DE69931848T2

DE69931848T2 - Abkühlung eines Motorsteuerunggerätes

Info

Publication number: DE69931848T2
Application number: DE69931848T
Authority: DE
Inventors: Andrew Clamp; John J. Marlow Purcell
Original assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Engine Co Ltd; CNH UK Ltd
Current assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Ltd; CNH UK Ltd
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2019-06-15
Also published as: EP0968885A2; GB2339081A; US6302190B1; EP0968885A3; JP2000034942A; EP0968885B1; GB9814082D0; DE69931848D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kühlung einer elektronischen Steuereinheit (ECU) eines Motors, insbesondere eines Diesel-Motors.
Es ist in Fahrzeugen, die in einer heißen und extremen Umgebung arbeiten, erforderlich, spezielle Maßnahmen zu treffen, um die elektronische Steuereinheit des Motors zu kühlen, weil elektronische Bauteile eine Fehlfunktion haben können, wenn sie überhitzt werden. Zusätzlich verkürzt die von der ECU erzeugte Wärme die Lebensdauer der ECU, wenn sie nicht abgeführt wird.
Es wurde bereits vorgeschlagen, einen Wärmetauscher (der üblicherweise als eine Kühlplatte bezeichnet wird) zur Halterung und Kühlung einer ECU verwenden. Die Kühlplatte umfasst eine Kühlkammer, die im Betrieb in eine Zufuhrleitung eingeschaltet ist, durch die Treibstoff hindurchläuft, der von einem Treibstoff-Vorratsbehälter zu dem Motor fließt. Die Kühlplatte dient zum Kühlen des ECU-Moduls durch Übertragung von Wärme auf den Treibstoff, der dem Motor zugeführt wird. Die bekannten Kühlplatten haben jedoch den Nachteil, dass sie lediglich mit elektronischen Steuereinheiten verwendet werden können, die einen ebenen Kühlkörper aus leitendem Material haben, an dem die Wärme erzeugenden elektronischen Bauteile angebracht sind.
In der EP-A-0 309 986 ist eine elektronische Motor-Steuereinheit (ECU) und eine Kühlplattenbaugruppe mit einem Gehäuse beschrieben, das Folgendes umfasst: eine Basis, auf deren einer Seite die Komponenten der ECU entweder direkt oder indirekt (beispielsweise über eine Keramikplatte) befestigt sind, wobei die Basis mit einer in der Mitte liegenden Tasche zur Aufnahme irgendwelcher Bauteile ausgebildet ist, die von der Rückseite der keramischen Leiterplatte der ECU vorspringen, wobei eine Ausnehmung in der den ECU-Komponenten gegenüberliegenden Seite der Basis ausgebildet ist; eine obere Umschließung, die an der Basis befestigt ist und die Bauteile abdeckt; und einen Verschluss, der an der Seite der Basis befestigt ist, um mit der Ausnehmung zusammenzuwirken, um einen Kühlwasserkanal zu bilden, wobei sich der Kühlwasserkanal um zumindest einen Teil des Umfanges der zentralen Tasche herum und einen Bereich erstreckt, der den vollen Bereich der zentralen Tasche abdeckt, um Wärme auf das Wasser von der Tasche und einem Bereich der Basis benachbart zu der Tasche zu übertragen.
In der EP-A-0 309 986 umfassen die Kühlplatte und die ECU-Baugruppe einen Kühlflüssigkeitskanal, der den vollen Bereich der ECU abdeckt, wodurch alle Komponenten der ECU unabhängig von der Wärmemenge gekühlt werden, die die einzelnen Komponenten erzeugen. Der Kühlkanal ist weiterhin lediglich ein offener Raum mit einem Einlass und einem Auslass, was zu einer wenig wirkungsvollen Ausnutzung der Kühlkapazität der Kühlflüssigkeit führt, weil die Kühlflüssigkeit nicht zwangsweise um die ECU-Komponenten herum auf einem vorgegebenen Pfad gezwungen wird.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kühlplatte zu schaffen, die effektiver mit unterschiedlichen Arten von ECU-Baugruppen verwendet werden kann, unter Einschluss von ECU-Baugruppen, die Komponenten oder Bauteile aufweisen, die über die Oberfläche eines zu kühlenden ebenen Kühlkörpers vorspringen. Zusätzlich kann diese Konstruktion direkt in das ECU-Gehäuse eingefügt werden, wenn dies passend ist.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Kühlplatte zum Kühlen einer elektronischen Steuereinheit eines Motors geschaffen, die ein Gehäuse mit einer ebenen vorderen Fläche aufweist, auf der die ECU befestigt werden kann, wobei das Gehäuse mit einer in der Mitte liegenden Tasche zur Aufnahme irgendwelcher Bauteile ausgebildet ist, die von der hinteren Fläche der ECU aus vorspringen; wobei die Kühlplatte weiterhin einen Kanal innerhalb des Gehäuses umfasst, durch den die Kühlflüssigkeit fließen kann, wobei die ECU eine rückseitige Auflageplatte, die eine im Wesentlichen am Umfang vorgesehene Oberfläche aufweist, die mit der ebenen vorderen Fläche der Kühlplatte zusammenpasst und die gekühlt werden muss, sowie einen Kasten umfasst, der von dieser Oberfläche aus vorspringt; wobei der Kanal Strömungsleitungen umfasst, durch die Treibstoff im Wesentlichen lediglich um zumindest einen Teil des Umfanges der in der Mitte liegenden Tasche herumströmt, um Wärme auf den Treibstoff von den Bereichen der vorderen Fläche aus zu übertragen, die die Tasche umgeben.
Um es zu ermöglichen, dass die Kühlplatte direkt auf einem Motor befestigt wird, ist das Gehäuse vorzugsweise mit Befestigungsvorsprüngen versehen, um Stöße und Schwingungen absorbierende Gummihülsen aufzunehmen.
Das Gehäuse kann zweckmäßigerweise aus einem Metallgussteil, das einen offenen Kanal, der drei Seiten der in der Mitte liegenden Tasche umgibt, und einer Deckplatte zum Verschließen des offenen Kanals gebildet sein, um die Treibstoff-Strömungsleitungen zu bilden. Die Deckplatte ist vorzugsweise mit dem Metallgussteil verschweißt. Um den thermischen Wirkungsgrad der Kühlplatte zu verbessern, kann der offene Kanal ein oder mehrere Unterteilungen derart aufweisen, dass der Treibstoff in den Strömungsleitungen gezwungen ist, einem verschlungenen Pfad zu folgen.
Üblicherweise hat eine ECU eine metallische Rückwandplatte, mit dem Ergebnis, dass wenn die ECU an der Kühlplatte angebracht wird, es zwei Metallschichten zwischen dem flüssigen Kühlmittel und den zu kühlenden Schaltungsbauteilen gibt. Um diese Anordnung zu verbessern, ist es möglich, die Verschlussplatte der Kühlplatte fortzulassen und stattdessen die Kühlplatte als Teil des ECU-Gehäuses zu bilden.
Entsprechend wird gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung eine elektronische Steuereinheit (ECU) für einen Motor geschaffen, die eine hintere Fläche und einen in der Mitte liegenden Kasten aufweist, der Bauteile aufnimmt und von der hinteren Fläche der ECU vorspringt, wobei eine Platte, die einen erhöhten Außenwandabschnitt umfasst, der sich um den Umfang der Platte herum erstreckt, auf der ECU unter Abdichtungseingriff mit dem Rand der hinteren Fläche befestigt ist, um in Kombination mit der hinteren Fläche und dem Kasten eine Kammer für die Zirkulation von Treibstoff zum Kühlen der ECU zu umgrenzen, wobei die Kammer eine Strömungsleitung umfasst, durch die Treibstoff im Wesentlichen lediglich um zumindest einen Teil des Umfanges des Kastens strömt, um Wärme auf den Treibstoff von Bereichen der hinteren Fläche der ECU zu übertragen, die den Kasten umgibt.
Somit können in der Massenfertigung alle Merkmale der Erfindung in das ECU-Gehäuse eingefügt werden, ohne dass ein getrenntes Gehäuse erforderlich ist.
Die Erfindung wird nunmehr weiter in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine auseinandergezogene Vorderansicht der Kühlplatte der Erfindung ist;
2 eine auseinandergezogene Rückansicht der Kühlplatte nach 1 ist;
3 eine perspektivische Rückansicht einer ersten Art der ECU, die auf der Kühlplatte nach den 1 und 2 befestigt werden kann;
4 und 5 Vorder- bzw. Rückansichten einer zweiten Art von ECU sind, die auf der Kühlplatte nach den 1 und 2 befestigt werden kann;
6 eine auseinandergezogene vertikale zentrale Schnittansicht durch die Kühlplatte nach den 1 und 2 und eine ECU der zweiten Art ist;
7 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Kühlplatte nach den 1 und 2 und einer ECU der zweiten Art ist; und
8 und 9 jeweilige auseinandergezogene Vorder- und Rückansichten einer Ausführungsform der Erfindung sind, bei der die Kühlplatte in das Gehäuse der ECU-Einheit integriert ist.
3 zeigt eine bekannte Art einer ECU 10, die derzeit erhältlich ist und in Motor-Management-Systemen verwendet wird. Diese ECU 10 stellt kein besonderes Problem dar, weil sie eine hintere Fläche 12 aufweist, die um ihren Umfang herum gekühlt werden muss. Eine derartige ECU kann unter Verwendung einer ebenen Kühlplatte gekühlt werden, wie sie bereits im Stand der Technik bekannt ist.
Die 4 und 5 zeigen andererseits eine andere Art einer ECU, die ebenfalls derzeit in Gebrauch ist und sich von der nach 3 unterscheidet. Auf ihrer vorderen Fläche hat die ECU 20 verschiedene elektrische Anschluss-Steckverbindungen 22, 24. Auf ihrer hinteren Fläche hat die ECU 20 eine Oberfläche 26, die gekühlt werden muss, sowie einen Kasten 28, der von dieser Oberfläche vorspringt. Die Teile der hinteren Oberfläche 26, die gekühlt werden muss, befinden sich teilweise am Umfang um den Kasten 28 herum, und es ist verständlich, dass eine derartige ECU nicht unter Verwendung einer ebenen Kühlplatte gekühlt werden kann, weil der vorspringende Kasten 28 verhindern würde, dass die Teile der hinteren Oberfläche 26, die gekühlt werden müssen, mit der Kühlplatte in Kontakt kommen würden.
Um dieses Problem zu beseitigen und um die Verwendung der gleichen Kühlplatte mit den vorstehend beschriebenen Arten von ECU-Einheiten zu ermöglichen, ergibt die Erfindung eine Kühlplatte 30, die in den 1 und 2 gezeigt ist.
Die Kühlplatte 30 ist aus zwei Teilen gebildet, die miteinander verschweißt sind, nämlich einem Aluminium-Gussteil 32 und einer Deckplatte 34. Das Gussteil umgrenzt eine Tasche 36, die als Vertiefung in der ebenen Vorderfläche 38 der Kühlplatte gebildet ist, wobei diese Tasche auf drei Seiten von einem Kanal 40 mit U-förmigem Querschnitt umgeben ist. Wenn die Deckplatte 34 an dem Kanal 40 in Strömungsmittel abdichtender Anordnung angeschweißt oder auf andere Weise befestigt ist, so werden Strömungsleitungen für Treibstoff gebildet, der in die Kühlplatte 30 über einen Treibstoff-Einlass 46 eintritt und über einen Treibstoff-Auslass 48 austritt. Zwei Unterteilungswände 42, 44 sind in die oberen bzw. unteren Seiten des Kanals 40 eingegossen, um den Treibstoff zu zwingen, einem gewundenen Strömungspfad durch die Strömungsleitung zu folgen, um die Verweilzeit und die effektive Wärmeübertragung von den elektronischen Bauteilen zu vergrößern.
Im Betrieb, und wie dies aus der Schnittansicht der 6 und der auseinandergezogenen perspektivischen Ansicht der 7 zu erkennen ist, kann die ECU 20 nach den 3 und 4 auf der Kühlplatte befestigt werden, weil ihr vorspringender Kasten 28 in der Tasche 36 aufgenommen werden kann. Die Kühlplatte ist in Reihe in die Rohre oder Leitungen eingeschaltet, die von dem Treibstofftank zu dem Treibstoff-Einspritzsystem des Motors führen. Der Treibstoff folgt dem Pfad, der durch den Pfeil 50 in 7 gezeigt ist. Im einzelnen tritt der Treibstoff von dem Einlass 46 aus ein, durchquert die obere Seite des Kanals 40 zweimal, läuft entlang der vertikalen Seite nach unten und durchquert die untere Seite des Kanals 40 zweimal, bevor er durch den Auslass 48 austritt. Bei diesem Vorgang leitet der Treibstoff Wärme von dem Umfang der vorderen Oberfläche 38 der Kühlplatte 30 ab, die in thermischem Kontakt mit der Oberfläche 26 der ECU 20 steht, die zu kühlen ist.
Die Kühlplatte 30 ist für eine direkte Befestigung auf dem Motor bestimmt. Um die Übertragung von Motorschwingungen auf die ECU zu verringern, weist die Kühlplatte drei Motor-Befestigungsvorsprünge 52 auf, die zur Aufnahme von Gummihülsen 54 (6) bestimmt sind, die zwischen den Vorsprüngen 52 und Befestigungsschrauben angeordnet sind, die an dem die ECU 20 aufnehmenden Motor befestigt sind. Diese Hülsen absorbieren Stöße und Schwingungen und ergeben weiterhin eine thermische Isolation zwischen der Kühlplatte 30 und den Motor-Befestigungen.
Es ist verständlich, dass die Kühlplatte 30 genau so gut eine ECU der Art aufnehmen kann, wie sie in 3 gezeigt ist, die keine Vorsprünge hat, die verhindern würden, dass die zu kühlende Oberfläche in thermischem Kontakt mit der Kühloberfläche der Kühlplatte 30 gebracht wird.
Es ist bei Massenanwendungen möglich, die Kühlplatte und die ECU zu integrieren, wobei eine derartige Ausführungsform der Erfindung in den auseinandergezogenen Ansichten der 8 und 9 gezeigt ist. Eine derartige Anordnung beseitigt die Notwendigkeit für die Deckplatte 34 und die Notwendigkeit, eine für Strömungsmittel abgedichtete Verbindung zwischen der Abdeckung 34 und der Kühlplatte 30 zu haben. Es wird angenommen, dass die Konstruktion dieser Ausführungsform der Erfindung für den Fachmann als solche ersichtlich ist, und um die Ähnlichkeit hervorzuheben, wurden Bauteilen, die die gleiche Funktion erfüllen, mit gleichen Bezugsziffern jedoch unter Hinzufügung eines Striches zu jeder Bezugsziffer verwendet.
Wie bei der in den 4 und 5 gezeigten ECU weist die ECU 20' nach den 8 und 9 elektrische Steckverbindungen 22' auf ihrer vorderen Fläche und einen Kasten 28' auf, der elektrische Bauteile enthält und der von ihrer hinteren Fläche 26' aus vorspringt. Eine Platte 30', die als ein Gussteil aus Aluminium oder anderem Wärme leitenden Material gebildet ist, ist mit Hilfe von Schrauben 60 direkt auf der hinteren Fläche 26' der ECU 20' befestigt und gegen diese mit Hilfe einer elastischen Dichtung oder einem Gummiring 62 abgedichtet, der in einer kontinuierlichen Umfangsnut in der Platte 30' aufgenommen wird. Wenn die Platte 30' mit der ECU 20' zusammengebaut wird, bildet sie eine abgedichtete Kühlkammer mit einer in der Mitte liegenden Tasche, die durch den Kasten 28' gebildet ist. Der den Kasten 28' umgebende Bereich der Kammer ist durch eine Unterteilungswand 44', die als Teil des Gussteils der Platte 30' gebildet ist, in einen verschlungenen Strömungspfad unterteilt, ähnlich wie der in 2 gezeigte Pfad, der den Umfang der in der Mitte liegenden Tasche umgibt und kühlt. Treibstoff tritt in den Strömungspfad ein und verlässt diesen über Anschlüsse 46' und 48'.
Die Dichtung 62 verhindert, dass Treibstoff aus der Kühlkammer ausleckt, doch ist es nicht erforderlich, irgendwelche Maßnahmen zu treffen, die verhindern, dass Treibstoff den Raum zwischen dem in der Mitte liegenden Kasten 28' und der Platte 30' erreicht. Weil die maximale Tiefe des Kastens 28' so ausgewählt ist, dass er eng in die darauf gerichtete Seite der Platte 30' passt, ergibt sich nur ein geringes Auslecken aus dem verschlungenen Treibstoff-Strömungspfad, was die Kühlung der Umfangsbereiche der ECU 20' nicht wesentlich beeinträchtigt.
Die Platte 30' kann wiederum zur Befestigung der ECU 20' an einem Motor verwendet werden, und zu diesem Zweck ist sie mit Vorsprüngen 52' zur Aufnahme von stoßabsorbierenden Befestigungshülsen versehen.

Claims

Elektronische Steuereinheit (ECU) eines Motors mit einer Kühlplatte (30) zum Kühlen, wobei die Kühlplatte (30) ein Gehäuse (32, 34) mit einer ebenen vorderen Fläche (38) aufweist, auf der die ECU (20, 20') befestigt werden kann, wobei das Gehäuse mit einer in der Mitte liegenden Tasche (36) zur Aufnahme irgendwelcher Bauteile (28) ausgebildet ist, die von der hinteren Fläche (26) der ECU aus vorspringen; wobei die Kühlplatte (30) weiterhin einen Kanal (40) innerhalb des Gehäuses umfasst, durch den die Kühlflüssigkeit strömen kann, und wobei die ECU (20) eine hintere Auflageplatte, die eine im Wesentlichen am Umfang vorgesehene Oberfläche (26) umfasst, die mit der ebenen vorderen Fläche (38) der Kühlplatte zusammenpasst und die gekühlt werden muss, sowie einen Kasten (28) umfasst, der von dieser Oberfläche (26) aus vorspringt; wobei der Kanal Strömungsmittelleitungen (40) umfasst, durch die Treibstoff im Wesentlichen lediglich um zumindest einen Teil des Umfanges der in der Mitte angeordneten Tasche (36) herumströmt, um Wärme auf den Treibstoff von den Bereichen der Vorderfläche (38) zu übertragen, die die Tasche (36) umgeben.
Elektronische Steuereinheit (ECU) mit einer Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (32, 34) der Kühlplatte mit Befestigungsvorsprüngen (52) zur Aufnahme von Stöße und Schwingungen absorbierenden Gummihülsen (54) versehen ist, um eine direkte Befestigung der Kühlplatte (30) an einem Motor zu ermöglichen.
Elektronische Steuereinheit mit einer Kühlplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (32, 34) der Kühlplatte aus einem Metallgussteil, das einen offenen Kanal (40) umgrenzt, der drei Seiten der in der Mitte liegenden Tasche (36) umgibt, und aus einer Deckplatte (34) zum Verschließen des offenen Kanals (40) zur Bildung der Treibstoff-Strömungsleitungen gebildet ist.
Elektronische Steuereinheit mit einer Kühlplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (34) mit dem Metallgussteil verschweisst ist.
Elektronische Steuereinheit mit einer Kühlplatte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Kanal (40) ein oder mehrere Unterteilungen (42, 44) aufweist, derart, dass der Treibstoff in den Strömungsleitungen gezwungen ist, einem verschlungenen Pfad zu folgen.
Elektronische Steuereinheit (ECU) (20') für einen Motor, die eine hintere Fläche (26') und einen in der Mitte liegenden Kasten (28') aufweist, der die elektronischen Bauteile aufnimmt und von der hinteren Fläche (26') der ECU (20') vorspringt, wobei eine Platte (30'), die einen erhöhten Außenwandabschnitt, der sich um den Umfang der Platte (30') herum erstreckt, auf der ECU (20') in Abdichteingriff mit dem Rand der hinteren Fläche (26') befestigt ist, um in Kombination mit der hinteren Fläche (26') und dem Kasten (28') eine Kammer für die Zirkulation des Treibstoffes zum Kühlen der ECU (20') zu bilden, wobei die Kammer eine Strömungsmittelleitung umfasst, durch die der Treibstoff im Wesentlichen lediglich um zumindest einen Teil des Umfanges des Kastens (28') strömt, um Wärme auf den Treibstoff von Bereichen der hinteren Fläche (26') der ECU (20') abzuführen, die den Kasten (28') umgeben.
Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (30') als Metallgussteil mit zumindest einer erhöhten Unterteilungswand (44') ausgebildet ist, die die den zentralen Kasten (28') umgebenden Bereiche der Kammer in eine gewundene Strömungsleitung unterteilt.
Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Boden des in der Mitte angeordneten Kastens (28') sich eng benachbart zu der Platte (30') erstreckt, um den Treibstoff zu zwingen, auf einem Pfad um zumindest einen Teil des Umfanges des in der Mitte angeordneten Kastens (28') zu strömen.
Elektronische Steuereinheit nach den Ansprüchen 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass ein durchgehendes Dichtungselement (62) sich um den Umfang des in der Mitte angeordneten Kastens (28') erstreckt, um den Treibstoff in der Kammer abzudichten.
Elektronische Steuereinheit nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass die ECU (20') lösbar an der Platte (30') mit Hilfe einer Vielzahl von Schrauben (60) befestigt ist.