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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Regelung der Temperatur eines Bauteils oder eines Betriebsmediums
einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1
näher definierten Art.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine.
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Gattungsgemäße Vorrichtungen sind aus dem
allgemeinen Stand der Technik bekannt und werden in dieser Form
in einer Vielzahl heutiger Brennkraftmaschinen eingesetzt. Der Temperaturfühler befindet
sich dabei innerhalb des Kühlmittels und
regelt in Abhängigkeit
von der Kühlmitteltemperatur
beispielsweise die Temperatur des Zylinderkopfes.
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Bei der Regelung mit Hilfe dieser
Vorrichtungen wird der Zylinderkopf jedoch meist zu stark gekühlt, und
zwar insbesondere im Teillastbereich. Dies führt jedoch zum einen dazu,
dass die Brennkraftmaschine erst sehr viel später ihre optimale Betriebstemperatur
erreicht und damit eine verhältnismäßig lange
Zeit nicht optimal betrieben werden kann. Zum anderen können durch
diese zu starke Abkühlung des
Zylinderkopfes Spannungen innerhalb des Werkstoffes entstehen, die
Beschädigungen
des Zylinderkopfes zur Folge haben können.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten
Vorrichtungen ist die Tatsache, dass eine stetige Steuerströmung benötigt wird,
da ohne diese der innerhalb des Kühlmittels angeordnete Tempera turfühler keine
Informationen erhält
und somit eine Regelung nicht möglich
wäre. Diese
Steuerströmung
trägt allerdings ebenfalls
zu dem Problem der zu starken Abkühlung des Bauteils bei.
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Auch für die Regelung von Betriebsmedien der
Brennkraftmaschine, wie z.B. Motoröl, Getriebeöl oder Kraftstoff, werden gattungsgemäße Vorrichtungen
eingesetzt. Diese regeln die Kühlung
des Betriebsmediums ebenfalls in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur,
was den Nachteil mit sich bringt, dass eine Kühlung des Betriebsmediums auch dann
erfolgt, wenn dieses noch weit von seiner maximal zulässigen Temperatur
entfernt ist. Durch diese unnötige
Kühlung
ist keine optimale Regelung der Temperatur dieser Betriebsmedien
gegeben. Auch das bereits oben erwähnte Problem der erforderlichen
Steuerströmung
tritt bei der Kühlung
der Betriebsmedien auf.
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Diese oben erläuterte Problematik wurde erkannt
und es wird beispielsweise in der
DE 41 13 294 C1 ein Temperatursensor zur
Verwendung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine beschrieben,
der die Temperatur eines Bestandteils des Zylinderkopfes misst.
Diese gemessene Temperatur wird dann an ein Motorsteuergerät weitergegeben,
welches das Thermostatventil des Kühlmittelkreislaufes steuert.
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Derartige Vorrichtungen sind jedoch
sehr aufwändig
und teuer, so dass sie für
die Serienfertigung von Brennkraftmaschinen nur bedingt geeignet sind.
Insbesondere das Erfordernis eines von dem Motorsteuergerät gesteuerten
Aktuators verteuert solche Lösungen
erheblich.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur eines Bauteils
oder eines Betriebsmediums einer Brennkraftmaschine zu schaffen,
welche mit einfachen Mitteln eine bessere Temperaturregelung erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung des
als Fernfühler
wirkenden Temperaturfühlers
unmittelbar in dem Bauteil bzw. dem Betriebsmedium, dessen Temperatur
geregelt werden soll, wird die Stellgröße, nämlich die Öffnungsweite des Thermostatventils,
von der Regelgröße, nämlich der
Bauteil- bzw. Medientemperatur, entkoppelt, so dass vorteilhafterweise
eine von der Last und der Bauteiltemperatur abhängige Kühlung möglich ist, welche eine sehr
viel direktere Regelung der Temperatur des Bauteils bzw. des Betriebsmediums
als bisher bekannte Vorrichtungen ermöglicht. Durch diese unmittelbare
Regelung der Temperatur ist es möglich,
das zu regelnde Bauteil bzw. das zu regelnde Betriebsmedium in Vollastzuständen der
Brennkraftmaschine stärker
als bisher zu kühlen,
so dass in Teillastzuständen
mit einer geringeren Kühlung
gefahren werden kann. Dies führt
in diesen Teillastzuständen
zu einer Erhöhung
der Bauteiltemperatur, was einen verbesserten Betrieb der Brennkraftmaschine
ermöglicht.
Des weiteren vereinfacht die erfindungsgemäße Vorrichtung bislang notwendige
Verfahren zur exakten Berechnung der den zu kühlenden Bauteilen bzw. Betriebsmedien
zuzuführenden
Kühlmittelmenge
bzw. macht dieselben überflüssig.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann des
weiteren auf eine ansonsten erforderliche Steuerströmung verzichtet
werden, da der Temperaturfühler
die erforderlichen Informationen direkt von dem Bauteil bzw. dem
Betriebsmedium erhält
und keine Information über
die Temperatur des Kühlmittels
benötigt.
Dies verhindert gerade bei der Kühlung von
Betriebsmedien vorteilhafterweise einen ansonsten stets vorhandenen
Wärmeverlust
und führt
zu einer schnelleren Erwärmung
der Brennkraftmaschine.
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Dabei kommt die erfindungsgemäße Lösung mit
sehr geringen Kosten aus, da auf aufwendige elektronische Bauteile
verzich tet werden kann. Vielmehr handelt es sich um eine einfache
mechanische Lösung,
die lediglich den mechanischen Temperaturfühler sowie die mechanische
Verbindungsleitung zu dem Thermostatventil erfordert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich insbesondere
zur Regelung der Temperatur des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine
einsetzen. Alternativ oder zusätzlich
ist jedoch auch die Regelung der Temperaturen von Motoröl, Getriebeöl oder Kraftstoff
denkbar. Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung besteht
in der Regelung der Temperatur der Wicklung eines Generators, der
mit der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.
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Eine Brennkraftmaschine mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist in Anspruch 11 angegeben.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen
Unteransprüchen
sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten
Ausführungsbeispiel.
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Dabei zeigen:
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1 Eine
Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung
der Temperatur sowohl eines Bauteils als auch eines Betriebsmediums
einer Brennkraftmaschine; und
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Temperaturfühlers
aus 1.
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In 1 ist
sehr schematisch eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt,
welche ein Kurbelgehäuse 2 und
einen daran angebrachten Zylinderkopf 3 aufweist. In bekannter
Weise befindet sich innerhalb des Kurbelgehäuses 2 eine bestimmte
Menge an Motoröl 4.
An das Kurbelgehäuse 2 schließt sich
des weiteren ein Getriebe 5 an, in welchem sich Getriebeöl 6 befindet.
Selbstverständlich
wäre es
in diesem Zusammenhang alternativ zur dargestellten Ausführung auch
möglich,
das Motoröl 4 und
das Getriebeöl 6 zu
einem gemeinsamen Volumen zusammenzufassen. Des weiteren ist ein
Kraftstofftank 7 vorgesehen, in welchem sich Kraftstoff 8 zum
Betrieb der Brennkraftmaschine 1 befindet und welcher in
nicht dargestellter Weise mit derselben verbunden ist.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist
eine Vorrichtung 9 auf, die, wie nachfolgend erläutert, zur
Regelung der Temperatur eines Bauteils der Brennkraftmaschine 1 dient,
nämlich
im vorliegenden Fall des Zylinderkopfes 3, sowie verschiedener
Betriebsmedien der Brennkraftmaschine 1, nämlich im
vorliegenden Fall des Motoröls 4,
des Getriebeöls 6 und
des Kraftstoffes 8. Selbstverständlich könnte die Vorrichtung 9 auch
lediglich zur Kühlung
eines oder mehrerer einzelner dieser Bauteile bzw. Betriebsmedien der
Brennkraftmaschine 1 verwendet werden.
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Die Vorrichtung 9 weist
im vorliegenden Fall insgesamt vier Temperaturfühler 10, 11, 12 und 13 auf,
von denen der Temperaturfühler 10 innerhalb des
Materials des Zylinderkopfes 3 angeordnet ist und so dessen
Temperatur misst bzw. feststellt. Der Temperaturfühler 11 befindet
sich in dem Motoröl 4, der
Temperaturfühler 12 innerhalb
des Getriebeöls 6 und
der Temperaturfühler 13 innerhalb
des Kraftstoffes 8. Sämtliche
Temperaturfühler 10, 11, 12 und 13 sind
rein mechanisch ausgeführt
und erfordern keinerlei elektrische Versorgung. Der genaue Aufbau der
Temperaturfühler 10, 11, 12 und 13 ist 2 zu entnehmen und wird
später
detaillierter beschrieben.
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Der innerhalb des Zylinderkopfes 3 angeordnete
Temperaturfühler 10 ist über eine
ebenfalls rein mechanische Verbindungsleitung 14 mit einem
Thermostatventil 15 verbunden, welches Teil eines Kühlmittelkreislaufs 16 der
Brennkraftmaschine 1 ist. Das Thermostatventil 15 regelt
den Betrieb einer in dem Kühlmittelkreislauf 16 angeordneten
Kühlmittelpumpe 17,
die das Kühlmittel
unter anderem auch durch den Zylinderkopf 3 pumpt. Innerhalb
des Kühlmittelkreislaufs 16 befinden
sich des weiteren ein wasserkühler 18,
ein Abgasrückführkühler 19,
eine Heizung 20 sowie ein Zuheizer 21. Die vier
letztgenannten Bauteile sind jedoch lediglich der Vollständigkeit
halber aufgeführt.
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In einem Nebenkreislauf 22 des
Kühlmittelkreislaufs 16 sind
des weiteren ein Ölkühler 23 für das Motoröl 4 und
das Getriebeöl 6,
ein von dem Kraftstoff 8 durchströmter Wärmetauscher 24 sowie ein
Wasserkühler 25 zur
Versorgung des Wärmetauschers 24 mit
Kühlmittel
angeordnet. Die beiden Temperaturfühler 11 und 12 sind, ähnlich wie
der Temperaturfühler 10, über jeweilige
mechanische Verbindungsleitungen 26 und 27 mit
einem Thermostatventil 28 verbunden. Dies gilt auch für den Temperaturfühler 13,
der über
eine mechanische Verbindungsleitung 29 mit einem Thermostatventil 30 in Verbindung
steht. Auch die beiden Thermostatventile 28 und 30 sind
in den Nebenkreislauf 22 integriert und dienen so zur Steuerung
der Durchströmung desselben.
Selbstverständlich
könnten
für die
beiden Temperaturfühler 11 und 12 auch
separate Thermostatventile vorgesehen sein. Des weiteren wäre es auch
möglich,
das Motoröl 4 und
das Getriebeöl 6 anstatt
in dem gemeinsamen Ölkühler 23 jeweils
in separaten Ölkühlern zu
kühlen.
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Obwohl die Vorrichtung 9 im
vorliegenden Fall mehrere Temperaturfühler 10, 11, 12 und 13 mit zugeordneten
Thermostatventilen 15, 28 und 30 aufweist,
ist herauszustellen, dass, je nach Anwendungszweck, auch lediglich
ein Temperaturfühler
mit zugeordnetem Thermostatventil bzw. jede beliebige andere Anzahl
vorgesehen sein könnte.
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Der jeweilige Temperaturfühler 10, 11, 12 oder 13 gibt
die Temperatur in dem Bauteil bzw. dem Betriebsmedium über die ihm
zugeordnete mechanische Verbindungsleitung 14, 26, 27 oder 29 an
das zugeordnete Thermostatventil 15, 28 oder 30 weiter. In
Abhängigkeit
von der Temperatur des Bauteils bzw. des Betriebsmediums wird dann
die nicht dargestellte Öffnung
des entsprechenden Thermostatventils 15, 28 oder 30 derart
verändert,
dass sich bei höherer
Temperatur ein größerer Kühlmittelstrom
ergibt.
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Bei einer beispielsweise von dem
Temperaturfühler 10 detektierten
Temperaturerhöhung
innerhalb des Zylinderkopfes 3 ergibt sich somit eine stärkere Durchströmung desselben,
wohingegen bei den Temperaturfühlern 11 oder 12 eine
stärke
Durchströmung
des Ölkühlers 23 und
bei dem Temperaturfühler 13 eine
stärkere
Durchströmung
des Wärmetauschers 24 die
Folge ist. Dadurch ist eine unmittelbare Verbindung von der Bauteil-
bzw. Betriebsmedientemperatur zu der Kühlung des Bauteils bzw. des
Betriebsmediums gegeben, die ein sehr rasches Kühlen erlaubt, so dass erst
bei relativ hohen Temperaturen die Thermostatventile 15, 28 oder 30 geöffnet werden müssen. Bei
dem Zylinderkopf 3 ermöglicht
dies höhere
Bauteiltemperaturen und somit günstigere
Betriebszustände,
bei dem Motoröl 4,
dem Getriebeöl 6 und
dem Kraftstoff 8 verhindert es das unnötige Abkühlen durch das Kühlmittel
bei niedrigen Temperaturen, da die Temperaturfühler 10, 11, 12 und 13 keine Steuerströmung benötigen und
deshalb der Ölkühler 23 und
der Wärmetauscher 24 nicht
zwangsläufig von
Kühlmittel
durchströmt
sein müssen.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
eines der Temperaturfühler 10, 11, 12 oder 13.
Dieser weist ein einseitig geöffnetes,
mit dem Zylinderkopf 3, dem Motoröl 4, dem Getriebeöl 6 und/oder
dem Kraftstoff 8 in Verbindung stehendes Rohr 31 auf,
in welchem sich ein Dehnstoffelement 32 befindet, das beispielsweise
Wachs enthält
oder vollständig
aus Wachs besteht und sich in Abhängigkeit von der Temperatur
definiert ausdehnt. Das Rohr 31 kann aufgrund seiner Wirkungsweise
auch als Kapillarrohr bezeichnet werden. Das Dehnstoffelement 32 befindet
sich auch innerhalb der mechanischen Verbindungsleitungen 14, 26, 27 und 29. Über den
von dem Dehnstoffelement 32 verursachten Druckanstieg in der
mechanischen Verbindungsleitung 14, 26, 27 bzw. 29 wird
dann die Öffnung
des Thermostatventils 15, 28 bzw. 30 geregelt.
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Eine in den Figuren nicht dargestellte
Verwendung der Vorrichtung 9 könnte auch in der Regelung der
Temperatur der Wicklung eines nicht dargestellten Generators bestehen,
der mit der Brennkraftmaschine 1 in Verbindung steht und
somit ein Bauteil derselben darstellt.