DE19611024C1 - Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Kraft­ fahrzeug, insbesondere mit einem Bordnetz mit mehreren Teil­ stromkreisen.

Eine bekannte Schalteinrichtung (EP O 495 422 A2) weist meh­ rere Module auf, die jeweils einem Teilstromkreis des Bord­ netzes zugeordnet sind. In den Modulen ist jeweils eine Si­ cherung und ein Relais angeordnet, das einen Kontakt auf­ weist, über den der jeweilige Teilstromkreis mit einer Strom­ schiene elektrisch leitend verbunden werden kann, die von ei­ ner Fahrzeugbatterie gespeist wird. Die Module sind auf einer als Haltevorrichtung dienenden Steckplatte befestigt, die Si­ gnalleitungen zur Informationsübertragung zwischen den ein­ zelnen Modulen enthält.

Es ist die betriebliche Praxis eine derartige Schalteinrich­ tung im Motorraum des Kraftfahrzeugs anzuordnen. Da die Re­ lais große Ströme an- und ausschalten können müssen, ist für eine ausreichende Kühlung der Schalteinrichtung Sorge zu tra­ gen. So wird die Schalteinrichtung beispielsweise in einem von dem restlichen Motorraum durch ein Schirmblech getrennten Raum, in der Nähe eines Lüfters für den Innenraum des Kraft­ fahrzeugs oder in einem Radkasten des Kraftfahrzeugs angeord­ net.

Die bekannten Anordnungen der Schalteinrichtung haben alle den Nachteil, daß sie nicht mit mehreren Komponenten, wie z. B. einem Ansaugtrakt, einer Motorsteuerung oder einem Kraftstoffeinspritzsystem zu einem Modul zusammengefaßt und in ihrer Gesamtheit auf ihre Funktionstüchtigkeit geprüft werden können. Dies ist insbesondere bei Großserienfertigun­ gen mit verschiedenen Fertigungsstandorten ein Nachteil, da die Schalteinrichtung erst bei der Endmontage des Kraftfahr­ zeugs mit Verbrauchern über elektrisch leitende Kabelverbin­ dungen verbunden werden kann.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen der Schalt­ einrichtung ist, daß sie jeweils nicht in der unmittelbaren Umgebung des Motorblocks der Brennkraftmaschine angeordnet ist, in dessen Umgebung sich eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern befindet. Demnach weisen die elektrisch leiten­ den Kabelverbindungen zu den elektrischen Verbrauchern eine erhebliche Länge auf. Dies führt zu erhöhten Kosten und er­ höhten Leitungsverlusten, da der Spannungsabfall über der Leitung proportional zu ihrer Länge ist.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Bereich des Motorblocks (bis zu 140°C) hat es die Fachwelt bisher für nicht möglich gehalten eine derartige Schalteinrichtung, bei der eine gute Verlustwärmeabfuhr gewährleistet sein muß, in der Nähe des Motorblocks anzuordnen.

Eine bekannte zentrale Steuerungseinheit (DE 37 12 243 A1) für ein Einspritz- oder Zündsystem einer Brennkraftmaschine ist mit einem Kühlkörper thermisch gekoppelt. Der Kühlkörper ist an einer Ansaugleitung angeordnet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung so auszubilden und derart im Kraftfahrzeug anzuordnen, daß sie die oben genannten Nachteile vermeidet und daß bei allen Be­ triebsbedingungen der Brennkraftmaschine eine gute Ver­ lustwärmeabfuhr gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Demnach sind Schaltelemente auf einem Trägerkörper angeordnet und die Schalteinrichtung ist an ei­ nem Ansaugkörper des Ansaugtraktes derart angeordnet, daß der Trägerkörper einen Wandbereich des Ansaugkörpers bildet. Der Ansaugkörper ist mit einer Aussparung versehen, in die der Trägerkörper so eingepaßt wird, daß eine strömungsgünstige Kontour des Ansaugkörpers nicht verändert wird. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung hat den Vorteil, daß die Ver­ lustwärme über den Trägerkörper an die Luft oder das Luft­ kraftstoffgemisch abgegeben wird, die bzw. das den Ansaugkör­ per in dem Wandbereich durchströmt. Eine hohe Umgebungstempe­ ratur im Bereich des Ansaugtraktes, die durch Wärmeabstrah­ lung von der benachbarten Brennkraftmaschine herrührt, hat einen vernachlässigbaren Einfluß auf das Wärmeverhalten der Schalteinrichtung, da die Verlustwärme größtenteils über den Trägerkörper abgeführt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie die Integra­ tion von dem Ansaugtrakt und der Schalteinrichtung zu einem Ansaugmodul ermöglicht. Insbesondere bei Großserien und bei unterschiedlichen Fertigungsstandorten erlaubt dies eine zu­ verlässigere und einfachere Montage des Gesamtsystems Kraft­ fahrzeugs. Daher ist es auch besonders vorteilhaft zusätzli­ che Steuergeräte, wie z. B. die Motorsteuerung oder eine elektronische Motorleistungssteuerung, und das Gemischbil­ dungssystem in das Ansaugmodul zu integrieren.

Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung umfaßt darüber hinaus eine Steuereinheit, die die Schaltelemente ansteuert und überwacht. Die Steuereinheit ist über Signalleitungen mit an­ deren Steuergeräten im Kraftfahrzeug verbunden und steuert in Abhängigkeit von den dort anliegenden Steuersignalen die Schaltelemente an. Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung einen Busanschluß (z. B. CAN-Bus) auf, über den sie Daten mit anderen Steuergeräten austauschen kann.

Die Steuereinrichtung verfügt vorzugsweise auch über elek­ trisch leitende Verbindungen zu den Ein- und Ausgangsleitun­ gen der Schaltelemente und kann demnach die Ein- und Aus­ gangsleitungen auf Nebenschlüsse und Unterbrechungen überwa­ chen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schalteinrichtung an einem Saugrohr angeordnet. Diese Anord­ nung zeichnet sich durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Saugrohr während des Betriebes der Brennkraftma­ schine aus, so daß hier eine besonders gute Verlustwärmeab­ fuhr über den Trägerkörper gewährleistet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Schalteinrichtung in einem Hohlkörper angeordnet. Da­ durch vereinfacht sich die Schalteinrichtung, da auf ein Ge­ häuse verzichtet werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlkörper eine Unterdruckspeicherkammer, die den Un­ terdruck speichert, der beim Ansaugen der Luft im Teillastbe­ trieb der Brennkraftmaschine in dem Saugrohr entsteht. Die Anordnung der Schalteinrichtung in dem Unterdruckspeicher er­ möglicht eine äußerst platzsparende Ausführung der Erfindung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Schalteinrichtung benachbart zu einer Motorsteuerung angeordnet. Dadurch wird der Aufwand für die Verkabelung mit der Motorsteuerung verringert. Gegebenenfalls kann auf die Verkabelung zwischen der Schalteinrichtung und der Motor­ steuerung ganz verzichtet werden, wenn die Motorsteuerung und die Schalteinrichtung über elektrisch leitende Steckverbin­ dungen direkt verbunden werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt durch einen Ansaugtrakt einer Brenn­ kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit der erfin­ dungsgemäßen Steuereinrichtung,

Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung der in einer Unter­ druckspeicherkammer gemäß Fig. 1 angeordneten Steu­ ereinrichtung,

Fig. 3: ein Blockschaltbild eines Bordnetzes mit der Schalt­ einrichtung,

Fig. 4: einen Schnitt durch ein Saugrohr bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Gleiche Elemente werden figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Ein Ansaugtrakt 1 weist einen zylinderförmigen Sammler 11 auf, von dem beginnend an einem Einlaß 12 sich ein Saugrohr 13 entlang des Umfangs des Sammlers 11 bis hin zu einem nicht dargestellten Einlaßkanal 14 am Zylinderkopf der Brennkraft­ maschine erstreckt. Der Sammler 11 steht über einen Drossel­ klappenstutzen 15 mit der Außenluft in Verbindung, der an ei­ nem Flansch 16 dichtend angeordnet ist.

Der Ansaugtrakt 1 umfaßt eine Unterdruckspeicherkammer 17, in der der Unterdruck der Luft gespeichert wird, der insbesonde­ re beim Ansaugtakt der Brennkraftmaschine im Saugrohr 13 bei Teillast entsteht. Diese Unterdruckspeicherkammer 17 stellt den benötigten Unterdruck zum Schalten eines Druckschalters zur Verfügung. Durch einen derartigen Druckschalter wird bei­ spielsweise eine Schaltwalze 18 betätigt. Je nachdem, ob die Schaltwalze 18 eine Einmündungsöffnung 18a verschließt oder freigibt, hat das Saugrohr 13 eine wirksame Länge von dem Einlaß 12 bis zu dem Einlaßkanal 14 am Zylinderkopf bzw. von der Einmündungsöffnung 18a bis zu dem Einlaßkanal am Zylin­ derkopf. Dadurch wird eine gute Aufladung der Zylinder der Brennkraftmaschine mit Luft-/Kraftstoffgemisch sowohl bei niedrigen und mittleren als auch bei höheren Drehzahlen er­ reicht.

Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung 2 ist in diesem Aus­ führungsbeispiel in der Unterdruckspeicherkammer 17 angeord­ net. Sie kann aber ebenso in einem beliebigen anderen Hohl­ körper angeordnet sein, der in dem Ansaugtrakt 1 vorhanden ist und an einen Ansaugkörper angrenzt.

Die Schalteinrichtung wird im Detail in Fig. 2 beschrieben. Die Schalteinrichtung 2 ist so ausgebildet, daß ihr Träger­ körper 21 an die Kontour des Saugrohres 13 so angepaßt ist, daß die in Richtung des Pfeils 19 strömende Luft strömungs­ günstig durch das Saugrohr strömt.

Der Trägerkörper 21 (Fig. 2) ist so ausgebildet, daß er in eine Öffnung zum Saugrohr 13 so eingepaßt werden kann, daß er einen Wandbereich des Saugrohres 13 bildet und gleichzeitig die Unterdruckspeicherkammer 17 dichtend gegenüber dem Saug­ rohr 13 abschließt. Der Trägerkörper umfaßt einen ersten Leitkörper (im folgenden mit erster Stromschiene 211 bezeich­ net) und einen zweiten Leitkörper (im folgenden mit zweiter Stromschiene 212 bezeichnet), wobei eine der Stromschienen 211, 212, - in diesem Ausführungsbeispiel die Stromschiene 211 - mit einem Pol der elektrischen Energieversorgung des Bordnetzes, d. h. mit dem Versorgungspotential elektrisch lei­ tend verbunden ist. Die andere Stromschiene - in diesem Aus­ führungsbeispiel die zweite Stromschiene 212 - ist mit dem anderen Pol, d. h. der Masse verbunden.

Zwischen der ersten Stromschiene 211 und der zweiten Strom­ schiene 212 ist eine Isolationsschicht 213 angeordnet. Es ist vorteilhaft, wenn die Isolationsschicht aus Aluminiumoxid be­ steht, da diese dann aufgrund der guten Isolationseigenschaf­ ten dieses Materials schmal ausgebildet sein kann, was gut für die Schwingungsunterdrückung ist. Die Unterdruckspeicher­ kammer 17 besteht beispielsweise aus Kunststoff, so daß keine Kurzschlußverbindung durch den Kontakt des Trägerkörpers 21 mit der Unterdruckspeicherkammer 17 zwischen der ersten und zweiten Stromschiene entstehen kann.

Auf der ersten Stromschiene 211 sind Schaltelemente in Form von elektronischen und elektromechanischen Schaltern (221), wie z. B. Leistungstransistoren über Befestigungsmittel an der ersten Stromschiene 211 befestigt. Auf der zweiten Strom­ schiene sind weitere Schaltelemente in Form von Sicherungen (222), wie z. B. Leistungsdioden (Freilaufdiode) mit Befesti­ gungsmitteln 23 b befestigt. Eine Steuereinheit 24 ist über Ansteuerleitungen mit dem elektronischen oder elektromechani­ schen Schalter 221 und den Sicherungen 222 verbunden. Die Steuereinheit 24 befindet sich beispielsweise auf einer Lei­ terplatte. Die Schaltelemente und die Steuereinheit 24 können ggf. von einer Vergußmasse umspritzt sein, um sie vor mecha­ nischen Beschädigungen oder vor Feuchtigkeit zu schützen. Diese Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich insbesonde­ re durch ihren kompakten Aufbau aus, da die Schalteinrichtung 2 in dem ohnehin vorhandenen Unterdruckspeicher verbaut wird.

In Fig. 3 ist die Schalteinrichtung 2 in einem Blockschalt­ bild mit dem Bordnetz dargestellt. Die elektronischen oder elektromechanischen Schalter 221a bis 221d sind jeweils mit der ersten Stromschiene 221 elektrisch leitend verbunden. Die erste Stromschiene 221 ist mit der elektrischen Energiever­ sorgung verbunden, die beispielsweise eine Fahrzeugbatterie oder ein Generator ist.

Die Ausgänge der elektronischen oder elektromechanischen Schalter 221a bis 221d sind einerseits elektrisch leitend mit je einem Verbraucher verbunden, andererseits mit dem Eingang einer Sicherung 222a bis 222d, z. B. einer Leistungsdiode, de­ ren Ausgang mit dem Bezugspotential (Masse) verbunden ist. Der Verbraucher, der mit dem elektronischen oder elektrome­ chanischen Schalter 221a, 221b verbunden ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Zündspule bzw. eine Benzinpumpe. Der Verbraucher, der mit dem elektronischen oder elektromechani­ schen Schalter 221c, 221d verbunden ist, ist ein Nockenwel­ lensteller 6 bzw. eine Motorsteuerung 7. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel sind vier elektronische oder elektromechanische Schalter 221a bis 221d und die diesen zugeordneten Sicherun­ gen 221a-222d und Verbraucher dargestellt. Die erfindungs­ gemäße Schalteinrichtung 2 kann aber ebenso für eine andere Anzahl von Verbrauchern und auch andere Verbraucher ausgebil­ det sein.

Die Steuereinheit 24 ist über Steuerleitungen mit den Steuer­ eingängen der elektronischen oder elektromechanischen Schal­ ter 221a-221d verbunden. Sie ist darüber hinaus über Dia­ gnoseleitungen (strichpunktiert gezeichnet) mit der ersten Stromschiene 211 und den Ausgängen der elektronischen oder elektromechanischen Schalter 221a-221d verbunden.

In der Steuereinrichtung 24 ist desweiteren eine erste Bus­ schnittstelle 241 z. B. ein CAN-Bus Controller vorgesehen, der über eine Busleitung mit anderen Steuergeräten verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schalteinrichtung 24 über die Busleitung mit einer zweiten Busschnittstelle 71 der Motorsteuerung 7 verbunden. Von der ersten Busschnittstelle 241 werden beispielsweise Steuerdaten empfangen und deco­ diert. Abhängig von den Werten dieser Steuerdaten werden die einzelnen elektronischen oder elektromechanischen Schalter 221a-221d angesteuert. Darüber hinaus können Diagnosedaten wie z. B. ein von der Steuereinheit 24 erkannter Kurzschluß oder ein Leerlauf an der ersten Stromschiene 211 an die Mo­ torsteuerung 7 weitergeleitet werden.

In der Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Schalteinrichtung 2 in einem Schnittbild darge­ stellt. Die Schalteinrichtung 2 ist gegenüber der Motorsteue­ rung 7 an dem Saugrohr 13 angeordnet. Dabei ist es unwesent­ lich, ob die Schalteinrichtung 2 gegenüber der Motorsteuerung 7 angeordnet ist, oder ob sie auf der gleichen Seite des Saugrohres 13 benachbart zu der Motorsteuerung 7 angeord­ net ist. Der Trägerkörper 21 ist hier ebenso wie in dem letz­ ten Ausführungsbeispiel der Erfindung so ausgebildet und in eine Aussparung des Saugrohres 13 eingepaßt, daß er einen Wandbereich des Saugrohres bildet.

Die Steuereinheit 24 ist in etwa parallel zu dem Trägerkörper 21 in einem Gehäuse 25 der Schalteinrichtung 2 angeordnet. Vorzugsweise ist das gesamte Gehäuse mit einer Vergußmasse ausgespritzt. Bei dieser Anordnung kann ggf. auf Kabelverbin­ dungen zwischen der Schalteinrichtung 2 und der Motorsteue­ rung 7 ganz verzichtet werden, falls entsprechende Steckver­ bindung vorgesehen sind.

Claims (7)

1. Schalteinrichtung (2) für ein Bordnetz eines Kraftfahr­ zeugs, insbesondere für ein Bordnetz mit mehreren Schalt­ strecken,

• - mit Schaltelementen (221, 222), die auf einem Trägerkörper (21) angeordnet sind,
• - mit einer Steuereinheit (24) für die Schaltelemente, wobei die Schalteinrichtung (2) an einem Ansaugkörper eines Ansaugtraktes (1) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, der Trägerkörper (21) einen Wandbereich des Ansaugkörpers bildet und der Ansaugkörper von Luft in dem Wandbereich durchströmt wird.

2. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ansaugkörper ein Saugrohr (13) ist.

3. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Trägerkörper (21) einen ersten Leitkörper (211), einen zweiten Leitkörper (212) und eine Isolationsschicht (213) aufweist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Leitkörper angeordnet ist.

4. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Leitkörper (211) mit einem Pol der Energie­ versorgung des Bordnetzes elektrisch leitend verbunden ist, und daß der zweite Leitkörper (212) mit dem anderen Pol der Ener­ gieversorgung des Bordnetzes elektrisch leitend verbunden ist.

5. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie in einem Hohlkörper angeordnet ist.

6. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlkörper eine Unterdruckspeicherkammer (17) ist.

7. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie benachbart zu einer Motorsteuerung (7) am Saugrohr (13) angeordnet ist.