DE19756095A1 - Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren zur elek­ tromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen.

Die als separate Baugruppe ausgeführten Aktoren bestehen im wesentlichen aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die durch minde­ stens ein Gehäuseteil miteinander verbunden sind. Der Öffnermagnet und der Schließermagnet sind Elektromagneten, die jeweils aus einer Spule und einem Joch bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließerma­ gnet befindet sich eine Ankerplatte aus einem ferromagnetischen Werk­ stoff. Die Ankerplatte wird durch Bestromen der Spule des Öffnermagneten oder der Spule des Schließermagneten in dies jeweilige Richtung bewegt. Der Öffnermagnet weist eine Durchführung für einen Stößel auf, der die Ankerplatte mit einem Aktorfederteller verbindet. Zwischen dem Aktorfe­ derteller und dem Gehäuseteil bzw. der Außenseite des Öffnermagneten ist eine Aktorfeder angeordnet.

Ein Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das Gaswechselventil, entsprechend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nockenwellen, mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinderkopfes gezogen wird.

Ist eine funktionelle Einheit aus einem Aktor und einem Gaswechselventil an der Brennkraftmaschine montiert, werden der Aktorfederteller und der Ventilfederteller gegeneinander gepreßt. In der Ruhelage der funktionellen Einheit befindet sich die Ankerplatte exakt in der Mitte zwischen dem Öff­ nermagnet und dem Schließermagnet. Das Gaswechselventil befindet sich dabei in einer Mittelstellung zwischen dem Ventilsitz des Zylinderkopfes, bei der das Ventil geschlossen ist, und der Position, in der das Ventil maximal geöffnet ist.

Da die Leistungsaufnahme eines Aktors im Bereich von einigen hundert Watt liegen kann, müssen Vorkehrungen zum Kühlen der Aktoren bzw. zum Abführen der unvermeidlich anfallenden Wärme vorgesehen werden.

Die Ansteuerung der Aktoren erfolgt über ein Aktorsteuergerät, welches durch den Beginn und die Dauer des Bestromens der Öffnermagneten und der Schließermagneten das Ventilspiel der Brennkraftmaschine steuert. Dazu werden von Sensoren bereitgestellte Daten benötigt, aus denen das Aktorsteuergerät beispielsweise die Kurbelwellendrehzahl und den Kurbel­ wellendrehwinkel bestimmt.

Für eine Brennkraftmaschine in Zwei-Ventil-Technik mit einem Zylinder sind mindestens zwei Aktoren notwendig. Bei einer in Vier-Ventil-Technik ausgeführten Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern werden bis zu 24 Aktoren in einem Zylinderkopf integriert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftma­ schinen anzugeben, bei der die Aktoren wartungsfreundlich angeordnet sind, die Kühlung gewährleistet ist und die Anbindung an das Aktorsteuer­ gerät erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst, wobei die Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteue­ rung als diskrete Baugruppe ausgeführt und in einem Aktorträger angeord­ net sind, der kraft- und formschlüssig auf dem Zylinderkopf befestigt wird.

Der Aktorträger wird von einer gekühlten Zwischenebene abgedeckt, die beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist, und die an den Kühlwasserkreis­ lauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Die gekühlte Zwischenebene weist Durchführungen für Stanzgitteranschlüsse eines Stanzgitters auf.

Das Stanzgitter ist in einem multifunktionalen Kunststoffteil eingespritzt und auf der gekühlten Zwischenebene angeordnet. Auf dem multifunktio­ nalen Kunststoffteil ist ein Aktorsteuergerät angeordnet, das mit dem Stanzgitter verbunden ist.

Das Aktorsteuergerät ist mit weiteren Steuergeräten der Brennkraftmaschi­ ne verbunden. Zudem ist das Aktorsteuergerät mit Motorsensoren verbun­ den und an die Stromversorgung angeschlossen.

Die Aktoren, die einen Stecker mit mehreren Kontakten aufweisen, sind mechanisch mit der gekühlten Zwischenebene verbunden, wobei die Kon­ takte des Steckers elektrisch mit den Stanzgitteranschlüssen des Stanzgit­ ters kontaktiert sind.

Die Zwischenebene mit dem Aktorsteuergerät wird von einer Abdeckung abgedeckt, die zusätzlich als Designträger des Herstellers der Brennkraftma­ schine dienen kann. Die Abdeckung weist eine Steckvorrichtung auf, durch die das Aktorsteuergerät mit externen elektronischen Komponenten ver­ bunden ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abdeckung für die Zwischenebene mit dem Aktorsteuergerät aus Kunststoff gefertigt ist.

In einer letzten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die weite­ ren Steuergeräte ebenfalls unter der Abdeckung angeordnet, oder sogar in dem Aktorsteuergerät integriert sind.

Durch den kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brenn­ kraftmaschinen ist das Aktorsteuergerät sehr nahe an den Aktoren ange­ ordnet, wobei die Kühlung der Aktoren gewährleistet ist. Durch den Schichtweisen Aufbau sind die Aktoren bei Wartungsarbeiten einfach zu erreichen.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung anhand von einem Aus­ führungsbeispiel für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit vier, in Reihe angeordneten Zylindern im Zusammenhang mit drei Figuren dargestellt und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Schnittbildes durch einen als separate Baugruppe ausgeführten Aktor,

Fig. 2 die schematische Darstellung des schichtweisen Aufbaus der Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren zur elektromagneti­ schen Ventilsteuerung eines Vierzylinder Reihenmotors,

Fig. 3 die schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Kol­ benbrennkraftmaschine des Aktorträgers mit den Aktoren, der gekühlten Zwischenebene, dem multifunktionalen Kunst­ stoffteil sowie der Abdeckung.

In der Fig. 1 ist ein als vormontierte Baugruppe ausgeführter Aktor A dar­ gestellt. Der Aktor A besteht im wesentlichen aus einem Öffnermagnet ÖM mit einer Durchführung und einem Schließermagnet SM, die durch ein Ge­ häuseteil GT miteinander verbunden sind. Der Öffnermagnet ÖM und der Schließermagnet SM sind Elektromagneten, die jeweils aus einem Joch und einer Spule bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließer­ magnet SM ist eine kreisrunde Ankerplatte AP aus einem ferromagnetischen Werkstoff angeordnet. Die Ankerplatte AP ist über einen Stößel 5 mit einem Aktorfederteller AT verbunden. Der Stößel 5 wird dabei durch die Durchfüh­ rung des Öffnermagneten ÖM geführt. Zwischen dem Aktorfederteller AT und dem Öffnermagnet ÖM ist eine Aktorfeder AF angeordnet, die die Rück­ stellung der Ankerplatte AP bewirkt, nachdem diese von dem Schließerma­ gneten SM angezogen wurde.

In der Fig. 2 ist der schichtweise Aufbau der Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren A zur elektromagnetischen Ventilsteuerung für eine vierzylindrige Kolbenbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Die Zylinder der Kolbenbrennkraftmaschine sind in Vier-Ventil-Technik ausgeführt, wobei für jedes Gaswechselventil GV ein Aktor A vorgesehen ist. Dabei sind in den Aktorschächten AS des Aktorträgers AT 16 Aktoren A angeordnet. Der Aktorträger AT wird auf dem Zylinderkopf ZK der Kolbenbrennkraftmaschi­ ne kraft- und formschlüssig verschraubt.

Ein Aktor A bildet mit einem Gaswechselventil GV eine funktionelle Einheit. Die Gaswechselventile GV sind im Zylinderkopf ZK der Kolbenbrennkraftma­ schine montiert. Dabei werden die Gaswechselventile GV von jeweils einer Ventilfeder VF über einen am Ventilschaft VS des Gaswechselventils GV befe­ stigten Ventilfederteller VT in den Ventilsitz des Zylinderkopfes ZK gezogen. In der Ruhelage einer funktionellen Einheit aus einem Gaswechselventil GV und einem Aktor A werden der Aktorfederteller AT und der Ventilfederteller VT gegeneinander gepreßt, wobei sich die Ankerplatte AP exakt in einer Mittellage zwischen dem Öffnermagneten ÖM und dem Schließermagneten SM befindet. Die Ventilfeder VF bewirkt die Rückstellung der Ankerplatte AP in diese Mittellage, nachdem der Aktorfederteller AT von dem Öffnerma­ gneten ÖM zum Öffnen des Gaswechselventil GV angezogen wurde.

Die Aktorschächte AS, die zur Aufnahme der Aktoren A dienen, sind jeweils mit den Winkeln zur Bodenfläche des Aktorträgers ausgefräst, daß der Stö­ ßel der Aktoren A mit dem Ventilschaft VS der Gaswechselventile GV eine Gerade bildet. Jeder Aktorschacht AS eines Aktorträgers AT weist eine Vor­ richtung zum Fixieren der Aktoren A auf. Diese Vorrichtung kann beispiels­ weise als Bajonettverschluß ausgeführt sein.

Nach der Montage des Aktorträgers AT auf dem Zylinderkopf ZK der Kol­ benbrennkraftmaschine werden die Aktorschächte AS mit den Aktoren A bestückt. Dabei stehen die Stecker S der Aktoren A mit den Kontakten K aus dem Aktorträger AT hervor. Die Kontakte K sind mit der Spule des Öffner­ magneten ÖM und der Spule des Schließermagneten SM verbunden. Neben den Aktorschächten AS weist der Aktorträger AT Kühlwasserkanäle WK auf, die jeden Aktor A umgeben, und die mit den Kühlwasserkanälen WK des Zylinderkopfes ZK verbunden sind. Das in den Kühlwasserkanälen WK befind­ liche Kühlwasser bildet einen Wassermantel, der erheblich zur Dämpfung der beim Betrieb der Aktoren A entstehenden Schallwellen beiträgt.

Auf den Aktorträger AT mit den Aktoren A wird eine gekühlte Zwischene­ bene angebracht, die als Aluminiumplatte AE ausgeführt ist. Die Alumini­ umplatte AE weist ebenfalls Kühlwasserkanäle WK auf, die horizontal in die Aluminiumplatte AE eingearbeitet sind, und die mit den Kühlwasserkanälen WK des Aktorträgers AT verbunden sind. Gegebenenfalls sind die Kühlwas­ serkanäle WK des Zylinderkopfes ZK, des Aktorträgers AT und der Alumini­ umplatte AE seitlich durch Kühlwasserschläuche miteinander verbunden.

Die Aluminiumplatte AE weist Durchführungen für Stanzgitteranschlüsse SA eines Stanzgitters SG auf. Das Stanzgitter SG ist in einem multifunktionalen Kunststoffteil KT eingespritzt, das auf der Aluminiumplatte AE befestigt wird. Das Kunststoffteil KT übernimmt dabei die Isolierung des Stanzgitter SG, beispielsweise gegenüber der Aluminiumplatte AE.

Die Durchführungen der Aluminiumplatte AE, in die das multifunktionale Kunststoffteil KT mit den Stanzgitteranschlüssen SA eingesetzt wird, sind als solide mechanische Steckplätze ausgebildet. Durch diese Steckplätze wer­ den die Stecker S der Aktoren A mit den Kontakten K fixiert, und die Stanz­ gitteranschlüsse SA des Stanzgitters SG werden mit den Kontakten K der Stecker S der Aktoren A zuverlässig elektrisch verbunden.

Auf dem multifunktionalen Kunststoffteil KT ist ein Aktorsteuergerät AG angebracht, daß alle für die Steuerung der Aktoren A notwendigen Funk­ tionen übernimmt. Das Aktorsteuergerät AG ist mit der Stromversorgung des Kraftfahrzeuges sowie mit Motorsensoren verbunden.

Die Motorsensoren ermöglichen dem Aktorsteuergerät AG die Bestimmung des Kurbelwellendrehwinkels und der Kurbelwellendrehzahl. Zudem kann das Aktorsteuergerät AG mit weiteren Sensoren verbunden sein, die bei­ spielsweise den Lastzustand der Kolbenbrennkraftmaschine erkennen.

Das Aktorsteuergerät AG ist durch die Kühlung der Aluminiumplatte AE vor einer übermäßigen Erwärmung aufgrund der hohen Wärmeentwicklung beim Betrieb der Aktoren A geschützt.

Die Aluminiumplatte AE mit dem multifunktionalen Kunststoffteil KT und dem Aktorsteuergerät AG ist von einer Abdeckung AD abgedeckt. Die Ab­ deckung AD ist aus Kunststoff gefertigt und dient zugleich als Designträger des Herstellers der Kolbenbrennkraftmaschine oder Kraftfahrzeuges. Die Abdeckung AD verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit in den Innen­ raum der Abdeckung. Seitlich an der Abdeckung AD ist eine Steckvorrich­ tung SV vorgesehen, durch die das Aktorsteuergerät AG mit der Stromver­ sorgung, weiteren Steuergeräten und weiteren Sensoren der Kolbenbrenn­ kraftmaschine verbunden ist.

In der Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren A zur elektromagnetischen Ventilsteuerung im montierten Zustand darge­ stellt. Die Figur zeigt primär den kompakten Aufbau der Vorrichtung.

Im Fall eines Defektes wird zur Reparatur die Steckvorrichtung SV der Ab­ deckung AD abgezogen. Danach kann die Abdeckung AD selbst demontiert werden. Das Aktorsteuergerät AG, das multifunktionale Kunststoffteil KT mit dem Stanzgitter SG und die Aluminiumplatte AE werden zusammen abmon­ tiert. Von den nun freiliegenden Aktoren A kann der defekte Aktor aus dem Aktorschacht AS des Aktorträgers AT gehoben werden. Dies geschieht bei­ spielsweise mit einem Spezialwerkzeug, mit dem durch eine Vierteldrehung der Bajonettverschluß gelöst wird.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren (A) zur elektromagnetischen Ventil­ steuerung bei Brennkraftmaschinen, die als diskrete Baugruppe ausge­ führt sind und einen Stecker (S) mit mehreren Kontakten (K) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Aktoren (A) in einem Aktorträger (AT) in Aktorschächten (AS) angeordnet sind,
• 2. der Aktorträger (AT) von einer gekühlten Zwischenebene (AE) ab­ gedeckt wird, die Durchführungen für Stanzgitteranschlüsse (SA) eines Stanzgitters (SG) aufweist,
• 3. die Stanzgitteranschlüsse (SA) des Stanzgitters (SG) mit den Kontak­ ten (K) der Stecker (5) der Aktoren (A) kontaktiert sind,
• 4. auf der gekühlten Zwischenebene (AE) ein multifunktionales Kunststoffteil (KT) angeordnet ist, in welches das Stanzgitter (SG) eingespritzt ist,
• 5. auf dem multifunktionalen Kunststoffteil (KT) ein Aktorsteuergerät (AG) angeordnet ist, das mit dem Stanzgitter (SG) verbunden ist,
• 6. das Aktorsteuergerät (AG) mit weiteren Steuergeräten (SG), mit Motorsensoren sowie mit der Stromversorgung verbunden ist,
• 7. die Zwischenebene (AE) mit dem multifunktionalen Kunststoffteil (KT) und dem Aktorsteuergerät (AG) eine Abdeckung (AD) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktor­ schächte (AS) im Aktorträger (AT) von Kühlmittelkanälen (WK) umgeben sind, die mit Kühlmittelkanälen (WK) des Zylinderkopfes (ZK) bzw. mit ei­ nem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden sind,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte Zwischenebene eine Aluminiumplatte (AE) ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte Zwischenebene (AE) mit den Kühlmit­ telkanälen (WK) des Zylinderkopfes (ZK) bzw. mit dem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdec­ kung (AD) als Designträger dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdec­ kung (AD) aus Kunststoff gefertigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Steuergeräte (SG) in dem Aktorsteuergerät (AG) integriert sind.