der Stange und den distalen Enden der Schenkel des Stators vorhanden, und wenn der Magnet erregt wird, zieht der Magnetfluß die Stange an, um diese Arbeitsspalte zu verkleinern. Als Folge stört die Stange die Kugel aus ihrer zu dem Sitz konzentrischen Lage, um das Loch zu öffnen und den unter Druck gesetzten flüssigen Kraftstoff, der der Einspritzvorrichtung über das Rohrinnere der Kraftstoffleiste zugeführt wurde, durchzulassen, damit es aus dem Düsenende der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung abgespritzt werden kann. Wenn der Magnet entregt wird, drückt die freikragende Feder die Kugel zurück in ihre zum Sitz konzentrische Lage, und das hieraus resultierende Verschließen des Loches beendet die Kraftstoffeinspritzung. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der Erfindung ist für eine Miniaturisierung zum Einpassen in eine Kraftstoff-Verteilerleiste sehr gut geeignet und ist effizient und wirtschaftlich im Hinblick auf die verwendeten Teile und Materialien.The fuel injection devices themselves are of a novel design. Instead of a magnet, an armature, a needle and a seat arranged coaxially to the length of the fuel injection device as in conventional fuel injection devices, the fuel injection device of the present invention has a magnetic circuit which surrounds a spherical valve element. This ball is elastically biased in the closing direction by a cantilevered spring leaf to close a hole which is surrounded by a conical seat. The magnetic circuit surrounding the ball can be considered to be four-sided. The armature and the magnet are arranged on two opposite sides. The stator has the shape of a U, the base of which runs through the magnet and the legs of which form the remaining two sides. The armature is a rod of magnetically permeable material, the center of which acts on the ball. When the magnet is de-energized, working gaps exist between the ends of the rod and the distal ends of the legs of the stator, and when the magnet is energized, the magnetic flux attracts the rod to reduce these working gaps. As a result, the rod disturbs the ball from its position concentric with the seat to open the hole and allow the pressurized liquid fuel supplied to the injector via the tube interior of the fuel rail to pass through so that it can be sprayed out of the nozzle end of the fuel injector. When the magnet is de-energized, the cantilevered spring urges the ball back to its position concentric with the seat and the resulting closing of the hole terminates fuel injection. The fuel injector of the invention is very suitable for miniaturization for fitting into a fuel rail and is efficient and economical in terms of the parts and materials used.

Wenngleich die US-4,446,837 eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung offenbart, die in flüssigem Kraftstoff in einer Kraftstoffschüssel eingetaucht ist und eine federbelastete Kugel aufweist, die bei Betätigung einen Kanal durch einen Ventilsitz mittels eines Elektromagneten mit einem U-förmigen Stator und einer die Kugel betätigenden Ankerstange öffnet und schließt, so offenbart sie jedoch nicht eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.Although US-4,446,837 discloses a fuel injector immersed in liquid fuel in a fuel bowl and having a spring-loaded ball which, when actuated, opens and closes a channel through a valve seat by means of an electromagnet with a U-shaped stator and an armature rod actuating the ball, it does not disclose a fuel injector having the features of the characterizing part of claim 1.

Weitere Merkmale, Vorzüge und vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung zusammen mit den bereits oben erwähnten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen, denen Zeichnungen beigefügt sind. Die Zeichnungen offenbaren ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der zur Zeit für am besten gehaltenen Methode zur praktischen Umsetzung der Erfindung.Further features, advantages and advantageous effects of the invention together with those already mentioned above will become apparent from the following description and claims, to which drawings are attached. The drawings disclose a presently preferred embodiment of the invention according to the method currently considered best for the practical implementation of the invention.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Gestaltung und Anordnung einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht;Fig. 1 is a perspective view illustrating the general design and arrangement of a fuel injector according to the invention;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der Fig. 1 aus einer Richtung;Fig. 2 is a side view of the fuel injector of Fig. 1 from one direction;

Fig. 3 ist eine Draufsicht der Fig. 2;Fig. 3 is a plan view of Fig. 2;

Fig. 4 ist eine linke Seitenansicht der Fig. 2;Fig. 4 is a left side view of Fig. 2;

Fig. 5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung bestimmter Teile einer Kraftstoffverteilerleiste, die Prinzipien der Erfindung verwirklicht und Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen wie die der Fig. 1 bis 4 enthält;Fig. 5 is an exploded perspective view of certain portions of a fuel rail embodying principles of the invention and incorporating fuel injectors like those of Figs. 1 through 4;

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht durch die Verteilerleiste der Fig. 5 in einem anderen Maßstab und veranschaulicht weitere Details einschließlich eines speziellen Schrittes bei dem Verfahren zum Herstellen der Verteilerleiste;Fig. 6 is a cross-sectional view through the distribution bar of Fig. 5 at a different scale and illustrating further details including a specific step in the process for manufacturing the distribution bar;

Fig. 7 ist eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht zum Veranschaulichen des Zustandes nach Beendigung des durch die Fig. 6 veranschaulichten Verfahrensschrittes;Fig. 7 is a view corresponding to Fig. 6 for illustrating the state after completion of the process step illustrated by Fig. 6;

Fig. 8 ist eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;Fig. 8 is a side view of another embodiment of the fuel injector;

Fig. 9 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Verteilerleiste in ein Motorsaugrohr integriert ist.Fig. 9 is an exploded perspective view of an embodiment in which the manifold is integrated into an engine intake manifold.

DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Die Fig. 1 bis 7 offenbaren eine Kraftstoffverteilerleiste 18 mit mehreren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 20 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen sind an einem Träger 22 angeordnet, der in ein kreiszylindrisches Rohr 24 paßt, und es sind vier Einspritzvorrichtungen bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel vorgesehen.Figures 1 to 7 disclose a fuel rail 18 having a plurality of fuel injectors 20 in accordance with the present invention. The fuel injectors are mounted on a bracket 22 which fits into a circular cylindrical tube 24, and four injectors are provided in this particular embodiment.

Für jede Einspritzvorrichtung 20 besitzt der Träger 22 einen ungefähr rechteckig ausgebildeten Schacht 26, der eine Seitenwand 28 und eine Bodenwand 30 aufweist. Jede Einspritzvorrichtung besitzt ein Sitzteil 32 mit einem kegelstumpfförmigen Sitz 34, der trichterförmig zu einem Loch 36 verläuft. Der Sitz 34 und das Loch 36 teilen eine gemeinsame Achse 38, die senkrecht zu der Bodenwand 30 verläuft. Die Bodenwand 30 hat ein entsprechend geformtes Loch, in das das Sitzteil 32 in der dargestellten Weise eingepaßt werden kann. Eine Kugel 40 ist auf dem Sitz 34 angeordnet, und sämtliche Figuren zeigen die Kugel in einer zur Achse 38 konzentrischen Lage, in der sie das Loch 36 verschließt. Die Kugel wird elastisch in diese konzentrische Lage durch ein darüber angeordnetes ebenes Federblatt 42 gedrückt, das freikragend an der Oberseite eines senkrechten Pfostens 44 an der Wand 30 neben dem Sitzteil 32 angebracht ist. Sämtliche Figuren zeigen das Federblatt 42 in einer Lage, in der es parallel zu der Wand 30 verläuft. Die freikragende Befestigung des Federblattes an dem Pfosten erfolgt mittels eines Loches in dem Federblatt, durch das ein Stift an dem Pfosten engpassend verläuft, und eines Kopfes 46 an dem Stift, der den Rand des Loches in dem Federblatt überlappt, um das entsprechende Ende des Federblattes an der Oberseite des Pfostens 44 sicher zu halten. Stattdessen könnte der Pfosten 44 an seiner Oberseite ein Loch haben, und der Schaft einer Kopfschraube könnte durch das Loch im Federblatt geführt sein und die Schraube in dem Pfostenloch festgezogen sein, so daß der Schraubenkopf das Federblatt an der Oberseite des Pfostens hält. Wenngleich die Figuren das Federblatt so zeigen, daß es eben und im wesentlichen parallel zur Wand 30 ist, übt die Feder eine Vorspannkraft auf die Kugel 40 aus, wenn die Kugel zur Achse 38 konzentrisch ist. Diese Vorspannung kann durch eine entsprechende Formgebung des Federblattes, durch Einstellen des relativen Niveaus der Oberseite des Pfostens 44 und der Oberseite der Kugel in spezieller Weise oder durch eine Kombination beider Merkmale erzeugt werden.For each injector 20, the carrier 22 has a roughly rectangular well 26 having a side wall 28 and a bottom wall 30. Each injector has a seat portion 32 having a frustoconical seat 34 which funnels to a hole 36. The seat 34 and hole 36 share a common axis 38 which is perpendicular to the bottom wall 30. The bottom wall 30 has a correspondingly shaped hole into which the seat portion 32 can be fitted as shown. A ball 40 is mounted on the seat 34 and all figures show the ball in a position concentric with the axis 38 closing the hole 36. The ball is resiliently urged into this concentric position by an overlying flat spring leaf 42 which is cantilevered from the top of a vertical post 44 on the wall 30 adjacent the seat portion 32. All figures show the spring leaf 42 in a position in which it is parallel to the wall 30. The cantilevered attachment of the spring leaf to the post is by means of a hole in the spring leaf through which a pin on the post passes in close fitting fashion, and a head 46 on the pin which overlaps the edge of the hole in the spring leaf to securely hold the corresponding end of the spring leaf to the top of the post 44. Instead, the post 44 could have a hole in its top and the shank of a cap screw could be passed through the hole in the spring leaf and the screw tightened in the post hole so that the screw head holds the spring leaf to the top of the post. Although the figures show the spring leaf to be flat and substantially parallel to the wall 30, the spring exerts a biasing force on the ball 40 when the ball is concentric with the axis 38. This biasing force can be created by appropriate shaping of the spring leaf, by adjusting the relative level of the top of the post 44 and the top of the ball in a special manner, or by a combination of both features.

Die Einspritzvorrichtung besitzt einen Magnetkreis, der die Kugel 40 umgibt und aus einer Magnetspule 48, einem Stator 50 und einem Anker 52 besteht. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, kann der Magnetkreis als Magnetkreis allgemein rechteckiger Form mit vier Seiten zum Einpassen in den Schacht 26 angesehen werden. Die Spule 48 und der Anker 42 bilden zwei gegenüberliegende Seiten, während die verbleibenden beiden Seiten, die einander gegenüberliegen, von Abschnitten des Stators 50 gebildet werden. Die Spule 48 ist in dem Schacht 26 so angeordnet, daß ihre Achse parallel zu der Bodenwand 30 verläuft und zur Achse 38 beabstandet ist. Die Wand 30 enthält ein Loch zur Aufnahme der Spule 48. Der Stator 50 hat ungefähr die Form eines U mit einer Basis 54, die durch die Spule 48 verläuft, und parallelen Schenkeln 56, 58, die von der Basis 54 abgehen, um zwei gegenüberliegende Seiten des magnetischen Kreises zu bilden. Die Schenkel 56, 58 enthalten Biegungen, die für den Übergang vom Niveau der Spule 48 auf das Niveau der Kugel 40 sorgen. Der Anker 52 hat die Form einer Stange, die entlang der Kugel 40 angeordnet ist und von dem Magnetkreis betätigt wird, um auf die Kugel an praktisch dem Mittelpunkt der Stange, der mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet ist, einzuwirken. Das Sitzteil 32 enthält eine entsprechend geformte Nut 61, die es erlaubt, daß der Anker auf die Kugel einwirkt. In dem in den Figuren dargestellten Zustand, in dem die Magnetspule nicht erregt ist, sind die entgegengesetzten Enden der Stange zu den distalen Enden der Schenkel 56, 58 durch im wesentlichen gleiche Arbeits-spalte 62, 64 beabstandet, und der Mittelpunkt des Ankers berührt die Kugel an dem Ende einer bestimmten radialen Linie der Kugel. Wenn die Magnetspule erregt wird, verkleinert der Magnetfluß, der in dem Magnetkreis erzeugt wird, die Arbeitsspalte 62, 64 dadurch, daß der Anker 52 gegen die Enden der Schenkel 56, 58 des Stators gezogen wird. Dies bewirkt eine translationsförmige Bewegung des Ankers 52 im wesentlichen in Richtung einer imaginären Linie, die die Achse 38 schneidet und die bei Blickrichtung entlang der Achse 38 im wesentlichen mit dem Kugelradius zusammenfällt, dessen Ende von dem Mittelpunkt des Ankers berührt wird. Die gemeinsame Wirkung der Bewegung des Ankers 52, der Elastizität des Federblattes 42 und des Winkels des Sitzes 34 ist derart, daß die Kugel aus ihrer zur Achse 38 konzentrischen Lage in eine zur Achse 38 exzentrische Lage bewegt wird, mit der Folge, daß das Loch 36 geöffnet wird. Tatsächlich bewirkt dies, daß die Kugel 40 am Sitz 34 geringfügig nach oben in Richtung auf den Pfosten 44 zu rollt. Wenn die Erregung der Magnetspule endet, hört die vom Stator 50 ausgeübte magnetische Anziehkraft auf, und dies erlaubt es, daß die Elastizität des Federblattes 42 die Kugel in ihre zur Achse 38 konzentrische Lage zurückbewegt, mit der Folge, daß das Loch 36 verschlossen wird.The injector has a magnetic circuit surrounding the ball 40 and consists of a magnetic coil 48, a stator 50 and an armature 52. As can be seen in Fig. 3, the magnetic circuit can be considered a magnetic circuit of generally rectangular shape with four sides for fitting into the well 26. The coil 48 and the armature 42 form two opposite sides, while the remaining two sides which are opposite each other are formed by portions of the stator 50. The coil 48 is arranged in the well 26 with its axis parallel to the bottom wall 30 and spaced from the axis 38. The wall 30 contains a hole for receiving the coil 48. The stator 50 is approximately U-shaped with a base 54 which passes through the coil 48 and parallel legs 56, 58 extending from the base 54 to form two opposite sides of the magnetic circuit. The legs 56, 58 contain bends which provide the transition from the level of the coil 48 to the level of the ball 40. The armature 52 is in the form of a rod which is arranged along the ball 40 and is actuated by the magnetic circuit to act on the ball at practically the midpoint of the rod, which is designated by the reference numeral 60. The seat part 32 contains a correspondingly shaped groove 61 which allows the armature to act on the ball. In the In the condition shown in the figures, when the solenoid is not energized, the opposite ends of the rod are spaced from the distal ends of the legs 56, 58 by substantially equal working gaps 62, 64, and the center of the armature contacts the ball at the end of a certain radial line of the ball. When the solenoid is energized, the magnetic flux generated in the magnetic circuit reduces the working gaps 62, 64 by drawing the armature 52 against the ends of the legs 56, 58 of the stator. This causes a translational movement of the armature 52 substantially in the direction of an imaginary line which intersects the axis 38 and which, when viewed along the axis 38, substantially coincides with the radius of the sphere whose end is contacted by the center of the armature. The combined action of the movement of the armature 52, the resilience of the leaf spring 42 and the angle of the seat 34 is such that the ball is moved from its position concentric with the axis 38 to a position eccentric with the axis 38, with the result that the hole 36 is opened. In effect, this causes the ball 40 to roll slightly upwards on the seat 34 towards the post 44. When the energization of the solenoid ceases, the magnetic attraction exerted by the stator 50 ceases and this allows the resilience of the leaf spring 42 to move the ball back to its position concentric with the axis 38, with the result that the hole 36 is closed.

Das Loch 36 ist von dem Düsenende bzw. der Düse 68 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung umgeben, von wo Kraftstoff in die Brennkraftmachine eingespritzt wird. Eine O-Ring- Dichtung 70 sitzt in einer Nut, die um die Seitenwand des Düsenendes der Einspritzvorrichtung herum verläuft. Elektrische Leitungsdrähte 72, die von den Einspritzvorrichtungen kommen, sind in Kanäle 74 in dem Träger 22 angeordnet und verlaufen zu einem Verbinder 76 an dem nahen Ende des Trägers, wie in Fig. 5 zu sehen ist. Die Magnetspulen, Statoren und Sitzteile sind innerhalb der Trägerschächte durch geeignete Befestigungsmittel befestigt, und ein Deckel 78 mit geeigneten Fenstern, die jeweils einen Einlaß für jede Kraftstoff-Einspritzvorrichtung bilden, ist auf den Träger aufgepaßt, um die Leitungsdrähte in den Kanälen einzuschließen. Der Deckel kann bestimmte Begrenzungsmittel für bestimmte Bauteile der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen wie z.B. Vorsprünge 79 (Fig. 2) aufweisen, die dazu dienen, die Anker 52 zu umschließen und das Ausmaß zu begrenzen, um das die Federblätter 42 von den Sitzteilen 32 weggebogen werden können.The hole 36 is surrounded by the nozzle end or nozzle 68 of the fuel injector from which fuel is injected into the engine. An O-ring seal 70 is seated in a groove that runs around the side wall of the nozzle end of the injector. Electrical leads 72 coming from the injectors are arranged in channels 74 in the carrier 22 and run to a connector 76 at the proximal end of the carrier as seen in Fig. 5. The solenoids, stators and seat members are secured within the carrier wells by suitable fasteners and a cover 78 having suitable windows each defining an inlet for each fuel injector is fitted to the carrier to enclose the lead wires in the passages. The cover may include certain restricting means for certain components of the fuel injectors such as projections 79 (Fig. 2) which serve to enclose the armatures 52 and limit the extent to which the spring leaves 42 can be deflected away from the seat members 32.

Der Träger, die Einspritzvorrichtungen und der Deckel bilden eine Untereinheit, die in das Rohr 24 durch Einführen von einem Rohrende her eingesetzt wird. Wie vielleicht am besten in Fig. 6 zu sehen ist, besitzt die Untereinheit eine Einhüllende, die kleiner als das Hauptlängsloch 81 in dem Rohr 24 ist. Die Untereinheit wird in das Rohr so eingesetzt, daß die Düsenenden 68 der Einspritzvorrichtungen zu entsprechenden kreisförmigen Löchern 82 in der Wand des Rohres ausgerichtet sind. Die Untereinheit wird dann radial verschoben, um die Düsenenden in die Löcher 82 einzuführen, so daß die O-Ringe 70 eine Abdichtung zwischen den Düsenenden und den Löchern bewirken. Ein Halter 84 wird dann über das gleiche offene Ende des Rohres in den Raum 86 (Fig. 7) eingesetzt, der zwischen der Untereinheit und dem Halbumfang der Rohrwand im wesentlichen gegenüber den Löchern 82 vorhanden ist. Der Halter 84 ist als Länge eines Winkelmetalls dargestellt, das eine gewisse Elastizität haben kann, um in der dargestellten Weise zwischen die Untereinheit und die Rohrwand elastisch eingepaßt zu werden. Die Krümmung des Halters 84 liegt an der Innenseite der Wand des Rohres 24 diametral gegenüber den Löchern 82 an, und die beiden Seiten des Halters erstrecken sich von der Krümmung weg, um die Untereinheit in der Einbaustellung der Fig. 7 festzuhalten.The carrier, injectors and cover form a subassembly which is inserted into the tube 24 by insertion from one end of the tube. As perhaps best seen in Fig. 6, the subassembly has an envelope smaller than the main longitudinal hole 81 in the tube 24. The subassembly is inserted into the tube so that the nozzle ends 68 of the injectors are aligned with corresponding circular holes 82 in the wall of the tube. The subassembly is then displaced radially to insert the nozzle ends into the holes 82 so that the O-rings 70 provide a seal between the nozzle ends and the holes. A retainer 84 is then inserted over the same open end of the tube into the space 86 (Fig. 7) provided between the subassembly and the semi-circumference of the tube wall substantially opposite the holes 82. The holder 84 is shown as a length of angle metal which may have some elasticity to be elastically fitted between the sub-assembly and the tube wall as shown. The curve of the holder 84 rests against the inside of the wall of the tube 24 diametrically opposite the holes 82 and the two sides of the holder extend from the curve to hold the sub-unit in the installation position shown in Fig. 7.

Im Betrieb wird unter Druck gesetzter flüssiger Kraftstoff in das Rohr 24 über einen geeigneten Einlaß eingeführt, so daß die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen im wesentlichen vollständig in Kraftstoff eingetaucht sind. Die Verteilerleiste kann einen Druckregler enthalten und einen Rückführauslaß zum Rückführen von Kraftstoff aufweisen, wenn die Leiste Teil eines Kraftstoff-Rückführsystems bildet. Weder ein Einlaßanschluß noch ein Rückführauslaßanschluß noch ein Druckregler sind in den Zeichnungsfiguren gezeigt, noch sind es die Maßnahmen, die erforderlich wären, um die Rohrenden zu verschließen, wenn der Einlaß und/oder der Auslaß nicht an den Enden angeordnet werden sollte. Die spezielle Konfiguration einer speziellen Verteilerleiste gemäß der vorliegenden Erfindung hängt von der speziellen Brennkraftmaschine ab, an der die Verteilerleiste angebracht werden muß. Im Betrieb dient der Verbinder 76 dazu, die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen mit dem üblichen Motor-Betriebscomputer zu verbinden, so daß die Einspritzvorrichtungen zu den richtigen Zeitpunkten und für die richtige Dauer betätigt werden. Die Erregung des Magneten der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung öffnet die Einspritzvorrichtung, um Kraftstoff aus dem Inneren des Rohres an dem Düsenende der Einspritzvorrichtung durch das Loch 36 abzuspritzen. Die Dosierung des eingespritzten Kraftstoffes kann durch eine dünne Lochscheibe (nicht gezeigt) erfolgen, die an dem Düsenende der Einspritzvorrichtung so angeordnet ist, daß sie den Auslaß des Loches 36 bedeckt. Der Einspritzvorgang endet mit der Beendigung der Magneterregung.In operation, pressurized liquid fuel is introduced into the pipe 24 via a suitable inlet so that the fuel injectors are substantially completely submerged in fuel. The rail may include a pressure regulator and may have a return outlet for returning fuel if the rail forms part of a fuel return system. Neither an inlet port nor a return outlet port nor a pressure regulator are shown in the drawing figures, nor are the provisions that would be required to close the pipe ends if the inlet and/or outlet were not to be located at the ends. The particular configuration of a particular rail according to the present invention will depend on the particular internal combustion engine to which the rail is to be fitted. In operation, the connector 76 serves to connect the fuel injectors to the usual engine operating computer so that the injectors are actuated at the correct times and for the correct duration. Energization of the fuel injector magnet opens the injector to eject fuel from inside the tube at the nozzle end of the injector through hole 36. Metering of the injected fuel can be accomplished by a thin orifice plate (not shown) positioned at the nozzle end of the injector to cover the outlet of hole 36. The injection process ends with the termination of magnet energization.

Fig. 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Teile. Der Hauptunterschied besteht darin, daß bei der Einspritzvorrichtung der Fig. 8 die freikragende Anbringung des Federblattes 42 auf der zur Magnetspule 48 gegenüberliegenden Seite des Sitzes 34 vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine Verkürzung des Magnetkreisverlaufes, da die Magnetspule näher an dem Sitz angeordnet werden kann und die Schenkel des Stators kürzer gemacht werden können.Fig. 8 shows another embodiment of the fuel injection device using the same reference numerals to designate the same parts. The main difference is that in the injection device Fig. 8 shows the cantilevered attachment of the spring leaf 42 on the side of the seat 34 opposite the magnet coil 48. This enables the magnetic circuit to be shortened, since the magnet coil can be arranged closer to the seat and the legs of the stator can be made shorter.

Fig. 9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Verteilerleiste unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Teile. Fig. 9 zeigt, daß das Rohrloch 81 ein integraler Bestandteil eines Motorsaugrohres 90 ist, in den die aus dem Träger, den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen und dem Deckel bestehende Untereinheit eingesetzt ist. Der Halter 84 ist ebenfalls in das Loch 81 eingesetzt, um die Untereinheit in der gleichen Weise wie in Fig. 7 in zusammengesetztem Zustand zu halten.Fig. 9 shows another embodiment of the manifold using the same reference numerals to designate like parts. Fig. 9 shows that the pipe hole 81 is an integral part of an engine intake manifold 90 into which the sub-assembly consisting of the carrier, the fuel injectors and the cover is inserted. The holder 84 is also inserted into the hole 81 to hold the sub-assembly in the assembled state in the same manner as in Fig. 7.

Die Materialien, Oberflächen, Härte, Elastizität usw. der verschiedenen Teile sollten so gewählt werden, daß sich ein zufriedenstellendes Betriebsverhalten und eine hohe Lebensdauer unter den speziellen Betriebsbedingungen ergeben. Damit das Sitzteil 32 den Magnetfluß des Magnetkreises nicht kurzschließt, ist es aus magnetisch nicht permeablem Material wie z.B. einem geeigneten rostfreien Stahl hergestellt. Auch wird in Betracht gezogen, daß gewisse Kunststoffe für bestimmte Teile zweckmäßig sein können. Beispielsweise können der Träger 22, das Rohr 24 und der Deckel 78 aus einem Kunststoff hergestellt sein, der inert ist, wenn er in einer Umgebung flüssigen Kraftstoffes angeordnet ist, und natürlich müssen alle Materialien, die dem Kraftstoff ausgesetzt sind, gegenüber der verwendeten speziellen Kraftstoffzusammensetzung bzw. Kraftstoffzusammensetzungen inert sein. Auch wird in Betracht gezogen, daß die Kugel 40 selbst aus einem geeigneten Kunststoff bestehen kann. Fig. 3 zeigt eine spezielle Konstruktion für den Stator 50, die vorteilhafterweise beim Herstellen des Magnetkreises der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung verwendet werden kann. Statt aus einem einstückigen Bauteil zu bestehen, kann der Stator aus zwei getrennten Teilen hergestellt sein, von denen jedes die Gesamtheit eines der Statorschenkel und einen Bruchteil seiner Basis umfaßt. Ein Teil enthält eine Gewindebohrung am Ende seines Basisabschnittes, und das andere Teil enthält einen Gewindeschaft am Ende seines Basisabschnittes. Die beiden Teile werden dadurch verbunden, daß der Gewindeschaft in die Gewindebohrung eingeschraubt wird, nachdem die entsprechenden Basisabschnitte in die Magnetspule eingesetzt worden sind.The materials, surfaces, hardness, elasticity, etc. of the various parts should be selected to give satisfactory performance and long life under the particular operating conditions. In order that the seat member 32 does not short-circuit the magnetic flux of the magnetic circuit, it is made of a magnetically impermeable material such as a suitable stainless steel. It is also contemplated that certain plastics may be suitable for certain parts. For example, the carrier 22, the tube 24 and the cover 78 may be made of a plastic which is inert when placed in a liquid fuel environment and, of course, all materials exposed to the fuel must be inert to the particular fuel composition or compositions used. It is also contemplated that the ball 40 itself may be made of a suitable plastic. Fig. 3 shows a special construction for the stator 50 which may be advantageously used in the manufacture of the magnetic circuit. the fuel injector. Rather than being a single piece component, the stator may be made from two separate parts, each of which includes the entirety of one of the stator legs and a fraction of its base. One part includes a threaded bore at the end of its base portion, and the other part includes a threaded shaft at the end of its base portion. The two parts are connected by screwing the threaded shaft into the threaded bore after the corresponding base portions have been inserted into the solenoid.

Der Magnetkreis wird vorzugsweise so aufgebaut, daß sich die Arbeitsspalte nicht soweit schließen, daß eine volle Oberflächenberührung zwischen dem Anker und den Enden der Statorschenkel möglich ist. Dies läßt sich durch eine Auslegung des Sitzteils 32, der Kugel 40 und des Magnetkreises in der Weise erreichen, daß die Bewegung der Kugel bei ihrer Verstellung aus der zur Achse 38 konzentrischen Lage durch Anlage an einer axialen Wand 92 (Fig. 8) des Sitzteiles 32 unterbrochen wird, ehe die Arbeitsspalte sich vollständig geschlossen haben. Die axiale Wand 32 verläuft weg von dem Sitz 34 parallel zur Achse 38. Es ist auch möglich, eine unmagnetische Beschichtung über die Enden des Stators und des Ankers zu legen. Da der Anker bei seiner Betätigung eine relativ kleine Verschiebung erfährt, könnte ein vergleichbarer Anker mit einer Schwenklagerung an einem Ende versehen werden, so daß die Ankerbewegung in einem kleinen Bogen erfolgt. Dies hätte immer noch im wesentlichen die gleiche Auswirkung auf die Kugel zur Folge, d.h. eine Bewegung, die im wesentlichen in Richtung auf die Achse entlang der radialen Linie der Kugel gerichtet ist, die von der Mitte des Ankers berührt wird.The magnetic circuit is preferably constructed so that the working gaps do not close to the extent that full surface contact is possible between the armature and the ends of the stator legs. This can be achieved by designing the seat part 32, the ball 40 and the magnetic circuit in such a way that the movement of the ball when it is moved from the position concentric with the axis 38 is interrupted by contact with an axial wall 92 (Fig. 8) of the seat part 32 before the working gaps have completely closed. The axial wall 32 extends away from the seat 34 parallel to the axis 38. It is also possible to place a non-magnetic coating over the ends of the stator and armature. Since the armature experiences a relatively small displacement when it is actuated, a comparable armature could be provided with a pivot bearing at one end so that the armature movement takes place in a small arc. This would still result in essentially the same effect on the ball, i.e. a movement essentially directed towards the axis along the radial line of the ball touched by the centre of the armature.

Wenngleich ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich jedoch, daß die Prinzipien der Erfindung auf andere äquivalente Art und Weise in die Praxis umgesetzt werden können.Although a presently preferred embodiment has been shown and described, it is to be understood that the principles of the invention can be put into practice in other equivalent ways.

Claims

1. A fuel injection device (20) which is actuated by electrical actuating means (48) and consists of a body structure with a fuel inlet, a fuel outlet and a conical seat (34) which surrounds an opening (36) and is arranged between the fuel inlet and the fuel outlet, a ball (40) which cooperates with the seat and is actuated by the electrical actuating means in order to selectively open and close the opening with respect to a fuel flow between the fuel inlet and the fuel outlet, elastic means (42) which elastically presses the ball along an imaginary axis to which the conical seat is designed to be rotationally symmetrical, towards a position in which it rests concentrically on the seat in order to thereby close the opening and a movable rod (52) which is actuated by the electrical actuating means, characterized in that the movable rod (52) is arranged along the ball (40) and is actuated by the electrical actuating means (48, 50) in such a way that it a movement which is mainly in the direction of an imaginary line intersecting said axis, the rod performing said movement towards and away from said axis in response to an electrical control signal applied to the electrical actuating means, such movement of the rod towards the axis producing a force acting on the ball at the end of a radial line of the ball which, when viewed along the axis, substantially coincides with the imaginary line, and the force produced by such movement of the rod along the imaginary line, together with the seat and the resilient means, causes the ball is moved from its position concentric with said axis to an eccentric position to thereby clear the opening for flow and causes such a movement of the rod away from the axis that the elastic means, by cooperation with the seat, can move the ball from its position concentric with the axis to a position concentric with the axis to thereby block the opening for flow.

2. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the rod is a freely movable element which is enclosed in a limited space in the fuel injection device.

3. Fuel injector according to claim 1, characterized in that the fuel injector comprises a magnetic circuit coupling the electrical actuating means to the rod, the magnetic circuit comprising a stator (50) through which the magnetic flux is conducted to the rod, the rod comprising magnetically permeable material and working gap means (62,64) between the stator and the rod through which the magnetic flux is conducted.

4. Fuel injection device according to claim 3, characterized in that the working gap means comprise two working gaps (62,64) at opposite ends of the rod.

5. Fuel injection device according to claim 4, characterized in that stop means (92) are provided with which the ball can come into contact in order to limit the extent of the eccentric adjustment of the ball relative to the said axis and to prevent a complete closing of the working gaps when the ball rests against the stop means.

6. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the elastic means consist of a spring leaf (42) which rests elastically on the ball and is attached to the body structure adjacent to the ball in a cantilevered manner.

7. Fuel injection device according to claim 6, characterized in that the body structure has a post (44) adjacent to the seat and that the spring leaf is cantilevered to the post.

8. Fuel injection device according to claim 7, characterized in that the electrical actuating means comprise a solenoid (48) and the solenoid (48) and the post (44) are arranged on the same side of the seat.

9. Fuel injection device according to claim 7, characterized in that the electrical actuating means comprise a solenoid (48) and the solenoid (48) and the post (44) are arranged on opposite sides of the seat.

10. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the electrical actuating means are coupled to the ball by a magnetic circuit (50,52,62,64) surrounding the ball, and in that the magnetic circuit comprises a stator (50) which conducts the magnetic flux to the rod (52) to actuate the rod electromagnetically.

11. Fuel injection device according to claim 10, characterized in that the magnetic circuit has substantially four sides, the rod (52) forming one side, and the stator has a base (54) and two legs (56,58) forming the remaining three sides, the base of the stator passes through a magnetic coil (48) which generates the magnetic flux.

12. Fuel injection device according to claim 11, characterized in that the stator has two composite parts, one part of the stator comprising the entire one leg and a portion of the base and the other part of the stator comprising the entire other leg and a portion of the base.

13. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the rod acts on the ball by directly contacting the ball.