DE10043804A1 - Verfahren zur Kontaktierung eines Steuergerätes mit Stromverbrauchern von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Zur Kontaktierung eines Steuergerätes mit Stromverbrauchern von Brennkraftmaschine mittels elektrischer Bauteile durch eine auf einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aufsitzende Zylinderkopfhaube hindurch, wird vorgeschlagen, eine Vorfixierung der elektrischen Bauteile vorzusehen, aus der die elektrischen Bauteile nach Aufsetzen der Zylinderkopfhaube auf den Zylinderkopf in eine Fixierungslage mittelbar oder unmittelbar in der Zylinderkopfhaube gebracht werden, um sie anschließend mit dem Steuergerät zu verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Kontaktierung eines Steuergerätes mit Stromver­ brauchern von Brennkraftmaschinen nach den Merkmalen des Ober­ begriffs des Patentanspruchs 1 sowie den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Patentanspruchs 6.

Aus der DE 42 25 329 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Kontaktierung eines Steuergerätes mit Aktuatoren einer elektro­ magnetischen Ventilsteuerung bekannt. Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf auf, in dem Gaswechselventile angeord­ net sind, die durch die elektromagnetischen Aktuatoren betätigt werden, wobei der Zylinderkopf durch eine Zylinderkopfhaube ab­ gedeckt ist. Die Aktuatoren umfassen Öffnungs- und Schließma­ gneten, deren Ansteuerung durch das Steuergerät erfolgt. Dazu weist jeder Aktuator ein Kabel auf, das ausgehend vom jeweili­ gen Aktuator innerhalb der Zylinderkopfhaube zu einer Ausneh­ mung in der Zylinderkopfhaube geführt wird, durch die das Kabel zur Anbindung an das Steuergerät anschließend durchgesteckt wird.

Ein wesentlicher Nachteil der Vorrichtung liegt in der aufwen­ digen Montage der Brennkraftmaschine, da die Kabel einzeln zu der Ausnehmung im Zylinderkopf geführt werden müssen. Im übri­ gen können beim Aufsetzen der Zylinderkopfhaube Quetschungen der in der Zylinderkopfhaube lose geführten Kabel möglich sein.

Aus der DE 198 54 542 C1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines Steuergerätes mit Aktuatoren einer elektro­ magnetischen Ventilsteuerung bekannt. Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf auf, der aus drei Gehäuseteilen, dem eigentlichen Zylinderkopf, einem an den Zylinderkopf an­ geflanschten Rahmenteil und einer auf das Rahmenteil aufsetzba­ ren Zylinderhaube besteht. Die Kontaktierung des Steuergerätes mit den Aktuatoren erfolgt mittels elektrischer Bauteile durch das Rahmenteil, wobei die elektrischen Bauteile wenigstens teilweise in dem Rahmenteil integriert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bei der Kontak­ tierung eines Steuergerätes mit Stromverbrauchern einer Brenn­ kraftmaschine auftretenden Montageaufwand zu reduzieren und die Montage insgesamt zu vereinfachen, wobei der hierfür benötigte Bauraum möglichst gering gehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 gegebenen Merkmale und bei einer Vorrichtung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 6 ge­ gebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Optimierung der Montage. Die für die Kontaktierung des Steuergerätes mit den Stromverbrauchern der Brennkraftmaschine benötigten elek­ trischen Bauteile bzw. Kontaktierungsgehäuse sind während des gesamten Montagevorgangs in jeweils vorgegebenen Positionen, d. h. bei der Montage müssen die elektrischen Bauteile der Stromverbraucher bzw. die Kontaktierungsgehäuse lediglich aus einer vorgegebenen Vorfixierungslage am Stromverbraucher in ei­ ne vorgegebene Fixierungslage mittelbar oder unmittelbar in der Zylinderkopfhaube gebracht werden, wobei in der Fixierungslage dann eine problemlose Kontaktierung der Stromverbraucher mit dem Steuergerät möglich ist.

Steuergeräte und insbesondere Ventilsteuergeräte werden sinn­ vollerweise auf der Zylinderkopfhaube befestigt. Die Kontaktie­ rung zwischen dem Steuergerät, die ganze Zylinderbank überspan­ nend, und den Stromverbrauchern ist dabei großen Toleranzen un­ terworfen. Die schwimmende Fixierung des Kontaktierungsgehäuses in der Zylinderkopfhaube bzw. in einem sich in der Zylinder­ kopfhaube abstützenden Zwischenrahmen erlaubt daher die Egali­ sierung praktisch aller Toleranzen, die von den Stromverbrau­ chern bzw. der Montage derselben auf dem Zylinderkopf herrüh­ ren, wodurch eine Nachbearbeitung der Montageteile zur Tole­ ranzreduzierung nicht mehr erforderlich ist.

Die Verwendung des Zwischenrahmens erlaubt mittels Gruppenbil­ dung der Kontaktierungsgehäuse eine weitere Reduzierung der To­ leranzen, indem eine Aufspaltung einer langen Toleranzkette in mehrere kleine Toleranzketten stattfindet. Die eigentliche Kon­ taktierung zwischen Kontaktierungsgehäuse und Steuergerät wird durch eine Aufnahme im Zwischenrahmen erleichtert, in welche das Steuergerät eingerastet wird und dann in dieser Aufnahme auf die Kontaktierungsgehäuse geschwenkt bzw. in die Kontaktie­ rungsgehäuse geführt werden kann, was zu einer zusätzlichen Re­ duzierung der Toleranzen und zu einer Reduzierung der Kontak­ tierungskräfte führt.

Die Aktuatoren unterliegen im Betrieb der Brennkraftmaschine extremen Schwingungsbelastungen, die bei einer direkten Anbin­ dung der Kontaktierungsgehäuse an die Aktuatoren zu Funktions­ störungen führen würden. Dadurch, daß die Kontaktierungsgehäuse über Leitungen bzw. Kabel mit den Aktuatoren verbunden sind und keinen unmittelbaren Kontakt zu den Aktuatoren haben, findet eine Entkoppelung zwischen Aktuator und Kontaktierungsgehäuse statt, wodurch ein ungestörtes Funktionieren derselben ermög­ licht ist.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden in acht Figuren mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1a eine Schnitt-Ansicht durch eine Vorrichtung eines er­ sten Ausführungsbeispieles bei der Vorfixierung der Kontaktierungsgehäuse,

Fig. 1b die Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels bei der Fixierung der Kontaktierungsgehäuse,

Fig. 1c die Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispieles bei der Kontaktierung der Aktuatoren mit dem Steuergerät,

Fig. 2a eine Schnitt-Ansicht durch eine Vorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispieles bei der Vorfixierung der Kontaktierungsgehäuse,

Fig. 2b die Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels bei der Fixierung der Kontaktierungsgehäuse,

Fig. 2c die Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispieles bei der Kontaktierung der Aktuatoren mit dem Steuergerät,

Fig. 2d eine Seitenansicht der Vorrichtung des zweiten Ausfüh­ rungsbeispieles, und

Fig. 3:eine Draufsicht auf die Vorrichtung des zweiten Aufüh­ rungsbeispiels mit mehreren auf der Zylinderkopfhaube aufgesetzten Zwischenrahmen.

Vorab sei kurz auf die Gemeinsamkeiten der verschiedenen, in den Fig. 1a bis c und 2a bis c dargestellten Ausführungs­ beispiele von Vorrichtungen zur Kontaktierung eines Steuergerä­ tes insbesondere eines Ventilsteuergerätes 1 mit Stromverbrau­ chern 2 einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mittels elek­ trischer Bauteile 3 eingegangen, wobei die Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf 4 aufweist, auf den eine Zylinderkopfhaube 5 aufsetzbar ist. Die Fig. 1a bis 1c und 2a bis 2c stellen die Vorrichtungen in den jeweiligen Verfahrensschritten der Kontak­ tierung dar.

Die Vorrichtungen zur Kontaktierung umfassen mindestens eine am Stromverbraucher 2 befestigte Vorfixierungseinrichtung 6, min­ destens ein die elektrischen Bauteile 3 teilweise umfassendes Kontaktierungsgehäuse 7 und mindestens eine an der Zylinder­ kopfhaube 5 mittelbar oder unmittelbar vorgesehene Fixierungs­ einrichtung 8.

Bei den Stromverbrauchern handelt es sich insbesondere um hier nicht dargestellte Zündspulen und unten näher beschriebene Ak­ tuatoren 2 einer elektromagnetischen Ventilsteuerung mit den zur Kontaktierung benötigten elektrischen Bauteilen 3, welche stromverbraucherseitige Kupplungen 3a (Fig. 2d) sowie Stromver­ braucher 2 und Kupplungen 3a verbindende Leitungen bzw. Kabel 3b aufweisen, wobei mindestens eine Kupplung 3a in einem Kon­ taktierungsgehäuse 7 angeordnet ist und einen Stecker 9 des Steuergerätes 1 aufnehmen kann.

Die Aktuatoren 2 umfassen nicht näher dargestellte Öffnungs- und Schließmagneten, deren Ansteuerung durch das Ventilsteuer­ gerät 1 erfolgt. Die Aktuatoren 2 betätigen hier nicht sichtba­ re Gaswechselventile, welche entsprechende, ebenfalls nicht sichtbare Gaswechselkanäle steuern.

Als Vorfixierungseinrichtung 6 ist eine am jeweiligen Stromver­ braucher 2 befestigten Halterung 6a mit einer Ausnehmung 6b vorgesehen, in welcher das Kontaktierungsgehäuse 7 mit seiner Steckerseite 7a in Richtung zur Zylinderkopfhaube 5 und mit seiner Kabelseite 7b in Richtung zum Stromverbraucher 2 einge­ setzt ist, wobei eine Bewegung des Kontaktierungsgehäuses 7 in Kontaktierungsrichtung 10, d. h. in Richtung zum Zylinderkopf 4 hin, aufgrund von an der Steckerseite 7a des Kontaktierungsge­ häuses 7 angebrachten Verrastungselementen 11 verhindert und eine Bewegung in zur Kontaktierungsrichtung 10 entgegengesetz­ ten Richtung 12, d. h. in Richtung zur Zylinderkopfhaube 5 hin, ermöglicht ist.

Als Fixierungseinrichtung 8 sind gemäß Fig. 1a bis 1c Ausspa­ rungen 8a in der Zylinderkopfhaube 5 zur Aufnahme der Kontak­ tierungsgehäuse 7 und gemäß Fig. 2a bis 2d und 3 mindestens ein Zwischenrahmen 13 vorgesehen, der ebenfalls Aufnahmeöffnungen 13a für die Kontaktierungsgehäuse 7 und 13b für die Zündspulen aufweist, wobei der Zwischenrahmen 13 in einem Durchbruch 5a der Zylinderkopfhaube 5 angeordnet ist und sich an der Zylin­ derkopfhaube 5 abstützt. Der Zwischenrahmen 13 besitzt eine Aufnahme 13c, in die das Ventilsteuergerät 1 drehbar eingera­ stet werden kann, wobei auch ein axiales Einrasten in am Zwi­ schenrahmen angebrachten Aufnahmen des Ventilsteuergerätes denkbar ist. Ferner sind auch durchaus mehrere Zwischenrahmen, wie beispielsweise pro Zylinder der Brennkraftmaschine ein se­ parater Zwischenrahmen, vorstellbar. Fig. 3 zeigt beispielswei­ se mehrere Zwischenrahmen 13 mit den Aufnahmeöffnungen 13a, 13b zur Aufnahme von jeweils einer Zündspule und vier Gaswechsel­ ventilen pro Zylinder.

Fig. 2d zeigt eine Zentriervorrichtung, welche am Ventilsteuer­ gerät 1 in Form von Einführzapfen 14 mit Einführschrägen und an den Zwischenrahmen 13 in Form von Aufnahmezapfen 15 mit Aufnah­ meschrägen angebracht sind, wobei die Verbindung der Zapfen 14, 15 in Form einer Clipsverbindung erfolgt. Eine ähnlich gestal­ tete Zentriervorrichtung könnte auch im ersten Ausführungsbei­ spiel an der Zylinderkopfhaube 5 vorgesehen werden.

Bei der Kontaktierung des Steuergerätes 1 mit den Stromverbrau­ chern, d. h. insbesondere den Aktuatoren 2 der Brennkraftmaschi­ ne werden nun zuerst die Kontaktierungsgehäuse 7 an den Aktua­ toren 2 vorfixiert, indem die Kontaktierungsgehäuse 7 in die Ausnehmungen 6b der Halterungen 6a in Form einer Clipsverbin­ dung eingesetzt werden, wobei die an der Steckerseite 7a be­ findlichen Verrastungselemente 11 ein Durchrutschen der Kontak­ tierungsgehäuse 7 in Kontaktierungsrichtung 10 verhindern. An­ stelle der Clipsverbindung ist auch eine Schraubverbindung, ei­ ne Verriegelung mittels Schieber o. ä. denkbar.

Anschließend wird die Zylinderkopfhaube 5 auf den Zylinderkopf 4 der Brennkraftmaschine aufgesetzt.

Im Anschluß daran werden die Kontaktierungsgehäuse 7 aus der Vorfixierungslage in eine Fixierungslage mittelbar oder unmit­ telbar in der Zylinderkopfhaube 5 gebracht. D. h. die Kontaktie­ rungsgehäuse 7 werden aus den Ausnehmungen 6b der Halterungen 6a in die Durchbrüche 5a in der Zylinderkopfhaube 5 oder in die Öffnungen 13a in dem bzw. den Zwischenrahmen 13 gezogen, wobei sich die Verrastungselemente 11 der Kontaktierungsgehäuse 7 elastisch verformen, so daß ein Durchziehen der Verrastungsele­ mente 11 durch die Öffnungen 13a möglich ist. Anschließend bil­ det sich die Verformung zurück, so daß die Verrastungselemente 11 an der Zylinderkopfhaube 5 bzw. dem Zwischenrahmen 13 anlie­ gen und eine Bewegung der Kontaktierungsgehäuse 7 in Kontaktie­ rungsrichtung 10 verhindern. Eine Bewegung der Kontaktierungs­ gehäuse 7 in einer senkrecht zur Kontaktierungsrichtung 10 ver­ laufenden Ebene 16 ist zur Reduzierung der Toleranzen, die von den Aktuatoren 2 bzw. der Montage derselben auf dem Zylinder­ kopf 4 herrühren, sowohl unmittelbar in der Zylinderkopfhaube 5 direkt in den Durchbrüchen 5a der Zylinderkopfhaube 5 als auch mittelbar in der Zylinderkopfhaube 5 über den Zwischenrahmen 13 möglich.

Abschließend wird das Ventilsteuergerät 1 mit den elektrischen Bauteilen 3 der Stromverbraucher 2 verbunden, indem der Stecker 9 des Ventilsteuergerätes 1 in die stromverbraucherseitige Kupplung 3a des Kontaktierungsgehäuses 7 eingesteckt wird. Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1c wird das Ventilsteuer­ gerät 1 in einer linearen Bewegung auf die Zylinderkopfhaube 5 aufgesetzt. Wohingegen im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2c das in die am Zwischenrahmen 13 vorgesehene Aufnahme 13c drehbar eingerastete Ventilsteuergerät 1 auf den Zwischen­ rahmen 13 bzw. die elektrischen Bauteile 3 geschwenkt oder ge­ führt wird.

Um die Kontaktierung zusätzlich zu erleichtern weisen das Ven­ tilsteuergerät 1 und der Zwischenrahmen 13 bzw. die Zylinder­ kopfhaube 5 die zusammenwirkenden Einführzapfen 14 und Aufnah­ mezapfen 15 auf, die bei der Kontaktierung insbesondere durch die Schrägen das Einstecken der Stecker 9 in die Kupplungen 3a erleichtern.

Eine weitere Ausführung zur Reduzierung der Toleranzen bzw. Kontaktierungskräfte besteht darin, das Steuergerät 1 fest mit der Zylinderkopfhaube 5 zu verbinden und die Zwischenrahmen 13 einzeln, zylinderweise mittels einer Hebevorrichtung in die Kontaktierungsposition zu bringen, was auch für jedes einzelne Kontaktierungsgehäuse 7 denkbar ist.

Claims (10)

1. verfahren zur Kontaktierung eines Steuergerätes (1) mit Stromverbrauchern (2) von Brennkraftmaschinen, wobei die Kontaktierung des Steuergerätes (1) mit den Stromverbrau­ chern (2) mittels elektrischer Bauteile (3) durch eine auf einem Zylinderkopf (4) der Brennkraftmaschine aufsitzende Zylinderkopfhaube (5) hindurch erfolgt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) die elektrischen Bauteile (3) werden an den Stromver­ brauchern (2) vorfixiert,
• b) die Zylinderkopfhaube (5) wird auf den Zylinderkopf (4) aufgesetzt,
• c) die elektrischen Bauteile (3) werden aus der Vorfixie­ rungslage in eine Fixierungslage mittelbar oder unmit­ telbar in der Zylinderkopfhaube (5) gebracht,
• d) das Steuergerät (1) wird mit den elektrischen Bauteilen (3) der Stromverbraucher (2) verbunden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der sich in der Fixierungslage unmit­ telbar in der Zylinderkopfhaube (5) befindlichen elektri­ schen Bauteile (3) in Kontaktierungsrichtung (10) verhin­ dert und in einer senkrecht zur Kontaktierungsrichtung (10) verlaufenden Ebene (16) ermöglicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der sich in der Fixierungslage mittel­ bar in der Zylinderkopfhaube (5) befindlichen elektrischen Bauteile (3) über einen sich in der Zylinderkopfhaube (5) abstützenden Zwischenrahmen (13) in Kontaktierungsrichtung (10) verhindert und in einer senkrecht zur Kontaktierungs­ richtung (10) verlaufenden Ebene (16) ermöglicht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung von Steuergerät (1) und elektrischen Bauteilen (3) das Steuergerät (1) in eine am Zwischenrahmen (13) vorgesehene Aufnahme (13c) eingerastet und in dieser Aufnahme (13c) auf die elektrischen Bauteile (3) geschwenkt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) Einführzapfen (14) aufweist, die bei der Kontaktierung in entsprechende Aufnahmezapfen (15) des Zwischenrahmens (13) einrasten.

6. Vorrichtung zur Kontaktierung eines Steuergerätes (1) mit Stromverbrauchern (2) einer mehrzylindrigen Brennkraftma­ schine mittels elektrischer Bauteile (3), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf (4) auf­ weist, auf den eine Zylinderkopfhaube (5) aufsetzbar ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens eine am Stromverbraucher (2) befestigte Vorfixierungseinrichtung (6), mindestens ein die elektrischen Bauteile (3) teilweise umfassendes Kontaktie­ rungsgehäuse (7) und mindestens eine an der Zylinderkopf­ haube (5) mittelbar oder unmittelbar vorgesehene Fixie­ rungseinrichtung (8) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Stromverbrauchern insbesondere um Zündspulen und um Aktuatoren (2) einer elektromagnetischen Ventilsteuerung handelt, welche die elektrischen Bauteile (3) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den elektrischen Bauteilen (3) um stromverbraucherseitige Kupplungen (3a) sowie Stromverbrau­ cher (2) und Kupplungen (3a) verbindende Leitungen (3b) handelt, wobei mindestens eine Kupplung (3a) in einem Kon­ taktierungsgehäuse (7) angeordnet ist und einen Stecker (9) des Steuergerätes (1) aufnehmen kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Fixierungseinrichtung (8) ein sich an der Zy­ linderkopfhaube (5) abstützender Zwischenrahmen (13) vorge­ sehen ist, welcher Öffnungen (13a) für die Stromverbraucher (2) und/oder die Kontaktierungsgehäuse (7) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder der Brennkraftmaschine ein separater Zwischenrahmen (13) vorgesehen ist.