DE60200283T2

DE60200283T2 - Deckplatte einer Brennkraftmaschine mit integrierten Kontrollelementen von Drehwinkelverstellvorrichtungen

Info

Publication number: DE60200283T2
Application number: DE60200283T
Authority: DE
Inventors: Roger T. Ithaca Simpson; Danny R Freeville Taylor
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2022-06-22
Also published as: JP2003049707A; JP4130878B2; US6435154B1; EP1270880A1; EP1270880B1; DE60200283D1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft den Bereich der Brennkraftmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Integration von veränderlichen Nockenzeitsteuerungen in den Frontdeckel des Motors.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Brennkraftmaschinen sind zunehmend kompliziert geworden, da Merkmale wie die veränderliche Nockenzeitsteuerung (VCT) und aktive Geräuschlöschung aufgenommen wurden. Wenn beispielsweise die VCT verwendet wird, wird der Winkelversatz oder die Phase einer Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle, mit der sie antreibbar verbunden ist, dynamisch verändert, um Änderungen in den Motoreigenschaften, beispielsweise in der Treibstoffökonomie oder der Leistung, zustandezubringen. Typischerweise ist ein Regelkreis vorhanden, in dem die Sollwerte solcher Motoreigenschaften gegenüber ihren Istwerten gemessen werden, und entsprechend den Nichtübereinstimmungen erfolgen Veränderungen in dem Motor. Damit das erfolgen kann, besitzen moderne Automobile gewöhnlich ein Steuermodul (oder mehr als eines) mit einem Mikrocomputer, der beständig Daten, die von verschiedenen Teilen des Motors und von anderen Teilen des Automobils in diesen eingespeist werden, und Umweltbedingungen (von Abgassensoren, Druck- und Temperatursensoren usw.), analysiert und entsprechend diesen Daten Signale aussendet. Beispielsweise wird bezüglich der VCT, wenn Änderungen in dem Motor und in den äußeren Bedingungen eintreten, der Winkelversatz zwischen der Nockenwelle und der diese antreibenden Kurbelwelle verändert.
Das herkömmliche Verfahren zum Verbinden eines Systems, beispielsweise eines VCT-Systems, mit dem Steuermodul besteht darin, eine Gruppe von Drähten von jedem Solenoid, Ventil, Aktor oder Motor und von jedem Sensor zu dem Motorbetriebssteuergerät zurück zu führen. Infolgedessen wurde die Anzahl der in das Motorbetriebssteuergerät einspeisenden Drähte vor kurzem unbeherrschbar. Beispielsweise weisen manche Motorbetriebssteuergeräte jetzt mehr als 150 bis 200 von außen angeschlossene Drähte auf. Bei dieser erhöhten Kompliziertheit der Motoren wird es für das Motorbetriebssteuergerät schwieriger, auf Grund der Anforderungen an ihre hohe Aktualisierungsgeschwindigkeit und hohe Berechnungsgeschwindigkeit sämtliche Merkmale zu beherrschen.
Es wurde verschiedentlich versucht, das Problem des Beherrschens dieser erhöhten Kompliziertheit der Motoren anzugehen. Beispielsweise wird in dem USA-Patent Nr. 5,353,755 von Matsuo et al. ein veränderliches Ventilzeitsteuersystem offenbart, das in den Frontdeckel einer V-Brennkraftmaschine eingebaut ist. In dem Patent wird ein V-Motor gelehrt, der eine Mehrzahl von hydraulisch betätigten Ventilbetätigungssteuer-Aktoren für zwei Zylinderreihen umfasst. Zwischen einer Hauptgalerie des Zylinderblocks und der Mehrzahl von hydraulisch betätigten Ventilbetätigungssteuer-Aktoren ist fluidisch ein Hydraulikfluidnetz angeordnet und enthält ein einziges Steuerventil, das sämtlichen der hydraulisch betätigbaren Ventilbetätigungssteuer-Aktoren gemeinsam ist. Das Steuerventil ist an einem Gehäuse befestigt, das ein Antriebssystem aufnehmen kann, das die Motornockenwellen mit der Motorkurbelwelle verbindet. Das Gehäuse weist auch innere Kanäle auf, die einen Teil des Hydraulikfluidnetzes zwischen dem Steuerventil und der Mehrzahl von hydraulisch betätigten Ventilbetätigungssteuer-Aktoren bilden. Nach dem Stand der Technik wird jedoch kein Einbau von VCT-Sensoren oder der VCT-Steuereinheit in den Frontdeckel des Motors gelehrt.
Der Fachmann wird verstehen, dass der Begriff "Frontdeckel" im Zusammenhang mit der Erfindung für den Deckel über den Zeitsteuerelementen des Motors gilt, d. h. für das/die die Nockenwellenantriebselement(e) (Zahnrad, Ritzel oder Riemenscheibe) und das/die Nockenphaseneinsteller, das Kurbelwellenende und das Antriebselement (Zahnrad, Kettenrad oder Riemenscheibe) und das Leistungsübertragungselement (Kette, Riemen oder Zahnrädern), das den Kurbelwellenantrieb mit dem/den Nockenantrieb(en) verbindet. Bei der traditionellen Längsanbringung des Motors würde dieser Deckel gewöhnlich in Richtung zur Vorderseite des Motors liegen (daher der Begriff "Frontdeckel"), wobei es sich jedoch versteht, daß er bei anderen Motoranordnungsarten in Richtung nach der Seite des Autos (wie bei einem Quermotor) oder nach hinten weisend liegen könnte. Ein bekannter Frontdeckel ist in US-A-6 182 624 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Frontdeckel für eine Brennkraftmaschine umfasst in den Deckel inte grierte, veränderliche Nockenzeitsteuerungen (VCT) einschließlich von kraftregelbaren Solenoiden (VFS) und Nockenpositionssensoren (und möglicherweise Kurbelwellenpositionssensoren), wobei der Deckel vor einem Nockenphaseneinsteller angeordnet ist und mit diesem funktionsmäßig verbunden ist. Ein VCT-Steuermodul, das ebenfalls an dem Deckel angebracht ist, steht mit den Aktoren und Sensoren in Verbindung und sorgt für die Verbindung mit dem Steuermodul des Autos und beschränkt mithin die Anzahl der äußeren Leiter, die zum Anschluß an das VCT-System notwendig sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Motordeckel nach dem Einbau eine einzige Einheit mit einem elektronischen Schnittstellenmodul (EIM), der VFS und einem in den Deckel integrierten Positionssensor. Durch die Erfindung kann der Nockenpositionssensor die Nockenposition von einem vor dem Nockenphaseneinsteller angebrachten Rad abfühlen, und nicht von einem an dem Nocken angebrachten Impulsrad.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine schematische Ansicht der Vorderseite eines Motorfrontdeckels mit integrierten VCT-Steuerungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Ansicht der Rückseite oder Innenseite eines Motorfrontdeckels mit integrierten VCT-Steuerungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Da Motoren in der Kompliziertheit von Steuersystemen mit an dem Einlassnocken angebrachten Phaseneinstellern zu sowohl an dem Einlass- und dem Aus lassnocken angebrachten Phaseneinstellern (und zu Phaseneinstellern an zwei Einlass- und zwei Auslassnocken bei "V"-Motoren) zunehmen, wird es schwieriger, das Steuersystem zu beherrschen. Das typische Phaseneinstellersystem umfaßt einen Positionssensor an dem Nocken, das ein Signal zurück an das Motorbetriebssteuergerät sendet. Jedoch haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass durch Bewegen sowohl des Steuersolenoids als auch des Nockenpositionssensors für jeden Nocken zum Vorderteil des Phaseneinstellers das Solenoid und die Nockenpositionssensoren in dem Frontdeckel angebracht werden können. Durch die Erfindung kann der Nockenpositionssensor die Nockenposition von einem vor dem Nockenphaseneinsteller angebrachten Rad abfühlen, und nicht von einem an dem Nocken angebrachten Impulsrad.
In 1–2 ist das EIM 40 an dem Frontdeckel 100 angebracht. Vorzugsweise ist auch ein Steuergerätbereichsnetz-Buseingang (CAN-Buseingang) in dem elektronischen Schnittstellenmodul (EIM) 40 enthalten, wodurch das Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung Einstellpunkt-Steuerbefehle von dem Motorsteuermodul (ECM) erhalten kann. Der CAN-Buseingang kann jede für die Motorkonstruktion geeignete Form aufweisen, beispielsweise ein oder mehrere Drahtpaare, Lichtleiter usw.
Das VCT-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt vorzugsweise einen Kurbelwellenpositionssensor 60, der an dem Motorfrontdeckel 100 angebracht ist. Der Kurbelwellenpositionssensor könnte statt dessen an der Vorderseite des Motors angebracht werden, oder die Kurbelwelle könnte in einer anderen Weise abgefühlt werden, wobei das jedoch zusätzliche Leiter erfordern würde, um die Information über die Kurbelwellenposition an das EIM zu übermitteln.
Jede Nockenstelle an einem Motor weist eine Nockenbank 30 mit Anschlüssen zur Aufnahme eines Phaseneinstell-Aktors 10 (eines kraftveränderlichen Solenoids (VFS) in 1–2)) und eines Nockenpositionssensors 20 für jeden Nocken an der Stelle auf. Bei der "V"-Ausführungsform mit zwei oben liegenden Nocken wellen von 1–2 sind vier VFS 10 und vier Nockensensoren 20 in zwei Bänken 30 vorhanden. Der Fachmann wird erkennen, dass der erfindungsgemäße Deckel auch auf andere Arten von Motoren angewandt werden kann: ein Vierzylindermotor mit einer einzigen Nockenwelle wiese nur eine Nockenbank mit einem Aktor und einem Sensor auf, ein "V"-Motor mit einer einzigen Nockenwelle oder ein Boxermotor wiese zwei Bänke jeweils mit einem Aktor und einem Sensor auf, und ein Reihenmotor mit zwei Nockenwellen wiese eine Bank mit zwei Aktoren und zwei Sensoren auf.
Das EIM 40 ist vorzugsweise in einer Ausnehmung angebracht und in einen Kabelbaum 50 eingesteckt, der jede Nockenbank mit dem EIM verbindet. Der Kabelbaum 50 ist innerhalb des Deckels angebracht, so dass die Klemmen nicht für die Elemente innerhalb des Motorraums freigelegt zu werden brauchen. Der Kabelbaum ist angepaßt an eine Kontur der Innenseite des Deckels gegossen.
Wenn der Frontdeckel 100 zusammengefügt ist, umfasst er eine einzige Einheit, wobei der EIM 40, die VFS 10 und die Nockenpositionssensoren 20 in die Einheit integriert sind. Wahlweise sind in den Frontdeckel auch weitere Merkmale eingebracht, beispielsweise ein aktiver Geräuschdämpfer 70.
Mit dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung vermindern sich die Gesamtkosten des veränderlichen Nockenzeitsteuersystems, da mehr als zwanzig zu dem Motorsteuergerät führende Drähte beseitigt sind. Mithin sind die einzigen Verbindungen zu dem Motorraum, die erforderlich sind, die Leistung (Versorgungsspannung und Erdung), der CAN-Bus und wahlweise ein gepuffertes Kurbelwellensignal für das Motorsteuergerät. Das gesamte Motorsteuersystem wird durch Verwendung der Erfindung vereinfacht, da das ECM nur eine Nocken-Sollzeitsteuerung zu berechnen und der erfindungsgemäßen Anordnung ein VCT-Einstellpunktsignal zuzuführen braucht, anstatt Nockenwellen- und Kurbelwellensignale lesen, vorhandene Nockenwellenpositionen und gewünschte Nockenwellenversätze berechnen und jedes VFS gesondert antreiben zu müssen. Durch Bewegen der Nockenzeit steuerung zu dem Ventildeckel werden Konstruktion und Produktion ebenfalls vereinfacht, so daß der ECM-Konstrukteur Veränderungen und Produktionsänderungen bei Nockensensoren und Aktoren ignorieren kann, da das EIM den Anschluß an die VCT-Elemente vornimmt.
Es wird eingeschätzt, dass die Kosten für jeden Draht und jeden Leiter nicht weniger als $1 pro Draht betragen. Mithin vermindern sich die Montagekosten an der Motoranlage, da das Frontdeckelmodul, das alle Aktoren und Sensoren enthält, als Einheit und nicht in einzelnen, getrennten Teilen zusammengefügt werden kann. Die Gesamtsicherheit erhöht sich, da mit jedem beseitigten Draht auch eine potenzielle Quelle von Korrosion, Geräuschen, Schwierigkeiten und Ausgaben für den Autohalter und den Händler beseitigt wird.
Demgemäß versteht es sich, dass die Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung lediglich die Anwendung der Prinzipien der Erfindung veranschaulichen. Der hier erfolgte Verweis auf Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen soll den Umfang der Ansprüche nicht einschränken, die selbst die für die Erfindung als wesentlich betrachtet Merkmale aufzählen.

Claims

Frontdeckel für eine Brennkraftmaschine, die aufweist: eine Kurbelwelle mit einem Kurbelwellen-Antriebselement, das mit einem Ende der Kurbelwelle verbunden ist, mindestens eine Nockenwelle mit einem Nockenwellen-Antriebselement und einem veränderlichen Nockenphaseneinsteller, der mit einem Ende der Nockenwelle verbunden ist, wobei der Nockenphaseneinsteller einen Winkelversatz zwischen der Nockenwelle und dem Nockenwellen-Antriebselement ermöglicht, und ein Getriebeteil, das das Kurbelwellen-Antriebselement mit dem mindestens einen Nockenwellen-Antriebselement verbindet, mit: einem Deckel, der das Kurbelwellen-Antriebselement, das Getriebeteil, das mindestens eine Nockenwellen-Antriebselement und den veränderlichen Nockenphaseneinsteller umschließen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Frontdeckel aufweist: für jeden veränderlichen Nockenphaseneinsteller einen Nockenphaseneinsteller-Positionssensor, der an dem Deckel an einer solchen Stelle angebracht ist, dass, wenn der Deckel an der Brennkraftmaschine angebracht ist, der Nockenphaseneinsteller-Positionssensor benachbart zu dem veränderlichen Nockenphaseneinsteller angeordnet ist; für jeden veränderlichen Nockenphaseneinsteller einen Nockenphaseneinsteller-Aktor, der an dem Deckel an einer solchen Stellen angeordnet ist, dass, wenn der Deckel an der Brennkraftmaschine angebracht ist, der Nockenphaseneinsteller-Aktor den veränderlichen Nockenphaseneinsteller betätigen kann; und eine veränderliche Nockenzeitsteuerung, die an dem Deckel angebracht ist und mit dem Nockenphaseneinsteller-Positionssensor und dem Nockenphaseneinsteller-Aktor funktionsmäßig verbunden ist.
Motordeckel nach Anspruch 1, bei dem der Nockenphaseneinsteller-Aktor ein kraftveränderlicher Elektromagnet ist.
Motordeckel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Brennkraftmaschine ein V-Motor ist und zwei Nockenbänke vorgesehen sind, wobei jede Bank mindestens einen Nockenphaseneinsteller-Positionssensor und mindestens einen Nockenphaseneinsteller-Aktor aufweist.
Motordeckel nach Anspruch 3, bei dem die Brennkraftmaschine ein Motor mit zwei oben liegenden Nockenwellen ist und jede Nockenbank zwei Nockenphaseneinsteller-Positionssensoren und zwei Nockenphaseneinsteller-Aktoren aufweist.
Motordeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die veränderliche Nockenzeitsteuerung ein elektronisches Schnittstellenmodul mit einem Steuereingang für den Anschluss an einem Motorbetriebssteuergerät, mindestens einen Sensoreingang, der mit dem Nockenphaseneinsteller-Positionssensor verbunden ist, und mindestens einen Aktorausgang, der mit dem Nockenphaseneinsteller-Aktor verbunden ist, aufweist.
Deckel nach Anspruch 5, bei dem die Verbindung zwischen der veränderlichen Zeitsteuerung und dem Motorbetriebssteuergerät ein Betriebssteuergerät-Netzwerkbus ist.
Deckel nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Steuereingang einen Einstellpunkt-Steuerbefehl von dem Motorbetriebssteuergerät empfängt und eine Phase der Nockenwelle entsprechend dem Einstellpunktsignal durch Einlesen der Nockenphaseneinstellerposition vom Sensoreingang und Zuführen eines Betätigungssignals an den Nockenphaseneinsteller-Ausgang verstellt.
Deckel nach Anspruch 5, 6 oder 7, der ferner einen Kurbelwellen-Positionssensor aufweist, der mit dem elektronischen Schnittstellenmodul verbunden und am Deckel an einer solchen Stelle angeordnet ist, dass, wenn der Deckel an der Brennkraftmaschine angebracht ist, der Kurbelwellen-Positionssensor benachbart zu dem Kurbelwellen-Antriebselement angeordnet ist.
Motordeckel nach Anspruch 8, bei dem das elektronische Schnittstellenmodul ferner einen für ein zwischengespeichertes Kurbelwellensignal vorgesehenen Ausgang zum Anschluss an dem Motorbetriebssteuergerät aufweist.
Motordeckel nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem das elektronische Schnittstellenmodul in eine Ausnehmung im Motordeckel eingesetzt und mit dem Nockenphaseneinsteller-Positionssensor und dem Nockenphaseneinsteller-Aktor durch einen Kabelbaum funktionsmäßig verbunden ist.
Motordeckel nach Anspruch 10, bei dem der Kabelbaum angepasst an eine Kontur des Motordeckels gegossen ist.
Motordeckel nach Anspruch 10, bei dem der Kabelbaum im Inneren des Motordeckels untergebracht ist.
Motordeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der ferner ein aktives Geräuschdämpfungssystem aufweist, das auf dem Deckel angebracht und mit der veränderlichen Nockenzeitsteuerung gekoppelt ist.