Vorrichtung zur Regelung der Temperatur eines Bauteils oder eines Betriebsmediums einer Brennkraftmaschine
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 .
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.
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.
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.
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.
Diese oben erläuterte Problematik wurde erkannt und es wird beispielsweise in der DE 41 13 294 Cl 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.
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.
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 .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst .
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.
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 .
Dabei kommt die erfindungsgemäße Lösung mit sehr geringen Kosten aus, da auf aufwendige elektronische Bauteile verzieh-
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.
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 o- der Kraftstoff denkbar. Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Regelung der Temperatur der Wicklung eines Generators, der mit der Brennkra tmaschine in Verbindung steht .
Eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 11 angegeben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel .
Dabei zeigen:
Fig. 1 Eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Temperatur sowohl eines Bauteils als auch eines Betriebsmediums einer Brennkraftmaschine; und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Temperaturfühlers aus Fig. 1.
In Fig. 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.
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.
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 Fig. 2 zu entnehmen und wird später detaillierter beschrieben.
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 .
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.
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 .
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.
Bei einer beispielsweise von dem Temperaturfühler 10 detek- tierten 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.
Fig. 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 Verbindungs- leitung 14, 26, 27 bzw. 29 wird dann die Öffnung des Thermostatventils 15, 28 bzw. 30 geregelt.
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.