Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf mit einer Vorrichtung zur Kontaktierung eines Motorsteuergerätes mit Stromverbrauchern, insbesondere Aktuatoren einer elektromagnetischen Ventilsteuerung, von Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 42 25 329 A1 ist eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines Motorsteuergerätes mit Aktuatoren einer elektromagnetischen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf auf in dem Gaswechselventile angeordnet sind, die durch die elektromagnetischen Aktuatoren betätigt werden, wobei der Zylinderkopf durch eine Zylinderkopfhaube abgedeckt ist. Die Aktuatoren umfassen Öffnungs- und Schließmagneten, deren Ansteuerung durch das Motorsteuergerät erfolgt. Dazu weist jeder Aktuator ein Kabel auf, das ausgehend vom jeweiligen Aktuator innerhalb der Zylinderkopfhaube zu einer Ausnehmung in der Zylinderkopfhaube geführt wird, durch die das Kabel zur Anbindung an das Motorsteuergerät anschließend durchgesteckt wird.
Ein Nachteil der Vorrichtung liegt darin, daß beim Aufsetzen der Zylinderkopfhaube Quetschungen der in der Zylinderkopfhaube lose geführten Kabel möglich sein können. Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung liegt in den Dichtigkeitsproblemen, da die Zylinderkopfhaube durch die Ausnehmungen für die Kabel potentielle Leckstellen aufweist. Im übrigen muß die Zylinderkopfhaube durch die innerhalb der Zylinderkopfhaube angeordneten Kabel ausreichend dimensioniert sein, so daß alle für die Aktuatoren benötigten Kabel ungehindert ihren Platz finden.
Die EP 0 798 450 A1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf, in welchem Gaswechselventile angeordnet sind, die durch elektromagnetische Aktuatoren betätigt werden. Der Zylinderkopf ist durch eine Zylinderkopfhaube abdeckbar. Um eine Kontaktierung der Aktuatoren mit einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, sind elektrische Bauteile in die Zylinderkopfhaube integriert. Beim Aufsetzen der Zylinderkopfhaube erfolgt die Kontaktierung von Motorsteuergerät und Aktuatoren.
Aus der DE 197 19 299 C1 ist ein Zylinderkopf mit einer Vorrichtung zur Kontaktierung eines Motorsteuergerätes mit Aktuatoren einer elektromagnetischen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Aktuatoren sind auf Trägerplatten vormontiert, welche bei der Montage der Brennkraftmaschine über Befestigungsvorrichtungen an dem Zylinderkopf oder an einem angrenzenden Bauteil befestigt werden. In den Trägerplatten sind Leiterbahnen und/oder Leistungsendstufen für die Aktuatoren integriert.
Die EP 0 869 261 A1 zeigt einen gattungsgemässen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit Gaswechselventilen, welche durch jeweils in einem Gehäuse angeordnete elektromagnetische Aktuatoren betätigbar sind. Zur Kontaktierung der Aktuatoren mit einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine weist der Zylinderkopf seitlich eine Kontaktierungsvorrichtung auf, wobei ausgehend von den Elektromagneten im Aktuatorgehäuse Leiterbahnen nach aussen verlaufen, die in einer auf dem Zylinderkopf angeordneten Steckeraufnahme enden.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf eine ältere Anmeldung DE 197 56 095.4 verwiesen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Zylinderkopf mit einer Vorrichtung zur Kontaktierung eines Motorsteuergerätes einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, daß bei gleichzeitiger Bauraumoptimierung eine Montageverbessserung ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Zylinderkopfes liegt in der Optimierung der Montage und des Bauraumbedarfs. Die Integration der zur Kontaktierung benötigten elektrischen Bauteile, d.h. der Leistungsendstufen, der Aufnahmen für die stromverbraucherseitigen Stecker, und der die Leitungsendstufen und die Aufnahmen verbindenden Leitungen, in das Rahmenteil des Zylinderkopfes, bedeutet eine deutliche Erleichterung bei der Montage, weil vor dem Aufsetzen der Zylinderkopfhaube auf den Zylinderkopf alle Stromverbraucher insbesondere Aktuatoren mit dem Motorsteuergerät verbunden werden können, ohne daß beispielsweise Kabel durch die Zylinderkopfhaube durchgeführt werden müssen. Bei der Montage werden lediglich die Stecker der stromverbraucherseitigen Leitungen in die rahmenseitigen Steckeraufnahmen eingesteckt, wobei das Rahmenteil selbst über nur ein Kabel mit dem Motorsteuergerät verbunden ist. Vor dem Aufsetzen der Zylinderkopfhaube ist nunmehr lediglich zu prüfen, ob ein Kabel ohne Kontakt ist oder gequetscht wurde.
Zusätzlich werden durch das Rahmenteil potentielle Leckstellen in einer Zylinderkopfhaube vermieden, die beim Durchführen von Kabeln durch Ausnehmungen der Zylinderkopfhaube möglich wären, da die Stecker der Stromverbraucher nurmehr in die Steckeraufnahmen des Rahmenteiles eingesteckt werden müssen und die Stromverbraucher über ein vom Rahmenteil ausgehendes, zentrales Kabel mit dem Motorsteuergerät verbunden sind. Im übrigen ist durch die Integration der elektrischen Bauteile in das Rahmenteil eine Optimierung des Bauraumes erreicht. Die in das Rahmenteil integrierten elektrischen Bauteile umfassen sämtliche zur Kontaktierung von Stromverbrauchern mit dem Motorsteuergerät notwendigen Elemente, wie Leistungsendstufen, Steckeraufnahmen und Leitungen zur Verbindung von Leistungsendstufen und Steckeraufnahmen, wodurch nurmehr die stromverbraucherseitigen Leitungen mit Steckern innerhalb des Ventiltriebraumes zu den Steckeraufnahmen geführt werden müssen. Durch diese Reduzierung der Bauteilezahl ist eine kompakte Anordnung der Vorrichtung möglich.
Durch Einbringen einer dem Zylinderkopf zugewandten und/oder eine der Zylinderkopfhaube zugewandten Dichtleiste entfällt eine separate Haubendichtung. Dadurch, daß die Kontaktierung über das Rahmenteil erfolgt und keine Leitungen mehr durch die Zylinderkopfhaube nach außen geführt werden und eine Dichtleiste zwischen Rahmenteil und Zylinderkopfhaube vorgesehen ist, wird eine schwingungs- bzw. akkustische Entkoppelung der Zylinderkopfhaube erreicht.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden in zwei Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, und zwar zeigen:
Fig. 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines hier nicht dargestellten Motorsteuergerätes mit Stromverbrauchern einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, bei denen es sich insbesondere um unten näher beschriebene Aktuatoren 1 einer elektromagnetischen Ventilsteuerung sowie um Zündspulen 2 handelt. Die hier nicht näher dargestellte, dreizylindrige Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 3 auf, der aus drei Gehäuseteilen 3a, 3b besteht, wobei das erste Gehäuseteil 3a den eigentlichen Zylinderkopf, das zweite Gehäuseteil 3b ein an den Zylinderkopf angeflanschtes Rahmenteil und das dritte, hier nicht sichtbare Gehäuseteil eine auf das Rahmenteil 3b aufsetzbare Zylinderkopfhaube ausbildet.
Im Zylinderkopf 3 sind pro Zylinder eine Zündspule 2 und vier Gaswechselventile 4 (s. Fig. 2) gelagert, welche entsprechende, nicht sichtbare Gaswechselkanäle steuern und über jeweils einen ebenfalls im Zylinderkopf 3 gelagerten Aktuator 1 betätigt werden, wobei die Gaswechselventile 4 im wesentlichen im Bereich des ersten Gehäuseteiles, d.h. des Zylinderkopfes 3a und die Zündspule 2 sowie die Aktuatoren 1 im wesentlichen im Bereich des angeflanschten, einen Ventiltriebraum ausbildenden Rahmenteils 3b angeordnet sind. Auf das Rahmenteil 3b kann das dritte Gehäuseteil des Zylinderkopfes, die Zylinderkopfhaube, aufgesetzt werden.
Jeder Aktuator 1 weist einen Wegsensor 5 zur Erfassung einer Position und/oder Bewegung des Gaswechselventils 4 und zwei elektrisch angesteuerte Schaltmagneten 6, 7 auf, d.h. einen Schließmagneten 6 und einen Öffnungsmagneten 7, zwischen deren Polflächen 8, 9 ein mit dem Gaswechselventil 4 verbundener Anker 10 koaxial zu der Ventilachse 11 (s. Fig. 2) verschiebbar angeordnet ist. Ein hier nicht sichtbarer Federmechanismus, der aus zwei vorgespannten Druckfedern besteht, bildet mit dem Gaswechselventil 4 einen Feder-Masse-Schwinger, dessen Ruhelage zwischen den beiden Ventilendstellungen, d.h. zwischen Offenstellung und Schließstellung des Gaswechselventils 4 liegt.
Aus dieser Ruhelage wird der Ventilbetrieb dadurch gestartet, daß der Anker 10 vom Schließmagneten 6 oder Öffnungsmagneten 7 gegen die elastische Rückstellkraft des Federmechanismus in Richtung der zugehörigen Endstellung angezogen wird. Anschließend wird das Gaswechselventil 4 abwechselnd dadurch geöffnet und geschlossen, daß die Bestromung des momentan haltenden Schaltmagneten 6, 7 abgeschaltet wird, wodurch das Gaswechselventil 4 vom Federmechanismus aus der bisherigen Endstellung heraus zunächst bis zum Erreichen der Ruhelage beschleunigt wird. Das sich auf diese Weise über die Ruhelage hinaus bewegende Gaswechselventil 4 wird dann vom gegenüberliegenden Schaltmagneten 6, 7 gegen die elastische Rückstellkraft des Federmechanismus gefangen, wozu der Schaltmagnet 6, 7 mit einem sogenannten Fangstrom beaufschlagt wird.
Jedem Zylinder ist eine Leistungsendstufe 12 zugeordnet, welche die aus vier Aktuatoren 1 nebst vier Wegsensoren 5 und einer Zündspule 2 bestehende Verbrauchergruppe ansteuert. Die Leistungsendstufen 12 nebst zugehörigen Aufnahmen für aktuatorseitige 13, 14 und zündspulenseitige Stecker 15 sind in das Rahmenteil 3b integriert und entweder einzeln oder zentral über ein nicht dargestelltes Kabel vom Rahmenteil 3b aus mit dem Motorsteuergerät verbunden.
Zur Stromversorgung eines Aktuators 4 mit einem zugehörigen Wegsensor 5 werden sieben Leitungen, die in zwei Stecker 13, 14 münden, benötigt. Drei Leitungen 17 werden für den Wegsensor 5 benötigt und vier Leitungen 18 sind für die Schaltmagnete 6, 7 vorgesehen, wobei die Leitungen 17 des Wegsensors 5 in einen Stecker 13 und die Leitungen 18 der Schaltmagnete 6, 7 des Aktuators 1 ebenfalls in einen Stecker 14 münden. Zur Stromversorgung der Zündspule 2 ist eine Leitung 19 mit einem Stecker 15 vorgesehen, wobei die Aufnahme für den zündspulenseitigen Stecker 15 ebenfalls in das Rahmenteil 3b integriert ist.
Bei der Kontaktierung des Motorsteuergerätes mit den Aktuatoren 1 und den Zündspulen 2 müssen nur die aktuatorseitigen Stecker 13, 14 und die zündspulenseitigen Stecker 15 in die rahmenseitigen Aufnahmen eingesteckt und die Leistungsendstufen 12 bzw. das Rahmenteil 3b mit dem Motorsteuergerät verbunden werden, wobei pro Zylinder neun Steckverbindungen anfallen. Im übrigen ist auch eine Stromversorgung weiterer Stromverbraucher, die in der Zylinderkopfhaube sitzen, wie beispielsweise Druckregelventile oder Fußpunktversteller, über das Rahmenteil 3b möglich.
Fig. 2 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Kontaktierung, dessen elektrischen Bauteile 12' nur teilweise in das Rahmenteil 3b' integriert sind. Die Leistungsendstufen 12' sind an dem Rahmenteil 3b' angeordnet und nur die Leitungen, welche die Leistungsendstufen 12' mit den Aufnahmen für die stromverbraucherseitigen Stecker 14' verbinden, sowie die Aufnahmen selbst sind in das Rahmenteil 3b' integriert.
Desweiteren kann in das Rahmenteil eine dem Zylinderkopf zugewandte Dichtleiste und/oder eine der Zylinderkopfhaube zugewandte Dichtleiste eingebracht sein.