DE102004015837A1

DE102004015837A1 - Elektrische Verbindungseinrichtung für Einspritzeinrichtungen von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102004015837A1
Application number: DE102004015837A
Authority: DE
Inventors: Hubert Limbrunner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-27
Also published as: US20050217643A1; US7290516B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte elektrische Verbindungseinrichtung für Einspritzeinrichtungen von Verbrennungsmotoren. DOLLAR A Um eine elektrische Verbindungseinrichtung für Einspritzeinrichtungen zu vereinfachen, zuverlässiger zu machen und deren Montage zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass die elektrische Verbindungseinrichtung eine Platine (1) mit darauf angeordneten Leiterbahnen (3) besitzt und die Leiterbahnen (3) von einem Anschlussbereich zu je einer Spule führen, wobei die Spulen an der Platine (1) leitend angeordnet sind und die Platine, der Anschlussbereich und die Spulen einstückig mit Kunststoff umspritzt sind und eine bauliche Einheit ergeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte elektrische Verbindungseinrichtung für Einspritzeinrichtungen von Verbrennungsmotoren.

Es ist bekannt, die Einspritzeinrichtungen von Verbrennungsmotoren elektrisch zu betreiben. Hierbei werden sowohl sogenannte Pumpe-Düse-Einspritzeinrichtungen als auch Einspritzdüsen von Common-Rail-Einspritzeinrichtungen mit elektrischer Energie versorgt. Bei Pumpe-Düse-Einspritzeinrichtungen wird in der Einheit Pumpe/Düse der Kraftstoff durch eine elektrische Einrichtung gefördert und unter Druck gesetzt. Bei Common-Rail-Einspritzeinrichtungen wird der Kraftstoff unter Druck bis an die Einspritzdüsen geführt und die Einspritzdüsen mit elektrischen Einrichtungen geöffnet und geschlossen. Hierfür müssen die Einspritzeinrichtungen mit elektrischer Energie versorgt werden. Üblicherweise wird die elektrische Energievorsorgung der Einspritzdüsen bzw. der Einspritzeinrichtungen dadurch erreicht, dass ein Kabelbaum mit den entsprechenden Leitungen zu den Zylinderbänken geführt wird und sich dort zu den einzelnen Einspritzeinrichtungen verzweigt, die mit einzelnen Steckern kontaktiert werden.

Hierbei ist von Nachteil, dass das Konfektionieren von Kabelbäumen, das Befestigen der Stecker and die Kabelbaumenden und die Montage des Kabelbaums an den Verbrennungsmotor bzw. der Zylinderbank aufwendig und teuer ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrische Verbindungseinrichtung für Einspritzeinrichtungen zu vereinfachen, zuverlässiger zu machen und deren Montage zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird die gesamte elektrische Verbindungseinrichtung einer Anzahl von Einspritzeinrichtungen, beispielsweise den Einspritzeinrichtungen einer Zylinderbank oder eines Motorblocks, als eine Baueinheit ausgebildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine Leiterplatte anstelle des Kabelbaums zu verwenden, wobei die entsprechenden Spulen der Einspritzeinrichtungen an den Leiterplatten kontaktiert werden und anschließend sowohl die Leiterplatte als auch die Spulen mit Kunststoff umspritzt werden. Anschließend erfolgt die Endmontage bei der die Ventil-Einheiten der Einspritzeinrichtungen in entsprechende Öffnungen der Spulen so eingesetzt werden, dass sie durch die Spulen ansteuerbar sind.

Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass die Herstellung der Einheit aus Leiterplatte, Spulen der Einspritzeinrichtungen und Kunststoffhalterung für die Einspritzeinrichtungen erheblich günstiger ist, als bekannte Lösungen. Gerade in der Form langer und schmaler Leiterplatten sind keine wesentlichen Änderungen an der Form einer Spritzguss-Vorrichtung vorzunehmen. Ferner wird durch die Verringerung der Anzahl der Bauteile eine Kosteneinsparung erreicht und zudem dadurch, dass die Einspritzeinrichtungen zusammen mit ihrer elektrischen Verbindungseinrichtung ein Bauteil bilden, welches einheitlich auf einen Motorblock oder eine Zylinderbank aufgesetzt werden kann, die Montage ganz erheblich vereinfacht. Zusätzlich ist eine erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Verbindungseinrichtung der Einspritzeinrichtungen zuverlässiger, da z.B. durch ein Anlöten der Spulen eine sichere Kontaktierung gewährleistet wird und zur Kontaktierung aller Spulen nur eine einzige Steckverbindung notwendig ist, die an der Leiterplatte angeordnet ist. Zudem sind die Spulen und die Leiterplatte mit Kunststoff umspritzt, um nach außen gegen mechanische Beanspruchung und auch gegen Witterungseinflüsse geschützt zu sein.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
1: eine Untersicht auf die Platine der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungseinrichtung und Baueinheit einer Einspritzeinrichtung;
2: die Platine nach 1 im Querschnitt mit einer aufgelöteten Spule zur Ansteuerung einer Einspritzeinrichtung; und
3: eine erfindungsgemäße Baueinheit in montagefertigem Zustand für eine Zylinderbank mit drei Zylindern, wobei die Platine und die Spulen mit Kunststoff umspritzt sind und Einspritzeinrichtungen in die Spulenöffnungen eingesetzt sind.
Eine Platine 1 für die erfindungsgemäße elektrische Verbindungseinrichtung und Baueinheit ist gemäß 1 als eine langgestreckte Platine 1 mit einem Platinengrundkörper 2 ausgebildet. Der Platinengrundköper 2 ist aus einem für Platinen üblichen Material flach ausgebildet. Unterseits sind auf den Platinenkörper 2 Leiterbahnen 3 in an sich bekannter Weise aufgebracht. Entlang einer Längsseite 4 der Platine 2 sind Aufnahmeeinrichtungen 5 für Spulen (in 1 nicht gezeigt) am Platinengrundkörper vorhanden. Im einfachsten Fall sind den Aufnahmen 5 Bereiche an der Längsseite 4 der Platine, zugeordnet, auf denen Leiterbahnen 3 für die Kontaktierung der Spule geführt sind, so dass im einfachsten Fall in der Nähe der Aufnahme 5 lediglich zwei Kontaktöffnungen vorhanden sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Aufnahmen beispielsweise im Wesentlichen ringförmige und einstückig angeformte Platinenteile, die insofern auch eine Tragefunktion für die Spulen übernehmen können. In der Nähe der Aufnahmen 5 bzw. einer Basis 6 der ringförmigen Aufnahmen 5 sind Kontaktöffnungen in Form von Lötaugen 7 im Platinengrundkörper 2 vorhanden.
Die Kontaktöffnung in Form von Auflötaufnahmeöffnung 7 sind z.B. Bohrungen im Platinenkörper 2, wobei zu den Bohrungen jeweils eine Leiterbahn 3 geführt ist. Die Kontaktierung kann durch Löten, Verschweißen oder durch sogenannte Pressfits erfolgen. Dabei werden Kontakte, beispielsweise Anschlussstifte 10, in die Kontaktöffnung der Platine 1 gepresst. Die Bohrungen 7 sind an die jeweilige Kontaktierungsmethode angepasst, wobei beim Löten die Kontaktstifte einer Spule durch die Lötaugen 7 hindurchgesteckt werden und von der Gegenseite verlötet werden. Eine Verschweißung erfolgt im Prinzip in gleicher Weise, besitzt jedoch eine höhere Temperaturfestigkeit. Bei sogenannten Pressfits sind Kontakte in Form von Anschlussstiften 10 derart ausgebildet, dass sie eine gewisse Elastizität haben und ohne weitere Maßnahmen durch eine Presspassung kontaktierend in den Öffnungen verankert werden. Anzumerken ist, dass es ausreicht, nur ein einziges Lötauge der beiden in der Nähe der Aufnahme 5 befindlichen Lötaugen 7 mit einer Leiterbahn 3 zu kontaktieren. Das andere Lötauge kann dann beispielsweise mit Hilfe eines Drahtes geerdet werden (nicht dargestellt).
Die Spulen 8 sind derart ausgebildet, dass der Spulendraht um einen Kunststoffzylinder gewickelt ist, wobei Kontakte in Form von Anschlussstiften 10 an einer Basis des Kunststoffzylinders in bekannter Weise angeordnet sind. Die Spulen 8 umschließen in hohlzylindrischer Weise eine Durchgangsöffnung 14, die im Wesentlichen einer ringförmigen Aufnahme 5 entspricht.
Die Anzahl der Spulen 8 und damit der ringförmigen Aufnahmen 5 entspricht der Anzahl der Einspritzeinrichtungen, die am Motorblock oder an der Zylinderbank verwendet werden sollen. Insofern entspricht der Abstand der Spulen 8 bzw. ringförmigen Aufnahme 5 zueinander in etwa dem Abstand der Zylinder am Motorblock. Um die Spulen 8 zu kontaktieren, verlaufen die Leiterbahnen 3 von den Bohrungen 7 zu einem Schmalseitenende 15 der Platine 2 (1), wobei dort ebenfalls entsprechende Kontaktöffnungen in Form von Lötaugen 7 für jede Leiterbahn 3 vorhanden sind, so dass eine Kontaktierungseinrichtung 16, z.B. ein Steckergehäuse 17 (3), dort aufgelötet, aufgeschweißt oder mit einer Pressfitverbindung befestigt werden kann.
Nachdem die Platine 1 mit den Spulen 8 bestückt ist, wird die Platine 1 zusammen mit den Spulen 8 mit Kunststoff umspritzt, um eine bauliche Einheit 20 (3) zu erhalten. Durch das Umspritzen der Platine 1 und der Spulen 8 ergibt sich eine kompakte Baueinheit 20, wobei diese kompakte Baueinheit 20 einen im Wesentlichen flachen Grundkörper 21 aufweist. Eine umspritzee Einheit 20 aus der Platine 1 und den Spulen 8 ist derart ausgebildet, dass die Platine allseitig mit Kunststoff bedeckt ist, wobei ein zuvor angeordneter Anschlussbereich wie ein Steckergehäuse mitumspritzt ist. Der flache Grundkörper 21 besitzt hierbei eine Dicke von beispielsweise wenigen Millimetern, wobei die Ausdehnung und Form des Grundkörpers 21 an das Flanschbild eines Saugrohrs des Zylinderblocks oder der Zylinderbank angepasst ist, so dass der Grundkörper (oder auch als Platte 21 bezeichnet) formschlüssig zwischen dem Saugrohr und dem Zylinderkopf eingelegt und mit dem Saugrohr am Zylinderblock befestigt wird. Im Bereich des Eintritts der Saugrohre bzw. Luftzuführungen zu den jeweiligen Zylindern, sind Ausnehmungen 22 für den Durchtritt der Saugrohre bzw. Luftverteilerrohre vorhanden, beispielsweise längliche, ovale Ausnehmungen 22.
Im Bereich der Einspritzeinrichtungen, und hohlzylindrische Säulen 23 am Grundkörper 21 angebracht, wobei diese Säulen die Spulen 8 in einem der Platte 21 benachbarten Bereich 23a aufnehmen. Beim Umspritzen der Einheit 20 mit Kunststoff wird der Bereich 23a davon ausgenommen, um die der Spulendraht gewickelt ist, so dass der hohlzylindrische Innenraum des Spulenkunststoffzylinders einen Aufnahmeraum für ein einzusteckendes Einspritzventil definiert begrenzt. Die Säulen 23 weisen den Bereich 23a und einen Einspritzeinrichtungsaufnahmezylinder 23b auf. Die Einheit 20 kann im Bereich des flachen Grundkörpers 21 ferner Montageöffnungen 24 zum Befestigen des flachen Grundkörpers zwischen dem Zylinderkopf und dem Saugrohr aufweisen.
An einem oberen freien Ende 23c der Säulen 23 können Dichtungseinrichtungen 23d vorhanden sein, mit denen eine dichte Verbindung zwischen der Einspritzeinrichtung und einem aufgesetzten Kraftstoffspeicher (Common-Rail) hergestellt wird.
Im Innenbereich der Säule 23 kann eine Einspritzeinrichtung (nicht gezeigt) eingeschoben und befestigt werden. Die Einspritzeinrichtungen bzw. Injektoren werden hierbei so positioniert, dass sie von der Spule korrekt angesteuert werden. Ferner können die Injektoren bzw. Einspritzeinrichtungen so ausgerichtet werden, dass das Sprühbild der Einspritzöffnungen dem gewünschten Sprühbild entspricht. Bei einer baulichen Einheit 20 nach 3 handelt es sich um eine Ausführungsform für das Einspritzen des Kraftstoffs im Bereich des Saugrohrs vor den Einlassventilen. Aber es ist auch möglich, die Einspritzdüsen bei einem Motor mit Direkteinspritzung mit einer mit Kunststoff umspritzten Platine mit Strom zu versorgen, wobei hierbei die Position der Einspritzeinrichtungen zur Grundplatte 21 entsprechend an die geänderten Bedingungen angepasste sein muss.
Die Platine 1 kann auch ohne die ringförmigen Ausbuchtungen 5 lediglich mit Bohrungen 7 entlang einer Längsseite 4 ausgebildet sein, so dass die Spulen ohne eine Materialunterstützung an der Platine angelötet, angeschweißt oder mit Pressfit befestigt sind und später nach dem Umspritzen durch den Kunststoff gehalten werden.

Claims

Elektrische Verbindungseinrichtung für Einspritzeinrichtungen von Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindungseinrichtung eine Platine (1) mit mindestens einer Leiterbahn (3) aufweist, wobei die Leiterbahn (3) von einem Anschlussbereich (15) zu je einer Spule (8) führt, wobei die Spulen (8) an der Platine (1) leitend angeordnet sind, wobei die Platine (1), der Anschlussbereich (15) und die Spulen (8) einstückig mit Kunststoff umspritzt sind und eine bauliche Einheit (20) ergeben.
Elektrische Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) eine langgestreckte Platine (1) mit einem Platinengrundköper (2) ist, wobei der Platinengrundkörper (2) aus einem für Platinen (1) üblichen Material flachplattenartig ausgebildet ist, wobei unterseits auf dem Platinenkörper (2) die Leiterbahnen (3) aufgebracht sind.
Elektrische Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Längsseite (4) der Platine (2) Aufnahmebereiche (5) für Spulen (8) am Platinengrundkörper (2) vorhanden sind.
Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich einer Basis (6) der Aufnahmen (5) an dem Platinengrundkörper (2) Kontaktöffnungen in der Form von Lötaugen (7) im Platinengrundkörper (2) für die Aufnahme von Kontaktstiften der Spulen vorhanden sind, wobei die Lötaugen(7) als Bohrungen im Platinengrundkörper (2) ausgestaltet sind, wobei zu den Bohrungen (7) jeweils eine Leiterbahn (3) geführt ist.
Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestückung der Platine mit den Spulen (8) die Spulen (8) auf einer Oberseite (9) des Platinengrundkörpers (2) angeordnet sind, wobei Kontakte in Form von Anschlussstiften (10) der Spulen (8) die Kontaktöffnungen in der Form von Lötaugen (7) durchgreifen und auf einer Unterseite (11) des Platinengrundkörpers (2) mit der zur Bohrung (7) geführten jeweiligen Leiterbahn (3) mittels eines Lötpunktes verlötet, verschweißt oder mit einer Presspassung leitend verbunden sind.
Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (8) in hohlzylindrischer Weise eine Durchgangsöffnung (14) oder einen Durchgangsraum (14) umschließen, wobei die Durchgangsöffnung (14) bei der Umspritzung mit Kunststoff ausgespart ist, so dass diese frei durchgreifbar ist und einen Innenraum mit definiertem Durchmesser für die Aufnahme einer Einspritzeinrichtung ausbildet.
Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Spulen (8) und damit der Aufnahme (5) der Anzahl der Einspritzeinrichtungen entspricht, die am Motorblock oder an der Zylinderbank verwendet werden, wobei die Entfernung der Spulen (8) bzw. Aufnahmen (5) zueinander in etwa dem Abstand der Zylinder am Motor oder Zylinderblock entspricht.
Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontaktierung der Spulen (8) die Bahnen (3) von den Lötaugen (7) zur schmalen Seite (15) der Platine (2) geführt sind, wobei dort entsprechende Kontaktöffnungen für jede Leiterbahn (3) vorhanden sind, an die eine Kontaktierungseinrichtung (16) wie ein Steckergehäuse (17) aufgelötet, aufgeschweißt oder mit einer Pressfitverbindung leitend verbunden und befestigt ist.
Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (2) mit den Spulen (8) sowie ggf. der Kontaktierungseinrichtung (16) eine bauliche Einheit (20) ergeben.
Elektrische Verbindungseinrcihtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Kunststoff umspritzte bauliche Einheit (20) Montagemittel bzw. Montageöffnungen (24) aufweist, um die Einheit an einem Zylinderkopf zu montieren.