DE10236505B4

DE10236505B4 - Brennkraftmaschine mit einem Verbindungsmittel zum Verbinden eines ersten mit einem zweiten Abschnitt eines Kabelbaums an einem Zylinderkopf-Gehäuse

Info

Publication number: DE10236505B4
Application number: DE10236505A
Authority: DE
Inventors: Walter Hanning; Dietmar Lutze; Oscar Blasco Barrena
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Current assignee: Weidmueller Interface GmbH and Co KG; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2022-08-10
Also published as: US20060042602A1; EP1527274A1; EP1527274B1; DE50303221D1; DE10236505A1; US7225777B2; WO2004020814A1

Abstract

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf in dessen Gehäuse (2) ein Injektor (3) zum Einspritzen von Kraftstoff angeordnet wird, mit einem Kabelbaum zum Übertragen von Signalen von einem elektronischen Steuergerät (6) zum Injektor (3), wobei der Kabelbaum einen ersten Abschnitt (4) vom elektronischen Steuergerät (6) zum Zylinderkopf-Gehäuse (2) sowie einen zweiten Abschnitt (5) vom Zylinderkopf-Gehäuse (2) zum Injektor (3) umfasst, und mit einem Mittel zum Verbinden des ersten Abschnitts (4) mit dem zweiten Abschnitt (5) des Kabelbaums, welches über Rastnasen (15) am Zylinderkopf-Gehäuse (2) festgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (7) einen Klemmträger (8) zur Aufnahme von Klemmen (16) sowie eine Haube (9) als Hülle für ein Ende des ersten Abschnitts (4) des Kabelbaums mit abisolierten Adern umfasst, wobei die Klemme (16) eine Druckfeder (17) zum Ausüben einer Klemmkraft sowie eine Stromschiene (18) aufweist, der zweite Abschnitt (5) des Kabelbaums mit der Stromschiene (18) unlösbar verbunden ist sowie die abisolierten...

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Verbindungsmittel zum Verbinden eines ersten mit einem zweiten Abschnitt eines Kabelbaums an einem Zylinderkopf-Gehäuse nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff durch einen Injektor in den Brennraum eingespritzt. Hierbei bestimmt ein elektronisches Steuergerät über entsprechende Ansteuersignale den Schaltzustand des Injektors. Die Signalübertragung erfolgt über einen Kabelbaum. Da der Injektor innerhalb des Zylinderkopf-Gehäuses angeordnet ist, muss der Kabelbaum durch das Zylinderkopf-Gehäuse hindurchgeführt werden. Diese Durchführung ist kritisch, da das Zylinderkopf-Gehäuse gegenüber der Umwelt schmiermittel- und kraftstoffdicht sein muss. Aufgrund der Motorvibrationen ist der Kabelbaum an der Durchführung zusätzlich einer mechanischen Belastung ausgesetzt.

Die EP 0 454 895 B1 zeigt eine Durchführung für einen Kabelbaum an einem Zylinderkopf. Der Kabelbaum ist in eine Dichtung eingeschmolzen, welche zwischen dem Zylinderkopf und der Haube angeordnet wird. In einer weiteren Ausführung werden die Adern des Kabelbaums durch Bohrungen in der Dichtung hindurchgeschoben. Problematisch ist hierbei die mögliche mechanische Beschädigung des Kabelbaums aufgrund zu hoher Anzugsmomente beim Befestigen der Haube auf dem Zylinderkopf.

Die DE 197 34 970 A1 zeigt einen Zentralstecker, der mit dem Zylinderkopf-Gehäuse der Brennkraftmaschine verschraubt wird. Der Kabelbaum vom elektronischen Steuergerät zum Injektor besteht aus einem ersten und zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt erstreckt sich vom elektronischen Steuergerät bis zu einem Gegenstecker. Der zweite Abschnitt des Kabelbaums erstreckt sich im Inneren des Zylinderkopf-Gehäuses vom Zentralstecker zum Injektor. Über eine Dichtung verschließt der Zentralstecker den Zylinderkopf schmiermittel- und kraftstoffdicht. Problematisch beim Stecker-Buchsen-Konzept sind die Herstellungskosten der Teile selbst sowie die aufwendige Fertigung des ersten Abschnitts des Kabelbaums mit dem Gegenstecker. Erschwerend kommt hinzu, dass die Lebensdauer eines Stecker-Buchsen-Konzepts (3000 Betriebsstunden) gegenüber der Lebensdauer eines Großdieselmotors (größer 20000 Betriebsstunden) zu gering ist. Das Stecker-Buchsen-Konzept ist also bei Großdieselmotoren nicht einsetzbar.

Die US 5,642,704 und die US 6,189,511 B1 offenbaren ebenfalls ein konventionelles Stecker-Buchsen-Konzept, wobei der Stecker der US 6,189,511 über Rastnasen selbstarretierend am Zylinderkopf-Gehäuse festgesetzt wird. In Bezug auf die Herstellungskosten, den Fertigungsaufwand und die Lebensdauer bieten die beiden Lösungen jedoch keine weiteren Hinweise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, für die Schnittstelle Kabelbaum/Zylinderkopf-Gehäuse ein Verbindungsmittel bereitzustellen, welches kostengünstig, leicht montierbar und dicht ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die vorteilhaften Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Die Erfindung sieht vor, dass das Verbindungsmittel einen Klemmträger zur Aufnahme von Klemmen sowie eine Haube als Hülle für ein Ende des ersten Abschnitts des Kabelbaums mit abisolierten Adern umfasst. Jede Klemme besteht aus einer Druckfeder zum Ausüben einer Klemmkraft und einer Stromschiene. Mit der Stromschiene ist der zweite Abschnitt des Kabelbaums unlösbar verbunden, zum Beispiel durch Löten oder Crimpen. Zusätzlich wird der zweite Abschnitt des Kabelbaums im Klemmträger vergossen. Hierdurch wird die Dichtheit und Vibrationsstabilität garantiert. Die abisolierten Adern des ersten Abschnitts des Kabelbaums sind mittels der Druckfeder lösbar mit dem Klemmträger verbunden, indem diese zwischen der Druckfeder und der Stromschiene aufgrund der Federkraft festgehalten werden.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der Gegenstecker am Ende des ersten Abschnitts des Kabelbaums entfällt. Zum Anbringen des ersten Abschnitts des Kabelbaums am Klemmträger ist lediglich ein Schraubenzieher erforderlich. Zusätzlich garantiert die Klemmwirkung der Druckfeder eine gleichbleibende Klemmwirkung auch unter Vibrationsbelastung sowie einen gleichbleibenden Übergangswiderstand zwischen den Adern des ersten Abschnitts des Kabelbaums und der Stromschiene. Gegenüber einer konventionellen Schraub-Klemm-Verbindung entfällt das Nachziehen der Schraube. Bekanntermaßen tritt bei einer derartigen Verbindung ein Fließen des Kupfers und Setzen der Schraube auf.

Gemäß der Erfindung besitzt der Klemmträger eine umlaufende, geschlossene Nut, welche auf der den ersten Abschnitt des Kabelbaums zugewandten Seite angeordnet ist. In diese Nut greift ein an der Haube angeordneter Rastring ein, wodurch die Haube auf dem Klemmkörper festgesetzt wird. Über den Rastring in der Haube wird der Vorteil erzielt, dass die Haube mit einem daran befestigten Wellrohr-Schlauch jede beliebige Winkel-Lage auf dem Klemmträger gestattet.

Das Verbindungsmittel ist für die prognostizierte Lebensdauer eines Großdieselmotors ausgelegt, d. h. das Verbindungsmittel ist vibrationsstabil für diesen Zeitraum. Da die Einbauzeiten für Verschrauben, Abdichten und Ausrichten beim erfindungsgemäßen Verbindungsmittel entfallen, halbiert sich die erforderliche Montagezeit gegenüber einem Stecker-Buchsen-Konzept.

In den Zeichnungen sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichbleibenden Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
1 ein Übersichtsbild;
2 ein Verbindungsmittel, erste Ausführung (Einzelteil-Darstellung);
3 ein Verbindungsmittel, erste Ausführung (Zusammenbau-Darstellung);
4 ein Verbindungsmittel, zweite Ausführung (Einzelteil-Darstellung);
5 ein Verbindungsmittel, zweite Ausführung (Zusammenbau-Darstellung);
6 ein Verfahrensablauf zum Einbau
In 1 ist die untere Hälfte eines Zylinderkopf-Gehäuses 2 auf einem Kurbelgehäuse 1 der Brennkraftmaschine dargestellt. Im Zylinderkopf-Gehäuse 2 sind ein Injektor 3 und ein Ventiltrieb 24 angeordnet. Über eine Hochdruckleitung 22 wird dem Injektor 3 druckbeaufschlagter Kraftstoff zugeführt, beispielsweise aus einem Hochdruckspeicher eines Common-Rail-Systems. Der Schaltzustand des Injektors 3 wird über ein elektronisches Steuergerät 6 (EDC) festgelegt. Die Signalübertragung erfolgt über einen Kabelbaum. Dieser besteht aus einem ersten Abschnitt 4 und einem zweiten Abschnitt 5. Der erste Abschnitt 4 des Kabelbaums erstreckt sich vom elektronischen Steuergerät 6 bis zum Verbindungsmittel 7. Das Verbindungsmittel 7 stellt die Schnittstelle Kabelbaum/Zylinderkopf-Gehäuse dar. Der zweite Abschnitt 5 des Kabelbaums erstreckt sich im Inneren des Zylinderkopf-Gehäuses 2 vom Verbindungsmittel 7 zum Injektor 3. Das dem Verbindungsmittel 7 abgewandte Ende des zweiten Abschnitts 5 wird über einen Steckkontakt 23 mit dem Injektor 3 verbunden. In 1 ist das Verbindungsmittel 7 vor dem endgültigen Zusammenbau dargestellt. Hierbei befindet sich ein Klemmträger 8 bereits im festgesetzten Zustand am Zylinderkopf-Gehäuse 2. Am ersten Abschnitt 4 des Kabelbaums ist die Haube 9 und der erste Abschnitt 4 des Kabelbaums mit abisolierten Adern dargestellt.
Im Folgenden wird auf die 2 und 3 gemeinsam Bezug genommen. Hierbei zeigen 2 das Verbindungsmittel 7 in einer ersten Ausführung als Einzelteil-Darstellung und 3 als Zusammenbau-Darstellung. Das Verbindungsmittel 7 setzt sich aus folgenden Bauteilen zusammen: Haube 9, Klemmen 16, Abdeckung 19, Klemmträger 8 und Wellrohr-Schlauch 21. Über den Wellrohr-Schlauch 21 werden die Adern des Kabelbaums vor mechanischer Beschädigung aufgrund der Vibrationen geschützt.
Die Haube 9 besteht aus den I-förmigen Haubenteilen 9A und 9B. Diese sind über ein Kunststoff-Scharnier klappbar miteinander verbunden. Jedes Haubenteil trägt im Inneren einen Abschnitt eines Rastrings 11, Bezugszeichen 11A und 11B. Dieser Rastring 11 greift in eine Nut 12 des Klemmträgers 8 ein, siehe hierzu 3. Über diese Nut-Ring- Anordnung lässt sich die Haube 9 um 360 Grad auf dem Klemmkörper 8 drehen. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Haube 9 mit dem daran befestigten Wellrohr-Schlauch 21 jede beliebige Winkellage nach dem Anbringen des Verbindungsmittels 7 am Zylinderkopf einnehmen kann. Zwei Klemmen 16 werden in entsprechende Aussparungen des Klemmträgers 8 angeordnet. Jede Klemme 16 umfasst eine Druckfeder 17 und eine Stromschiene 18. Die Lagerung der Klemmen 16 erfolgt in einer entsprechenden Kontur auf der Oberseite des Klemmträgers 8 und der Abdeckung 19. In 2 ist die Abdeckung 19 zweiteilig ausgeführt, Bezugszeichen 19A und 19B. An einem Grundkörper 25 des Klemmträgers 8 sind mehrere Stege 26 mit Rastnasen 15 einstückig angeordnet. Über die Rastnasen 15 hintergreift der Klemmträger 8 die Wandung des Zylinderkopf-Gehäuses 2 nach der Montage. Über die Rastnasen 15 erfolgt also die Selbst-Arretierung des Klemmträgers 8. Zur Abdichtung des Klemmträgers 8 gegenüber dem Zylinderkopf-Gehäuse 2 ist eine Nut 20 zur Aufnahme eines O-Rings vorgesehen. Mit der Stromschiene 18 ist der zweite Abschnitt 5 des Kabelbaums unlösbar verbunden, zum Beispiel durch Löten oder Crimpen. Zusätzlich wird der zweite Abschnitt 5 des Kabelbaums im Klemmträger 8 vergossen. Hierdurch wird die Dichtheit und Vibrationsstabilität garantiert.
Im Folgenden wird auf die 4 und 5 gemeinsam Bezug genommen. Hierbei zeigen die 4 das Verbindungsmittel 7 in einer zweiten Ausführung als Einzelteil-Darstellung und die 5 als Zusammenbau-Darstellung. Die erste und zweite Ausführung des Verbindungsmittels 7 unterscheidet sich in der Ausführung der Haube sowie einer zusätzlichen Öse am Klemmträger 8 (4). Das Verbindungsmittel 7 setzt sich aus folgenden Bauteilen zusammen: Haube 10, Abdeckung 19, Klemmträger 8 und Wellrohr-Schlauch 21. An der Haube 10 sind zwei Stege 27 mit Rastnasen 13 angeordnet. Über diese Rastnasen 13 wird die Haube 10 in Ösen 14 des Klemmträgers 8 nach der Montage festgesetzt. Die weitere Funktionalität des Klemmträgers 8, der Klemme 16 und der Abdeckung 19 entsprechen den Ausführungen der 2 und 3.
In 6 ist ein Verfahrensablauf zum Einbau des Verbindungsmittels 7 in das Zylinderkopf-Gehäuse 2 einer Brennkraftmaschine dargestellt. In einem Schritt S1 wird der Klemmträger 8 mit dem zweiten Abschnitt 5 des Kabelbaums in das Zylinderkopf-Gehäuse 2 eingesetzt, wobei die Rastnasen 15 die Gehäusewandung hintergreifen und den Klemmträger 8 festsetzen. In einem Schritt S2 wird danach der zweite Abschnitt 5 des Kabelbaums mit dem Injektor 3 verbunden. In einem Schritt S3 werden die abisolierten Adern des ersten Abschnitts 4 des Kabelbaums mit dem Klemmträger 8 (Klemme 16) lösbar verbunden. In einem letzten Schritt S4 wird die Haube 9 bzw. die Haube 10 mit dem Wellrohr-Schlauch 21 am Klemmträger 8 festgesetzt.

1: Kurbelgehäuse
2: Zylinderkopf-Gehäuse
3: Injektor
4: Kabelbaum, erster Abschnitt
5: Kabelbaum, zweiter Abschnitt
6: Elektronisches Steuergerät (EDC)
7: Verbindungsmittel
8: Klemmträger
9: Haube, erste Ausführung
9A, 9B: Haubenteile
10: Haube, zweite Ausführung
11: Rastring (Haube)
11A, 11B: Abschnitt
12: Nut
13: Rastnase (Haube)
14: Öse
15: Rastnase (Klemmträger)
16: Klemme
17: Druckfeder
18: Stromschiene
19: Abdeckung
19A, 19B: Abdeckungsteil
20: Nut
21: Wellrohr-Schlauch
22: Hochdruckleitung
23: Steckkontakt
24: Ventiltrieb
25: Grundkörper
26: Steg
27: Steg

Claims

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf in dessen Gehäuse (2) ein Injektor (3) zum Einspritzen von Kraftstoff angeordnet wird, mit einem Kabelbaum zum Übertragen von Signalen von einem elektronischen Steuergerät (6) zum Injektor (3), wobei der Kabelbaum einen ersten Abschnitt (4) vom elektronischen Steuergerät (6) zum Zylinderkopf-Gehäuse (2) sowie einen zweiten Abschnitt (5) vom Zylinderkopf-Gehäuse (2) zum Injektor (3) umfasst, und mit einem Mittel zum Verbinden des ersten Abschnitts (4) mit dem zweiten Abschnitt (5) des Kabelbaums, welches über Rastnasen (15) am Zylinderkopf-Gehäuse (2) festgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (7) einen Klemmträger (8) zur Aufnahme von Klemmen (16) sowie eine Haube (9) als Hülle für ein Ende des ersten Abschnitts (4) des Kabelbaums mit abisolierten Adern umfasst, wobei die Klemme (16) eine Druckfeder (17) zum Ausüben einer Klemmkraft sowie eine Stromschiene (18) aufweist, der zweite Abschnitt (5) des Kabelbaums mit der Stromschiene (18) unlösbar verbunden ist sowie die abisolierten Adern des ersten Abschnitts (4) des Kabelbaums mittels der Druckfeder (17) lösbar mit dem Klemmträger (8) verbunden sind, der Klemmträger (8) eine umlaufende, geschlossene Nut (12) aufweist, welche auf der den ersten Abschnitt (4) des Kabelbaums zugewandten Seite angeordnet ist, die Haube (9) einen Rastring (11) aufweist und die Haube (9) auf dem Klemmträger (8) festgesetzt ist indem der Rastring (11) in die Nut (12) des Klemmträgers (8) eingreift.
Brennkraftmaschine mit einem Verbindungsmittel (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube (9) aus zwei Haubenteilen (9A, 9B) besteht, welche über ein Kunststoff-Scharnier klappbar miteinander verbunden sind.
Brennkraftmaschine mit einem Verbindungsmittel (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmträger (8) eine Abdeckung (19) als weitere Lagerung für die Klemme (16) aufweist.
Brennkraftmaschine mit einem Verbindungsmittel (7) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmträger (8) eine umlaufende Nut (20) zur Aufnahme eines Dichtungsrings aufweist.
Brennkraftmaschine mit einem Verbindungsmittel (7) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Haube (9) ein Wellrohr-Schlauch (21) angeordnet ist.