DE4113294C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor zur Verwendung im Zylinderkopf einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungs­ kraftmaschine, umfassend ein Sensorgehäuse mit einer An­ schlußklemme, die signalleitend mit einem die Temperatur des Kühlmittels erfassenden Kühlmitteltemperatursensor verbunden ist.

Ein solcher Temperatursensor ist allgemein bekannt und ge­ langt, von flüssigem Kühlmittel umströmt, im Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, meist in Verbindung mit einer elektronischen Motorsteuerungen zur Abstimmung des Kraft­ stoff/Luftverhältnisses, oder zur Anzeige der Kühlmittel­ temperatur, zur Anwendung. Dieser Sensor erfaßt nur ungenau die zur Bereitstellung eines exakten Kraftstoff/Luftgemisches erforderliche Temperatur. Für eine annähernd exakte Motor­ steuerung sind vielmehr zusätzliche Hilfsgrößen erforderlich, um die instationären Betriebspunkte einer Verbrennungskraft­ maschine zu berücksichtigen. Diese Hilfsgrößen müssen mit großem zeitlichen Aufwand an den jeweiligen Motor angepaßt werden. Wird ausschließlich die Kühlmitteltemperatur durch einen Sensor erfaßt, ist dieser Wert nur zur Steuerung des Kraftstoff/Luftverhältnisses für stationäre Betriebspunkte einer Verbrennungskraftmaschine, also für den Betrieb mit konstanter Motordrehzahl und -last, eine hinreichend genaue Größe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperatur­ sensor derart weiterzuentwickeln, daß sich eine exakte Steue­ rung des Kraftstoff/Luftverhältnisses durch die Motorsteuerung ergibt und die instationären Betriebspunkte der Verbrennungs­ kraftmaschine mit wenig Aufwand einfach erfaßt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausge­ staltung nehmen die Unteransprüche Bezug.

Bei einem Temperatursensor der eingangs genannten Art ist vorgesehen, daß im Sensorgehäuse neben dem Kühlmitteltempera­ tursensor zumindest ein Bauteiltemperatursensor mit einer separaten Anschlußklemme angeordnet ist und daß der Bauteil­ temperatursensor einen Bestandteil des Zylinderkopfes anlie­ gend berührt. Hierbei ist von Vorteil, daß die beiden Tempera­ tursensoren einfach in einer Steckmontageeinheit zusammenge­ faßt sind, wodurch sich ein geringer Montageaufwand ergibt. Neben der Kühlmitteltemperatur kann die Bauteiltemperatur an kritischen Stellen des Zylinderkopfes ermittelt werden und der Motorsteuerung zur Bestimmung und Optimierung des erforder­ lichen Kraftstoff/Luftgemisches signalleitend zugeführt werden. Durch die exakte Ermittlung der thermischen Verhält­ nisse der Verbrennungskraftmaschine können der Kraftstoff gut ausgenutzt und die Schadstoffe im Abgas reduziert werden. Vorteilhaft darüber hinaus ist, daß die Möglichkeit besteht, einen direkten Vergleich zwischen der Bauteiltemperatur und dem daran angrenzenden Kühlmittel zu ziehen. Auch die Verle­ gung der Signalleitungen von den Anschlußklemmen des Sensor­ gehäuses zur Motorsteuerung ist durch die zusammengefaßte Anordnung von Bauteiltemperatursensor und Kühlmitteltempera­ tursensor besonders einfach und übersichtlich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Anschlußklemmen signalleitend mit einer Regelelektronik verbunden sind. Diese Regelelektronik kann beispielsweise durch die Motorsteuerung einer Verbrennungskraftmaschine gebildet sein. Die Informationen, die der Temperatursensor bezüglich der Kühlmitteltemperatur und/oder der Bauteiltempe­ ratur an die Regelelektronik übermittelt, können als Eingangs­ größen einer Vielzahl von Regelvorgängen dienen. Beispiels­ weise kann mit Hilfe der Informationen, die der Temperatur­ sensor an die Regelelektronik übermittelt, ein Thermostat­ ventil betätigt werden, das den Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf und die anschließende Verbrennungskraftmaschine regelt.

Das Sensorgehäuse ist zweckmäßigerweise in eine Ausnehmung des Zylinderkopfes einfügbar wobei der Zylinderkopf zumindest im Bereich des vorderen und hinteren Endes von dem Sensorgehäuse dichtend berührt werden kann. Der Bauteiltemperatursensor kann in Fügerichtung an dem vorderen Ende des Sensorgehäuses angeordnet sein und der Kühlmitteltemperatursensor in einer Zwischenzone zwischen dem vorderen und hinteren Ende. Diese Anordnung gewährleistet eine exakte und differenzierte Messung sowohl der Bauteil- als auch der Kühlmitteltemperatur. Der Bauteiltemperatursensor, der in Fügerichtung am vorderen Ende des im wesentlichen rohrförmig gestalteten Sensorgehäuses angeordnet ist, gelangt nicht mit dem im Zylinderkopf befind­ lichen Kühlmittel in Berührung. Vorteilhaft darüber hinaus ist, daß der Bauteiltemperatursensor so angeordnet ist, daß er vor Ablagerungen und Feuchtigkeit geschützt ist, wodurch eine lange Gebrauchsdauer bei ausgezeichneten Gebrauchseigen­ schaften bedingt ist. Der Kühlmitteltemperatursensor ist von flüssigem Kühlmittel während des Betriebes der Verbrennungs­ kraftmaschine vollständig umströmt und im Bereich des Strö­ mungskernes des flüssigen Kühlmittels angeordnet.

Die Abdichtung des Sensorgehäuses gegenüber dem Zylinderkopf kann durch zumindest eine O-Ringdichtung bewirkt sein. O-Ring­ dichtungen ermöglichen eine zuverlässige Abdichtung des vor Flüssigkeit zu schützenden Sensorgehäuse-Hohlraums, sind in nahezu allen Größen und Stärken verfügbar und darüber hinaus besonders wirtschaftlich zu verwendende Bauteile.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Bauteiltemperatursensor die Rückseite eines den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine begrenzenden Wandungsabschnittes anliegend berührt. Durch den direkten Kontakt zwischen dem Wandungsabschnitt, dessen Oberfläche dem Brennraum abgewandt ist und nicht von flüssigem Kühlmittel berührt wird, ist eine ausgesprochen exakte Ermittlung der Zylinderkopfbauteiltempe­ ratur möglich. Diese exakte Ermittlung der Temperatur des Zylinderkopfes kommt, in Verbindung mit der ermittelten Temperatur des Kühlmittels im Strömungskern durch den Kühl­ mitteltemperatursensor der exakten Steuerung des Kraftstoff/- Luftverhältnisses der Verbrennungskraftmaschine zugute.

Um eine einwandfreie Berührung zwischen Bauteiltemperatur­ sensor und Wandungsabschnitt des Zylinderkopfes zu gewähr­ leisten, kann der Bauteiltemperatursensor durch eine Druck­ feder an den Wandungsabschnitt angedrückt sein. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß Fertigungstoleranzen im Bereich der Oberfläche des Zylinderkopfes keinen Einfluß auf die Ermitt­ lung der genauen Bauteiltemperatur haben.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorge­ sehen, daß der Bauteiltemperatursensor durch ein Federelement aus elastomerem Werkstoff an den Wandungsabschnitt angedrückt werden kann und daß das Federelement den Bauteiltemperatur­ sensor und das Sensorgehäuse jeweils dichtend berührt. Der Bauteiltemperatursensor kann dazu beispielsweise von dem Federelement aus elastomerem Werkstoff allseitig umschlossen sein. Das Federelement kann beispielsweise einerseits auf den Bauteiltemperatursensor und andererseits im Sensorgehäuse einvulkanisiert sein. Dabei ist darauf zu achten, daß der Bauteiltemperatursensor im nichtmontierten Zustand des Sen­ sorgehäuses in axialer Richtung über den vorderen Rand hinaus­ steht, so daß er im eingebauten Zustand den interessierenden Wandungsabschnitt unter Vorspannung anliegend berührt. Das Federelement erfüllt sowohl die Funktion einer Druckfeder als auch die Funktion einer Abdichtung des Sensorgehäuses gegen­ über dem Zylinderkopf.

Der Kühlmitteltemperatursensor kann in einer quer zur Füge­ richtung offenen Vertiefung des Sensorgehäuses angeordnet sein. Der Kühlmitteltemperatursensor ist dadurch vor Be­ schädigungen, beispielsweise während des Einbaus des Sensor­ gehäuses in die Ausnehmung des Zylinderkopfes, geschützt. Ferner bewirkt diese platzsparende Anordnung der Temperatur­ sensoren sehr kompakte Abmessungen des Sensorgehäuses, wodurch dieses besonders vielseitig verwendbar und in nahezu allen Anwendungsfällen in weitgehend unveränderter Bauform zur Anwendung gelangen kann.

Vorteilhaft darüber hinaus ist, daß die Vertiefung im Sensor­ gehäuse so angeordnet ist, daß der Kühlmitteltemperatursensor vollständig von flüssigem Kühlmittel umströmbar ist. Zur Ausnutzung dieser Vorteile, insbesondere der einfachen Montage ohne Gefahr der Beschädigung des Kühlmitteltemperatursensors, ist es vorgesehen, daß dieser die Vertiefung nicht nach außen überragt.

Der Kühlmitteltemperatursensor kann durch Stege am Sensor­ gehäuse befestigt sein und ist während der bestimmungsgemäßen Verwendung vollständig von Kühlmittel umströmbar. Diese Befestigung gewährleistet eine gute Umströmbarkeit des Sensors durch die vergleichsweise kleinflächigen Auflagepunkte der Stege an der Oberfläche des Sensors. Eine Gefahr, daß die Befestigung des Kühlmitteltemperatursensors, beispielsweise bei der Montage, beschädigt werden könnten, besteht durch die ebenfalls in der offenen Vertiefung des Sensorgehäuses ange­ ordneten Befestigungselemente nicht.

Jeweils ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Tempe­ ratursensors ist in den Fig. 1 und 2 schematisch darge­ stellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Sensorgehäuse 2 mit Anschlußklemmen 3 dargestellt, die einerseits signalleitend mit einem die Temperatur des flüssigen Kühlmittels 9 erfassenden Kühl­ mitteltemperatursensor 4 und einem die Bauteiltemperatur des Zylinderkopfes 1 erfassenden Bauteiltemperatursensors 5 verbunden sind und andererseits mit einer hier nicht dar­ gestellten Regelelektronik, beispielsweise in Form einer Motorsteuerung. Der Bauteiltemperatursensor 5 liegt, durch die Druckfeder 7 federkraftbeaufschlagt, an einem Wandungsab­ schnitt des Zylinderkopfes 1 an. Das Sensorgehäuse 2 ist in eine Ausnehmung des Zylinderkopfes 1 eingefügt und durch eine Schraubenverbindung an diesem befestigt. Diese Fügeverbindung ist, um einen Flüssigkeitsaustritt des flüssigen Kühlmittels 9 aus dem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine zu verhin­ dern, mit einer Dichtung zur Umgebung hin abgedichtet; in diesem Fall mit einer O-Ringdichtung. Eine weitere O-Ring­ dichtung 6 schützt den rohrförmigen Hohlraum des Sensorge­ häuses 2 vor Flüssigkeitseintritt des Kühlmittels 9, wodurch eine exakte Ermittlung der Bauteiltemperatur des Zylinderkop­ fes 1 durch den Bauteiltemperatursensor 5 gewährleistet ist. Außerdem ist der Bauteiltemperatursensor 5 vor äußeren, die Gebrauchsdauer reduzierenden und die Gebrauchseigenschaften verschlechternden Einflüssen geschützt. Der Kühlmitteltempe­ ratursensor 4 ist im Bereich des Strömungskerns des Kühl­ mittels 9 angeordnet.

Der Kühlmitteltemperatursensor 4 ist in einer quer zur Füge­ richtung offenen Vertiefung des Sensorgehäuses angeordnet und überragt diese nach außen nicht. Insbesondere während der Montage des Sensorgehäuses in den Zylinderkopf sind Beschädi­ gungen des empfindlichen Kühlmitteltemperatursensors 4 durch die erfindungsgemäße Anordnung weitgehend ausgeschlossen. Der Kühlmitteltemperatursensor 4 wird während der bestimmungs­ gemäßen Verwendung vollständig von flüssigem Kühlmittel 9 umströmt.

Der Temperatursensor aus Fig. 2 unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen dadurch, daß der Bauteiltemperatur­ sensor 5 durch ein Federelement 10 aus elastomerem Werkstoff an den Wandungsabschnitt angedrückt ist. Das Federelement 10 berührt unter radialer Vorspannung sowohl den Bauteiltempe­ ratursensor 5 als auch die Innenwand des Sensorgehäuses 2. Eine einwandfreie Abdichtung des im Sensorgehäuse 2 befind­ lichen Hohlraumes gegenüber dem Kühlmantel der Verbrennungskraftmaschine mit dem darin befindlichen flüssigen Kühlmittel 9 ist dadurch gewährleistet. Neben einem teilearmen Aufbau ist an dieser Ausgestaltung von Vorteil, daß die axiale Vorspannung auf den Bauteiltemperatursensor 5 und die Abdich­ tung gegenüber dem Kühlmittel 9 gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer gewährleisten. Auch höherfrequente Motorvibrationen wirken sich nicht nachteilig aus. Außerdem bewirkt das Federelement 10 eine räumliche Festlegung des Bauteiltemperatursensors 5 im Sensorgehäuse 2, was die Montage erheblich vereinfacht.

Insgesamt ergibt sich bei Verwendung des erfindungsgemäßen Temperatursensors eine besonders exakte Anpassung des Kraft­ stoff/Luftverhältnisses an die jeweiligen instationären Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine durch die Motor­ steuerung, bei einfacher Montage des Temperatursensors im Zylinderkopf und einer guten, wirtschaftlichen Herstellbarkeit des Temperatursensors.

Claims (11)

1. Temperatursensor zur Verwendung im Zylinderkopf einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskraftmaschine, um­ fassend ein Sensorgehäuse mit einer Anschlußklemme, die signalleitend mit einem die Temperatur des Kühlmittels erfassenden Kühlmitteltemperatursensor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Sensorgehäuse (2) neben dem Kühlmitteltemperatursensor (4) zumindest ein Bauteil­ temperatursensor (5) mit einer separaten Anschlußklemme (3.1) vorgesehen ist und daß der Bauteiltemperatursensor (5) einen Bestandteil des Zylinderkopfes (1) anliegend berührt.

2. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemmen (3, 3.1) signalleitend mit einer Regelelektronik verbunden sind.

3. Temperatursensor nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorgehäuse (2) in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes (1) einfügbar ist, daß der Zylinder­ kopf (1) zumindest im Bereich des vorderen und hinteren Endes von dem Sensorgehäuse (2) dichtend berührt ist, daß der Bauteiltemperatursensor (5) in Fügerichtung an dem vorderen Ende des Sensorgehäuses (2) angeordnet ist und der Kühlmitteltemperatursensor (4) in einer Zwischenzone zwischen dem vorderen und hinteren Ende.

4. Temperatursensor nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorgehäuse (2) von im wesentlichen rohrförmiger Gestalt ist.

5. Temperatursensor nach Ansprüchen 3 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdichtung des Sensorgehäuses (2) gegenüber dem Zylinderkopf (1) durch zumindest eine O-Ringdichtung (6) bewirkt ist.

6. Temperatursensor nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bauteiltemperatursensor (5) die Rück­ seite eines den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine begrenzenden Wandungsabschnittes anliegend berührt.

7. Temperatursensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteiltemperatursensor (5) durch eine Druckfeder (7) an den Wandungsabschnitt angedrückt ist.

8. Temperatursensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteiltemperatursensor (5) durch ein Federelement (10) aus elastomerem Werkstoff an den Wandungsabschnitt angedrückt ist und daß das Federelement (10) den Bauteiltemperatursensor (5) und das Sensorgehäuse (2) jeweils dichtend berührt.

9. Temperatursensor nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kühlmitteltemperatursensor (4) in einer quer zur Fügerichtung offenen Vertiefung (8) des Sensor­ gehäuses (2) angeordnet ist.

10. Temperatursensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteltemperatursensor (4) die Vertiefung (8) nicht nach außen überragt.

11. Temperatursensor nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteltemperatursensor (4) durch Stege am Sensorgehäuse (2) befestigt und während der bestimmungsgemäßen Verwendung vollständig von Kühl­ mittel (9) umströmbar ist.