DE10303533A1 - Integriertes Kraftstoffversorgungs- und elektronisches Antriebssteuerungsmodul und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Integriertes Kraftstoffversorgungs- und elektronisches Antriebssteuerungsmodul und Verfahren zur Herstellung

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Abstract

Ein integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem mit einem Ansaugkrümmer (104), der einen Teil eines Luftstromes empfängt und einem Motor (401) Luft zuführt und einem Einspritzabstandshalter (102), der die Luft von dem Ansaugkrümmer (104) empfängt. Der Einspritzabstandshalter (102) umfasst einen Kabelbaum (106). Ein Steuerungsmodul (103) ist an dem Einspritzabstandshalter (102) angrenzend zu dem Ansaugkrümmer (104) des Motors (401) angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Kraftstoffversorgungssystem für Brennkraftmaschinen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein multifunktionelles Kraftstoffversorgungssystem.
  • In Automobilen und dergleichen benutzte Brennkraftmaschinen verwenden hoch entwickelte Motorensteuerungstechniken, die eine Vielzahl von Sensoren und Aktuatoren verwenden, die mit Antriebssteuerungsmodulschaltkreisen in Verbindung stehen. Motorsteuerungen, die von diesen Systemen bereitgestellt werden, können bei dem Betrieb des Fahrzeuges eine erhöhte Leistung, eine reduzierte Emission und höhere Zuverlässigkeit bewirken.
  • Die Antriebssteuerungsmodulschaltkreise (PCM) können in der Nähe der Fahrzeugspritzwand angeordnet sein, um eine sichere Befestigung der Schaltkreise entfernt von den Hochtemperaturkomponenten des Motors zu erreichen und eine Kommunikation mit den Fahrerinstrumenten in der Fahrgastzelle zu ermöglichen.
  • Die PCM kommuniziert mit einer Vielzahl von Sensoren, die an oder in der Nähe von dem Motor angeordnet sind, z. B. Sensoren für den Luftmassenfluss, Motortemperatur, Drosselklappenposition, Motordrehzahl und Kurbelwellenposition. Mittels dieser zugeführten Sensorsignale erzeugt die PCM Aktuatorsignale, die zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzdüsen, Zündspulen und dergleichen benutzt werden.
  • Viele der Versorgungssystemeinheiten sind oft starr an dem Motor und eng beabstandet zueinander befestigt und weisen eine Anzahl von starren Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten der unterschiedlichen Systeme auf. Deshalb ist es für den Zugriff auf eine Systemeinheit häufig erforderlich, eine Anzahl von starren Verbindungen zu lösen, als auch eine Anzahl von Komponenten zu entfernen, um Zugriff zu den gewünschten Komponenten zu erhalten.
  • Folglich ergibt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung anzugeben, bei der die oben genannten Nachteile beseitigt sind. Insbesondere ist es Aufgabe ein Kraftstoffversorgungssystem anzugeben, das eine einfache und kostengünstige Endmontage ermöglicht und bei dem der Aufwand zur Anbindung unterschiedlicher Sensoren oder Aktoren oder Steuerungsmodule gering ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem das einen Ansaugkrümmer, dem ein Teil eines Luftstroms zugeführt wird und der einem Motor Luft zuführt und einen Einspritzabstandshalter aufweist, dem die Luft vom Ansaugkrümmer zugeführt wird. Der Einspritzabstandshalter umfasst einen Kabelbaum. An dem Einspritzabstandshalter ist ein an den Ansaugkrümmer des Motors angrenzendes Steuerungsmodul angeordnet.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem für ein Fahrzeug mit einem Motor und einem Ansaugkrümmer, dem einen Teil eines Luftstromes zugeführt wird. Das integrierte Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem umfasst einen Einspritzabstandshalter mit einem Gussteil, einen mit dem Gussteil verbundenen Kabelbaum, eine Kraftstoffleitung und einen Überzug, der mit dem Gussteil, dem Kabelbaum und der Kraftstoffleitung verbunden ist. Der Einspritzabstandshalter ist zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Motor angeordnet. Das integrierte Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem enthält auch eine PCM, die in einem Luftstrom an dem Einspritzabstandshalter angeordnet ist, der von dem Ansaugkrümmer zugeführt wird. Die PCM ist mit dem Kabelbaum verbunden.
  • Ein weiterer Aspekt wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines überzogenen Einspritzabstandshalters angegeben, bei dem ein Gussteil, eine Kraftstoffleitung und ein Kabelbaum in einem Spritzgusswerkzeug platziert werden. Das Spritzgusswerkzeug überzieht das Gussteil, die Kraftstoffleitung und den Kabelbaum mit einem glasgefüllten Nylonmaterial.
  • In jeder Beziehung bewirkt die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass die Anzahl von Teilen reduziert wird und Gewichtseinsparungen erzielt werden. Durch das Verschieben der PCM auf eine Position am Motor werden zusätzlich die Kosten und die Komplexität des Fahrzeugkabelbaums reduziert. Weitere Ausführungsbeispiele und. Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche bei Betrachtung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.
  • Fig. 1A zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines integrierten Antriebssteuerungssystems (IPCS), gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 1B zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine IPCS gemäß Fig. 1A;
  • Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Einspritzabstandshalters, gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Einspritzabstandshalters nach Fig. 2; und
  • Fig. 4 zeigt eine Frontansicht der IPCS von Fig. 1A, die zwischen einem Ausführungsbeispiel eines Motors und einem Ansaugkrümmer gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
  • Fig. 1A zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines integrierten Antriebssteuerungssystems (IPCS) 100. Die IPCS 100 umfasst einen Einspritzabstandshalter 102 und ein Antriebssteuerungsmodul 103 (PCM), dass an dem Einspritzabstandshalter 102 angeordnet ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Einspritzabstandshalter 102 an einem in Fig. 4 gezeigten Motor 401 befestigt, der ein oder mehrere Zylinder aufweist. Der Einspritzabstandshalter 102 ist über den Zylindern befestigt. Ein oberer Ansaugkrümmer 104 ist an der Oberseite des Einspritzabstandshalters 102 befestigt, so dass die PCM 103 sowohl an den oberen Ansaugkrümmer 104 und einen vom oberen Ansaugkrümmer 104 zugeführten Luftstrom angrenzt. In der Nähe des oberen Ansaugkrümmers 104 sind viele Komponenten angeordnet. Die Integrierung in ein einziges System kann die Anzahl der Teile reduzieren und die Endmontage vereinfachen. Fig. 1B zeigt eine perspektivische Ansicht der IPCS 100 von Fig. 1A. Wie in Fig. 1B gezeigt, weist die PCM 103 einen Kabelbaumsteckverbinder 111 auf.
  • Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Einspritzabstandshalters 102 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Einspritzabstandshalter 102 umfasst ein Gussteil 220, eine Kraftstoffleitung 105, einen mit dem Gussteil 220 verbundenen Kabelbaum 106 und einen Überzug 221, mit dem das Gussteil 220 und der Kabelbaum 106 überzogen sind.
  • Das Gussteil 220 umfasst ein Luftführungselement 220 und Bolzenbohrungen 223. Das Gussteil 220 dient zur Erleichterung der Luftzufuhr in den und der Luftabführung aus dem Motorblock über den oberen Ansaugkrümmer 104 (Fig. 1B). Das Gussteil 220 wird auch zur Wärmeabführung von der PCM 103 benutzt. Typischerweise ist das Gussteil 220 als ein Aluminiumgussteil ausgebildet, obwohl auch ein Stahlguss oder ein anderer Guss verwendet werden kann. Aluminium wird aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium verwendet. Somit kann das Aluminium-Gussteil 220 als ein Kühlkörper verwendet werden.
  • Der Kabelbaum 106 umfasst einen Zündspulensteckverbinder 107, einen Kraftstoffeinspritzdüsensteckverbinder 108 und einen PCM-Steckverbinder 224. In der vorliegenden Erfindung sind der Zündspulensteckverbinder 107, der Kraftstoffeinspritzdüsensteckverbinder 108 und der PCM-Steckverbinder 224 integrierte Steckverbinder und weiter unten beschrieben. Der Kabelbaum 106 kann mit der Unterseite des Gussteils 220 über Clips oder andere Verbinder an dem Kabelbaum 106 verbunden werden. In der vorliegenden Erfindung ist der Kabelbaum 106 mit der Unterseite des Gussteils durch ein weiter unten beschriebenes Spritzgussverfahren verbunden. Der Kabelbaum 106 kann auch andere Steckverbinder zur Verbindung mit verschiedenen anderen Komponententypen umfassen, beispielsweise solche, die an einem Standardkabelbaum befestigt sind. Der Kabelbaum 106 stellt eine elektrische Verbindung zwischen einer Zündspule 110 und einer Kraftstoff- Einspritzdüse 109 und der PCM 103 her, indem der Kabelbaumsteckverbinder 111 mit dem PCM-Steckverbinder 224 verbunden wird; der Kabelbaum 106 kann jedoch auch direkt in die PCM 103 verlegt sein, wodurch die Notwendigkeit für einen Kabelbaumsteckverbinder 111 und einen PCM- Steckverbinder 224 entfällt. Fig. 1B zeigt den Kabelbaum 106, der elektrisch mit sechs Zündspulen 110, sechs Kraftstoff-Einspritzdüsen 109 und der PCM 103 über den Kabelbaumsteckverbinder 111 verbunden ist; die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in der Ausgestaltung an jede Zündspulen- und Kraftstoff-Einspritzdüsenanzahl angepasst werden. Es gibt eine 1 : 1 Übereinstimmung der Anzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen 109, Zündspulen 110 und der Zylinderanzahl im Motor 401. Typischerweise ist ein Kabelbaum 106 ein integrierter silikonüberzogener Kabelbaum; es können jedoch auch andere Arten von Kabelbäumen verwendet werden, beispielsweise ein integrierter polyurethanüberzogener Kabelbaum, ein Standardkabelbaum und später entwickelte Kabelbäume. Zündspule 110, Kraftstoff- Einspritzdüse 109 und Kraftstoffleitung 105 arbeiten in bekannter Art und Weise.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vollständig montierten Einspritzabstandshalters 102. Der Einspritzabstandshalter 102 wird in einem Gussverfahren hergestellt. Bei dem Gussverfahren wird das Aluminium-Gussteil, die Kraftstoffleitung 105 und der silikonüberzogene Kabelbaum 106 in einem Spritzgusswerkzeug platziert und diese Baueinheit mit dem Überzug 221 überzogen. Es werden typischerweise zwei Kraftstoffleitungen 105 in dem Spritzgusswerkzeug platziert. Typischerweise besteht der Überzug 221 aus glasgefülltem Nylonmaterial; der Überzug 221 kann jedoch auch aus jedem Hochtemperaturpolymer oder anderem Material bestehen.
  • Der Kraftstoffeinspritzdüsensteckverbinder 108, der Zündspulensteckverbinder 107 und der PCM-Steckverbinder 224 sind integrierte Steckverbinder. Durch die Benutzung von integrierten Steckverbindern wird eine einfache Montage am Motorblock und Verbindung mit den entsprechenden Teilen ermöglicht. Integrierte Steckverbinder verbessern auch die Zuverlässigkeit, da die entsprechenden Teile erst dann elektrisch verbunden werden, wenn der Einspritzabstandshalter 102 montiert ist. Es können auch andere Steckverbinder verwendet werden, beispielsweise solche, die an Standardkabelbäumen befestigt sind.
  • Während des Gussverfahrens wird ein Wärmesenkengebiet 301 auf einem oberen Teil des Einspritzabstandshalters 102 erzeugt, indem ein Teil des Aluminium-Gussteiles 220 zur Befestigung der PCM 103 unüberzogen bleibt. Die Endmontage des IPCS 100 wird im Folgenden diskutiert.
  • In den Fig. 1A, 1B, 3 und 4 ist der Einspritzabstandshalter 102 über einem Zylinder des Motors 410 platziert, so dass das Luftführungselement 222 in allgemeiner Nähe zu einem entsprechenden Zylinder angeordnet ist, wodurch es ermöglicht wird, die Luft durch den Krümmer 104 und den Einspritzabstandshalter 102 in jeden der Zylinder des Motors 401 strömen zu lassen. Der Ansaugkrümmer 104 ist oben auf dem Einspritzabstandshalter 102 angeordnet. Der obere Ansaugkrümmer 104 und der Einspritzabstandshalter 102 sind mit dem Motor mit Bolzen verschraubt, die durch den Ansaugkrümmer 104, die Bolzenlöcher 223 und in den Motor geführt werden. Typischerweise sind zwei Bolzenbohrungen 223 pro Luftführungselement 222 vorgesehen. Die Bolzenbohrungen 223 nehmen Befestigungsbolzen auf, die zur Verbindung des oberen Ansaugkrümmers 104 und des Einspritzabstandshalters 102 mit dem Motor 401 verwendet werden. Da zwischen dem Einspritzabstandshalter und dem Motor eine Dichtungsmanschette eingefügt ist, stellen die Befestigungsbolzen eine gute Dichtung her, es können jedoch auch andere Bolzen verwendet werden.
  • Die PCM 103 ist am Einspritzabstandshalter 103 an dem Wärmesenkengebiet 301 befestigt. Die PCM 103 steuert die elektrischen Geräte in einem Fahrzeug oder die mit Motorsteuerung verbunden sind. Die PCM 103 ist typischerweise mit Gewindeschrauben befestigt. Vier Schrauben stellen einen guten Oberflächenkontakt zwischen der PCM und dem Wärmesenkengebiet 301 sicher, es können jedoch auch weniger oder mehr Schrauben verwendet werden. Zwischen der PCM 103 und dem Wärmesenkengebiet 301 kann zusätzlich ein thermisch leitendes Band verwendet werden, um eine gute thermische Leitfähigkeit sicherzustellen. Bei der IPCS 100 kann bei einer sehr hohen Integration ein flexibles Flachkabelsubstrat verwenden werden, bei einer konventionellere PCM werden ein Dickfilmsubstrat, bspw. FR4 oder Keramik oder andere derzeit bekannte oder besser entwickelte Substrate, verwendet.
  • Die PCM 103 kann eine Leiterplatte, aktive oder passive integrierte Schaltkreise umfassen, beispielsweise einen Mikroprozessor oder eine Applikations-spezifische integrierte Schaltung (ASIC). Die PCM ist typischerweise von einem Metall oder einem Hochtemperatur-Kunststoff abgedeckt.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die PCM zu dem oberen Ansaugkrümmer 104 angrenzend angeordnet. Die PCM wird vor den hohen Temperaturen in dem Gebiet nahe dem oberen Ansaugkrümmer 104 geschützt, da das eingegossene Aluminium-Gussteil 220 als Kühlkörper fungiert. Durch das Platzieren der PCM in die Nähe des oberen Ansaugkrümmers 104 wird es der PCM 103 außerdem ermöglicht, den Luftstrom, der in den oberen Ansaugkrümmer 104 strömt, als Wärmeabführungsmedium zu nutzen. Wie oben erwähnt, wird durch die Platzierung der IPCS 100 in diesem Gebiet eine zusätzliche Integration von Sensoren/Aktuatoren ermöglicht, bspw. die Integration von elektronischen Drosselklappenkörper, EGR, Kraftstoffdrucksensoren, Sensoren für Luftmassenströme, Motortemperatur, Motordrehzahl und Kurbelwellenposition.
  • Die vorstehende detaillierte Beschreibung dient für verschiedene gegenständliche Ausführungsbeispiele der Erfindung nur der erläuternden Veranschaulichung. Physikalische Variationen der Erfindung, die in der Beschreibung nicht umfassend beschrieben wurden, können durch einen Blick auf die Ansprüche umfasst sein. Entsprechend soll jede eingeschränkte Beschreibung von Elementen in der Beschreibung als generelle Anleitung und nicht zur ungebührenden Beschränkung jeder breiteren Beschreibung der Elemente in den folgenden Ansprüchen verwendet werden.

Claims (10)

1. Integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem, umfassend:
einen Ansaugkrümmer (104), der einen Teil eines Luftstromes empfängt und einem Motor (401) Luft zuführt; und
einen Einspritzabstandshalter (102), der die Luft von dem Ansaugkrümmer (104) empfängt; wobei der Einspritzabstandshalter (102) einen Kabelbaum (106) umfasst;
ein Steuerungsmodul (103), das an dem Einspritzabstandshalter (102) angrenzend zu dem Ansaugkrümmer (104) des Motors (401) angeordnet ist; wobei das Steuerungsmodul (103) mit dem Kabelbaum (106) verbunden ist.
2. Integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 2, bei dem das Steuerungsmodul (103) ein Antriebssteuerungsmodul (PCS) umfasst.
3. Integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Einspritzabstandshalter (102) ein Gussteil (220) umfasst; wobei der Kabelbaum (106) mit dem Gussteil (220) verbunden ist; und ein Überzug (221) der mit dem Gussteil (220) und dem Kabelbaum (106) verbunden ist.
4. Integriertes Antriebssteuerungssystem (IPCS) nach Anspruch 1, wobei der Einspritzabstandshalter (102) eine Kraftstoffleitung (105) umfasst.
5. Integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Einspritzabstandshalter (102) zwischen dem Motor (401) und dem Ansaugkrümmer (104) angeordnet ist.
6. Integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Ansaugkrümmer (104) ein oberer Ansaugkrümmer (104) ist.
7. Integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Einspritzabstandshalter (102) zwei Kraftstoffleitungen (105) umfasst.
8. Integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Kabelbaum (106) ein Antriebssteuerungsmodulsteckverbinder (224), einen Zündspulensteckverbinder (107) und einen Kraftstoffeinspritzdüsensteckverbinder (108) umfasst.
9. Integriertes Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Kabelbaum (106) Polyurethan enthält.
10. Das integrierte Steuerungs- und Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Kabelbaum (106) Silikon enthält.
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