DE10009299A1

DE10009299A1 - Elektromagnetische Ventilsteueranordnung

Info

Publication number: DE10009299A1
Application number: DE2000109299
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-08-30

Abstract

Es wird eine elektromagnetische Ventilsteueranordnung beschrieben, bei der oberhalb des Zylinderkopfs ein abgeschlossener Raum gebildet ist, in dem die auf Träger montierten Aktuatoren samt integrierter Elektronik wenigstens eines Teils der Ein- und Auslaßventile untergebracht sind, und der nach oben durch einen Deckel abgeschlossen ist, der wenigstens teilweise von einem Kühlmittel, insbesondere der Ansaugluft des Ansaugrohrs, umströmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Ventilsteueranordnung mit den Merk malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

In der DE 197 560 501 A1 sind die Aktuatoren in einem Aktuatorträger montiert, der auf den Zylinderkopf aufsitzt und welcher von Kühlwasser durchspült ist. Zusätzlich besitzt dieser Aktuatorträger einen vom Kühlwasser durchsetzten Deckel. Durch die sen Deckel werden die Steckkontakte geführt und mit einem elektronischen Steuer gerät verbunden. Bei dieser Lösung sind sowohl Aktuatoren als auch elektronisches Steuergerät auf dem Temperaturniveau des Kühlwassers, also im Bereich 80 bis 100 Grad, was ein sehr hohes Temperaturniveau bedeutet. Diese Kühlkörper bedeuten einen nicht geringen zusätzlichen Aufwand, bringen auch Gewicht und erhöhen die Baugröße.

In der WO 98/42957, von der die Erfindung ausgeht wird eine Anordnung beschrie ben, bei der mehrere Aktuatoren auf einem Träger, insbesondere in einem Kasten angeordnet sind. Die aufgesetzte Elektronik wird durch die Luft des Ansaugrohrs ge kühlt. Da die angesaugte Luft ungefähr der Umgebungstemperatur entspricht ist hier das Temperaturniveau für die Elektronik günstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die elektromagnetische Ventilsteuer anordnung weiter hinsichtlich der Umgebungstemperatur der Aktuatoren zu verbes sern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Merkmale des Anspruchs 1 und die Weiterbildungen der Unteransprüche wird im Aktuatorenraum eine mittlere Temperatur von ca. 50° erreicht, was 20% we niger Verlustleistung bedeutet. Der Luftstrom kann künstlich erzeugt werden, z. B. mit einen Ventilator und/oder durch Luftleitmittel. Vorzugsweise wird jedoch die An saugluft des Ansaugrohrs zur Kühlung ausgenutzt. Es kann der Aktuatordeckel auch an einen getrennten kühleren Kühlkreislauf angeschlossen werden. Auch kann zu sätzlich ein thermoelektrischer Kühler eingesetzt werden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine klare Schnittstelle zum Zylinder kopf erreicht. Die Aktuatoren können vorgeprüft angeliefert und mit dem Zylinderkopf verschraubt werden. Es können beliebige Zahlen von Aktuatoren zusammengefaßt werden, z. B. können jeweils die Aktuatoren einer Ventilreihe zusammengefaßt wer den. Die Anzahl der Verbindungskabel wird klein gehalten und es wird nur eine ge ringe Zahl von Dichtungen gebraucht. Die Verlustleistung der Aktuatoren wird über wärmeleitende Komponenten zum kühleren Aktuatordeckel abgeführt.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 2 ein etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel

Fig. 3-5 weitere Abwandlungen

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit verschwenkbarer Elektronik

In Fig. 1 ist mit 1 ein Zylinderkopf bezeichnet, dessen oberes Teil als Wanne 10 aus gebildet ist. Im Zylinderkopf 1 sind zwei Reihen von Ventilen 3 und 4 angeordnet, die von elektromagnetischen Aktuatoren 5 und 6, bzw. 7 und 8 angetrieben werden. Der Aktuator 5 treibt das Ventil 3 an, der Aktuator 6 ein dahinter liegendes weiteres Ven til. Die Aktuatoren 5 und 6 usw. treiben, z. B. die Einlaßventile an, die Aktuatoren 7 und 8 die Auslaßventile. Alle Einlaß- und alle Auslaßventile sind auf einem Träger 9 bzw. 10 montiert und diese Träger sind auf dem Zylinderkopf angeschraubt.

Die Wanne 10 bildet mit einem Aktuator Deckel 11 einen außen abgeschlossen Raum 2, in dem alle Aktuatoren untergebracht sind. Die Wanne 10 weist innen eine Wärmeisolierung 12 auf, um eine Wärmeabgabe des Zylinderkopfs 1 an den Raum 2 klein zu halten. Auch in die Verbindung zwischen der Wanne 10 und dem Deckel 11 ist eine wärmeisolierende Dichtung 13 eingefügt. Am oberen Ende grenzt der Deckel 11 an den Luftleitkanal 14 an und wird von dessen relativ kühler Luft oder Kühlmittel umströmt, also gekühlt. Mit dem Deckel 11 sind über Wärmebrücken, z. B. in Form von wärmeleitenden Bändern 15 oder von einem wärmeleitenden Elastomer 16 die Aktuatoren verbunden, die die in den Aktuatoren erzeugte Wärme an den gekühlten Deckel abführen. In einer Ausbuchtung des Deckels 11 ist eine Steuerelektronik 17 untergebracht, die von einer Abdeckung 18 umgeben ist. Durch diese Abdeckung 18 sind Steckverbindungselemente 19 durchsteckbar, die auf Kontaktteile der Elektronik 17 aufgeschoben werden. Die Steckverbindungselemente 19 sind über kurze Leitun gen mit den Aktuatoren 5 bis 8, bzw. mit einer im Raum untergebrachten Zündspule (oder Spulen) 21 verbunden, deren Unterbringung in den geschützten Raum hin sichtlich Temperatur, Feuchte und Staub vorteilhaft ist. Am oberen Ende des Deckels 11 sind Kühlrippen 20 angebracht, die in den Kühlkanal 14 hinein ragen und somit die Kühlung unterstützen. Oben links ist eine Zusatzkühlung 20' durch den Fahrtwind vorgesehen.

Alternativ hierzu kann der Zylinderkopf eben ausgebildet sein und der Zylinderkopf deckel direkt auf dem Zylinderkopf aufliegen. Diese Lösung bringt Gewichtsvorteile.

Der Anschlußstecker zum Bordnetz ist seitlich angeordnet und nicht sichtbar. Dieser Stecker besitzt bei vernetzten Systemen, z. B. mit CAN nur eine geringe Anzahl von Anschlüssen, nämlich die Busanschlüsse und die Stromversorgung. Damit ist der Verkabelungsaufwand sehr gering und die Kabel können sehr gut vibrationsfest ge lagert werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß die Aktuatoren ziemlich dicht aneinander gebaut werden können, ohne daß sie durch Kästen getrennt sind. Au ßerdem braucht für einen Zylinderkopf nur eine Elektronik eingebaut werden, was weniger Leitungen und Steckverbindungen beinhaltet. Der Zylinder- bzw. Aktuator deckel wird von der Motorrauminnenluft umströmt und diese besitzt, insbesondere bei höheren Fahrgeschwindigkeiten eine erheblich niedrigere Temperatur als das Kühlwasser, so daß im Aktuatorraum eine niedrigere Temperatur entsteht als im Zy linderkopf. Die entstehende Verlustwärme der Aktuatoren wird, wie oben beschrie ben, abgeführt. Es besteht die Möglichkeit das wärmeleitende Band zu isolieren, um zu verhindern, daß von diesem Wärme an den Raum abgegeben wird. Durch die In tegration der Zündspule in einem Trockenraum, kann diese weniger aufwendig in der Isolation gestaltet werden. Vor allen Dingen sind Anschlußkabel einsparbar. Außer dem bestehen sehr kurze Ansteuerwege zu Leistungsendstufen, so daß mit geringen elektromagnetischen Störungen zu rechnen ist. Bei Reparaturen oder Wechsel der Zündkerzen, was heute sehr selten oder erst bei großen Laufzeiten, zum Beispiel 100.000 km vorkommt, muß der Aktuatordeckel entfernt werden. Dazu muß gegebe nenfalls das wärmeleitende Band abgeschraubt werden.

In Fig. 2 ist im Gegensatz zu Fig. 1 auf den Zylinderkopf 22 eine isolierende Kunst stoffwanne 23 aufgesetzt. Dies bringt Gewichtsersparnis und glatte Bearbeitungsflä chen. Außerdem ist in diesem Ausführungsbeispiel die Wanne 23 und der Deckel 24 schräg ausgebildet, was durch die Linie 24 angedeutet ist. Auch die Stecker 25 sind hier schräg eingeführt. Hierdurch wird bei Demontage, insbesondere bei V-Motoren eine Kollision mit der Karosserie vermieden. Bei V-Motoren ergibt sich dabei eine Montage in etwa vertikaler Richtung. Auch ist eine auf den Zylinderkopf aufgesetzte Wanne aus Metall, z. B. Aluminium möglich, die gegenüber dem Zylinderkopf wärme- und schallisoliert sein kann (z. B. durch schallisolierende Strukturen oder kleine Auf lageflächen mit Luft als Isolierung).

Fig. 3 zeigt für den Montage- oder Reparaturfall eine Zentralschraube 30, die im Kräfteschwerpunkt des Zylinderkopfes angeordnet ist, und die es ermöglicht zentral nur mit einer Schraube den Deckel zu befestigen oder auch zu demontieren. Damit dies in beiden Richtungen geschieht ist die Zentralschraube 30 mit einem Bund 32 versehen, der in beiden Richtungen auf Anschläge 33 im Deckel wirkt. Die Zentral schraube 30 ist durch eine Dichtung 34 abgedichtet, damit kein Wasser eindringen kann. Der Aktuatordeckel 31 hat eine derartige Ausbildung, daß sich das Mittelstück 35 auf einem im Zylinderkopf eingeschraubten Zentrierschaft 38 mit Gewinde zen triert. Damit dieses nicht unnötige Wärme an den Raum 36 abgibt, besteht ebenfalls die Möglichkeit der Wärmeisolation 37 dieses Zentrierfortsatzes.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung des Aktuatordeckels 31 bei der das Oberteil 39 (, z. B. Schacht) von Kühlluft oder Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Hierbei ist der Schacht 39 aufgeklebt.

Fig. 5 zeigt den Einsatz eines thermoelektrischen Generators oder auch Kühlele ments 40, das z. B. auf Peltiereffekt basiert.

Bei der Erfindung ist es somit möglich parallel zur Ansaugluft mit entsprechendem Kanal im Aktuatordeckel zusätzliche Kanäle vorzusehen, in die Fahrtwind oder Kühlluft über elektromotorisch oder motorisch angetriebene Gebläse eingeleitet wer den.

In Fig. 6, die weitgehend der Fig. 5 entspricht sind die in der Wanne 50 unterge brachten Aktuatoren mit 51 bezeichnet. Der Deckel trägt das Bezugszeichen 52. Die Elektronik 54 ist hier um eine Achse 55 schwenkbar. Zwischen dem Deckel 52 und dem Boden der Elektronik 53 sind Dämpfungsglieder 56 angeordnet, die hier mit dem Deckel 52 verbunden sind. Mit 54 ist ein Teil des Kühlkanals, z. B. des Ansaug rohrs bezeichnet. Es werden vorzugsweise sogenannte Schwingmetallgummis zur Dämpfung verwendet, d. h. Gummipuffer mit oben und unten befestigten Metallplat ten, so daß nach dem Einschwenken eine Verschraubung 57 zwischen Elektronik 54 und Deckel 52 möglich ist. Zum Ausschwenken wird die Schraube 57 heraus ge dreht. Der Schraubenkopf trifft dabei auf den Vorsprung 53a des Elektronikgehäuses und unterstützt dabei das Ausschwenken, das heißt Ausbauen der Elektronik. Die Dämpfungsglieder 56 können so ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig den Raum unter dem Elektronikboden nach außen abdichten.

Man kann auch die Dichtung 56a zwischen Wanne 50 und Deckel 52 als Schwin gungsisolation und damit auch zur Geräuschdämpfung ausbilden.

Die Aktuatoren 51 werden vorzugsweise über eine Distanzplatte 51b mit dem Träger 51a verbunden, um damit einen Toleranzabgleich zum Ventilschaftkopf oder der Ventilbetätigung zu erreichen.

Der Aktuatorträger 51c kann auch zugleich als Wanne ausgebildet sein, wie links gezeigt.

Alternativ kann auch das Steckergehäuse 62 schwimmend über ein Trägerelement 64 am Aktuator 51 gelagert sein. Dieses wird beim Einschwenken der Elektronik 53 über federnde Lappen 63a der Messerleiste 63 zentriert und verrastet über eine keilförmige Nut am Gehäuse 62. Dadurch findet bei Stoßbelastungen keine Relativ bewegung zwischen dem Stecker 62 und der Messerleiste mit dem Steckerpin 58 statt.

In der Zeichnung sind zwei Stecker 58 und Buchsen 59 gezeigt. Die Buchsen sind in einem Buchsengehäuse 60 (nur für eine Buchse gezeigt) gehaltert. Auch hier können Dämpfungsglieder 61 für die Befestigung des Buchsengehäuses 60 verwendet wer den. Durch die Anordnung der Steckverbindungen 58, 59 ergibt sich, daß sie beim Schwenken des Gehäuses nacheinander in Eingriff treten, bzw. nacheinander ge trennt werden, was insbesondere beim in Eingriff bringen einen geringeren Kraftauf wand erfordert.

Die beschriebenen Anordnung weist eine direkte Kontaktierung zwischen Elektronik und Aktuatoren mit kurzen Leitungslängen und wenigen Kontakten auf. Damit wird im Vergleich zur konventionellen Verbindung von Aktuatoren mit der Elektronik über ei nen Kabelbaum erheblich Kosten eingespart und es kommt zu weniger Ausfällen an den Kontaktierungen. Die Elektronik ist gegenüber Spitzenbeschleunigungen ge dämpft. Es ist eine einfache Abdichtung vorhanden.

Claims

1. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung für einen Verbrennungsmotor, bei der vorzugsweise mehrere elektromagnetische Aktuatoren (5 bis 8) auf einem gemeinsamen Träger befestigt sind, der seinerseits mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist und bei der ein Kühlmittel ausgenutzt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß oberhalb des Zylinderkopfs (1) ein abgeschlossener Raum (2) gebildet ist, in dem die Aktuatoren (5 bis 8) von wenigstens einem Teil der Ein- und Auslaßventile (3, 4) untergebracht sind, daß dieser Raum (2) nach außen durch einen Deckel (11) abgeschlossen ist, der wenigstens teilweise von einem Kühlmittel mit niedrigerem Temperaturniveau als Motoröl oder Kühlwasser um strömt wird.

2. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Raum gegenüber dem Zylinderkopf (1) wärmeisoliert ist (Iso lierung 12).

3. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (1) oben als Wanne (10) ausgebildet ist und daß diese Wanne (10) eine Wärmeisolation aufweist.

4. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Zylinderkopf (1) eine Wanne (23) aufgesetzt ist und daß auf diese der Deckel (11) aufgesetzt ist.

5. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wanne (23) aus Kunststoff besteht.

6. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wanne aus Metall ist und gegenüber dem Zylinderkopf iso liert ist.

7. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß an der Berührungsstelle von Deckel (11) und Zylin derkopf (1) eine Wärmeisolation angebracht ist.

8. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Aktuatoren (5 bis 8) und dem Deckel (11) eine wärmeleitende Verbindung (15, 16) vorgesehen ist.

9. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (11) einen Kühlschacht (20') auf weist, durch den Kühlmittel geleitet wird.

10. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckel (11) ein Kühlelement, insbesondere ein thermoelektrischer Generator (40) untergebracht ist.

11. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (17) für die Aktuatoren (5 bis 8) am Deckel (11) befestigt ist.

12. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Elektronik (17) an einer Stelle des Deckeis (11) befestigt ist, die von Kühlmittel umströmt wird.

13. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (11) wenigstens eine, insbeson dere mehrere in das Kühlmittel, insbesondere das Ansaugrohr (14) hinein ra gende Kühlrippen (20) aufweist.

14. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (17) dem Raum (2) zugewandt eine Abdeckung (18) aufweist, durch die Steckverbinder (19) zwischen Elektro nik (17) und Aktuatoren (5 bis 8) durchgeführt sind.

15. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Zündspulen (21) in dem Raum (2) untergebracht ist (sind).

16. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet daß die Elektronik (17) für die Zündspule (21) in die Elektronik (17) der Aktuatoren (5 bis 8) integriert ist und daß ein Steckverbinder zwischen Elektronik (17) und Zündspule (21) durch die Abdeckung hindurch vorgesehen ist.

17. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Kräfteschwerpunkt des Zylinderkopfs (31) eine Zentralschraube (30) zur Befestigung des Zylinderkopfdeckels angeordnet ist.

18. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (54) um eine Achse (55) schwenkbar ist.

19. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 18, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steckverbindungen (58, 59) zwischen Elektronik (54) und Aktuatoren (51) derart angeordnet sind, daß bei der Schwenkbewegung der Elektronik (54) in ihre Sollposition die Steckverbindungsteile (58, 59) we nigstens teilweise nacheinander zusammengefügt werden.

20. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 19, dadurch ge kennzeichnet, daß die aktuatorseitigen Steckverbindungsteile (59) in einem oder mehreren Steckergehäusen (60) befestigt sind.

21. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 19, dadurch ge kennzeichnet, daß das/die Steckergehäuse (60) mit dem Aktuator (51) über Dämpfungsglieder (61) verbunden sind.

22. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 21, dadurch ge kennzeichnet, daß das/die Steckergehäuse (60) am Aktuator (51) oder einem Trägerelement (64) schwimmend gelagert ist/sind und in die Messerleiste (63) der Elektronik (53) einrastet.

23. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und 11 bis 21, dadurch daß die Elektronik (54) unter Zwischenschaltung von Dämpfungsgliedern (56) mit dem Deckel (52) verbunden ist.

24. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 23, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dämpfungsglieder Schwingmetallgummis (56) sind.

25. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach Anspruch 24, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schwingmetallgummis (56) die Abdichtung des für die Steckverbindungen (58, 59) offenen Deckels (52) nach außen übernehmen.

26. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdichtung (56a) zwischen Deckel (52) und Wanne (50) vorgesehen ist, und daß diese als Schwingungsisolation aus gebildet ist.

27. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (51) über eine Distanzplatte (51b) mit dem Aktuatorträger (51a) oder dem Zylinderkopf verbunden ist.

28. Elektromagnetische Ventilsteueranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuatorträger als Wanne (51c) ausge bildet ist.