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Title:
DEVICE FOR REGULATING THE TEMPERATURE OF A COMPONENT OR A WORKING MEDIUM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/044398
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for regulating the temperature of a component (3) or a working medium (4, 6, 8) of an internal combustion engine (1). Said device comprises a coolant circuit (16), which has a thermostatic valve (15) for controlling the flow in said circuit and which cools the component (3) or the working medium (4, 6, 8) and a temperature sensor (10, 11, 12, 13), which transmits temperature-related information to the thermostatic valve (15). The temperature sensor (10, 11, 12, 13) is placed directly inside the component (3) and/or the working medium (4, 6, 8). The temperature sensor (10, 11, 12, 13) is mechanic and is mechanically connected in a fixed manner to the thermostatic valve (15).

Inventors:
VON GREGORY JENS (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/011520
Publication Date:
May 27, 2004
Filing Date:
October 17, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
VON GREGORY JENS (DE)
International Classes:
F01P7/16; (IPC1-7): F01P7/16
Foreign References:
DE2347038A11975-03-27
US2070092A1937-02-09
FR2579679A11986-10-03
US6450275B12002-09-17
DE2809187A11979-09-13
Attorney, Agent or Firm:
Kocher, Klaus-peter (Intellectual Property Management IPM - C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Regelung der Temperatur eines Bauteils o der eines Betriebsmediums einer Brennkraftmaschine, mit einem Kühlmittelkreislauf, welcher ein Thermostatventil zur Steuerung der Strömung innerhalb desselben aufweist und welcher zur Kühlung des Bauteils oder des Betriebsme diums dient, und mit einem Temperaturfühler, der ermit telte Informationen bezüglich der Temperatur an das Ther mostatventil weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (10,11, 12,13) unmittelbar in nerhalb des Bauteils (3) und/oder des Betriebsmediums (4,6, 8) angeordnet ist, wobei der Temperaturfühler (10,11, 12,13) mechanisch ausgeführt ist und eine feste mechanische Verbindung (14,26, 27,29) zu dem Thermostat ventil (15,28, 30) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (10,11, 12,13) ein mit dem Bau teil (3) oder dem Betriebsmedium (4,6, 8) in Verbindung stehendes Rohr (31) aufweist, in welchem ein sich in Ab hängigkeit von der Temperatur definiert ausdehnendes Dehnstoffelement (32) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnstoffelement (32) Wachs aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnstoffelement (32) sich innerhalb der zu dem Thermostatventil (15,28, 30) führenden Verbindungsleitung (14,26, 27,29) befindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindungsleitung (14,26, 27,29) als dünnes Rohr ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (10) innerhalb eines Zylinder kopfes (3) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (11) innerhalb des Motoröls (4) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (12) innerhalb des Getriebeöls (6) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (13) innerhalb des Kraftstoffes (8) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler innerhalb der Wicklung eines mit der Brennkraftmaschine (1) verbundenen Generators an geordnet ist.
11. Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung (9) nach einer der Ansprüche 1 bis 10. GEÄNDERTE ANSPRÜCHE [beim Internationalen Büro am 19 April 2004 (19.04. 04) eingegangen, ursprüngliche Ansprüche 111 durch neue Ansprüche 18 ersetzt] 1. Vorrichtung zur Regelung der Temperatur eines Bauteils einer Brennkraftmaschine, mit einem Kühlmittelkreislauf, welcher ein Thermostatventil zur Steuerung der Strömung innerhalb desselben aufweist und welcher zur Kühlung des Bauteils dient, und mit einem Temperaturfühler, der ermittelte Informationen bezüglich der Temperatur an das Thermostatventil weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (10,11, 12,13) unmittelbar innerhalb des Bauteils (3) angeordnet ist, wobei der Temperaturfühler (10,11, 12,13) mechanisch ausgeführt ist und eine feste mechanische Verbindung (14,26, 27,29) zu dem Thermostatventil (15,28, 30) aufweist.
12. 2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (10,11, 12,13) ein mit dem Bauteil (3) in Verbindung stehendes Rohr (31) aufweist, in welchem ein sich in Abhängigkeit von der Temperatur definiert ausdehnendes Dehnstoffelement (32) angeordnet ist.
13. 3 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnstoffelement (32) Wachs aufweist.
14. 4 Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnstoffelement (32) sich innerhalb der zu dem Thermostatventil (15,28, 30) führenden Verbindungsleitung (14,26, 27,29) befindet.
15. 5 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindungsleitung (14,26, 27,29) als dünnes Rohr ausgebildet ist.
16. 6 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (10) innerhalb eines Zylinderkopfes (3) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
17. 7 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler innerhalb der Wicklung eines mit der Brennkraftmaschine (1) verbundenen Generators angeordnet ist.
18. 8 Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung (9) nach einer der Ansprüche 1 bis 7.
Description:
Vorrichtung zur Regelung der Temperatur eines Bauteils oder eines Betriebsmediums einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Tem- peratur eines Bauteils oder eines Betriebsmediums einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 nä- her 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 Viel- zahl heutiger Brennkraftmaschinen eingesetzt. Der Temperatur- fühler befindet sich dabei innerhalb des Kühlmittels und re- gelt in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur beispiels- weise die Temperatur des Zylinderkopfes.

Bei der Regelung mit Hilfe dieser Vorrichtungen wird der Zy- linderkopf jedoch meist zu stark gekühlt, und zwar insbeson- dere im Teillastbereich. Dies führt jedoch zum einen dazu, dass die Brennkraftmaschine erst sehr viel später ihre opti- male Betriebstemperatur erreicht und damit eine verhältnismä- ßig lange Zeit nicht optimal betrieben werden kann. Zum ande- ren können durch diese zu starke Abkühlung des Zylinderkopfes Spannungen innerhalb des Werkstoffes entstehen, die Beschädi- gungen 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 Bau- teils bei.

Auch für die Regelung von Betriebsmedien der Brennkraftma- schine, 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 die- ses noch weit von seiner maximal zulässigen Temperatur ent- fernt ist. Durch diese unnötige Kühlung ist keine optimale Regelung der Temperatur dieser Betriebsmedien gegeben. Auch das bereits oben erwähnte Problem der erforderlichen Steuer- strömung 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 be- schrieben, der die Temperatur eines Bestandteils des Zylin- derkopfes 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 sol- che Lösungen erheblich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor- richtung zur Regelung der Temperatur eines Bauteils oder ei- nes 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 Thermos- tatventils, von der Regelgröße, nämlich der Bauteil-bzw. Me- dientemperatur, entkoppelt, so dass vorteilhafterweise eine von der Last und der Bauteiltemperatur abhängige Kühlung mög- lich ist, welche eine sehr viel direktere Regelung der Tempe- ratur des Bauteils bzw. des Betriebsmediums als bisher be- kannte Vorrichtungen ermöglicht. Durch diese unmittelbare Re- gelung 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 wer- den kann. Dies führt in diesen Teillastzuständen zu einer Er- höhung 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 die- selben 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 In- formation über die Temperatur des Kühlmittels benötigt. Dies verhindert gerade bei der Kühlung von Betriebsmedien vorteil- hafterweise einen ansonsten stets vorhandenen Wärmeverlust und führt zu einer schnelleren Erwärmung der Brennkraftma- schine.

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 Tempera- turfühler sowie die mechanische Verbindungsleitung zu dem Thermostatventil erfordert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich insbesondere zur Regelung der Temperatur des Zylinderkopfes einer Brennkraft- maschine einsetzen. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch die Regelung der Temperaturen von Motoröl, Getriebeöl o- der Kraftstoff denkbar. Eine weitere Anwendung der erfin- dungsgemäßen Lösung besteht in der Regelung der Temperatur der Wicklung eines Generators, der mit der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.

Eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung ist in Anspruch 11 angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen so- wie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Dabei zeigen : Fig. 1 Eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Vor- richtung zur Regelung der Temperatur sowohl eines Bauteils als auch eines Betriebsmediums einer Brenn- kraftmaschine ; und Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Temperaturfühlers aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist sehr schematisch eine Brennkraftmaschine 1 dar- gestellt, welche ein Kurbelgehäuse 2 und einen daran ange- brachten 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 zusammenzufas- sen. 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 der- selben 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 vorlie- genden Fall des Zylinderkopfes 3, sowie verschiedener Be- triebsmedien der Brennkraftmaschine 1, nämlich im vorliegen- den Fall des Motoröls 4, des Getriebeöls 6 und des Kraftstof- fes 8. Selbstverständlich könnte die Vorrichtung 9 auch le- diglich zur Kühlung eines oder mehrerer einzelner dieser Bau- teile 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 Tempe- raturfühler 10 innerhalb des Materials des Zylinderkopfes 3 angeordnet ist und so dessen Temperatur misst bzw. fest- stellt. Der Temperaturfühler 11 befindet sich in dem Motoröl 4, der Temperaturfühler 12 innerhalb des Getriebeöls 6 und der Temperaturfühler 13 innerhalb des Kraftstoffes 8. Sämtli- che 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 beschrie- ben.

Der innerhalb des Zylinderkopfes 3 angeordnete Temperaturfüh- ler 10 ist über eine ebenfalls rein mechanische Verbindungs- leitung 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 letztgenann- ten 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 Ge- triebeöl 6, ein von dem Kraftstoff 8 durchströmter Wärmetau- scher 24 sowie ein Wasserkühler 25 zur Versorgung des Wärme- tauschers 24 mit Kühlmittel angeordnet. Die beiden Tempera- turfühler 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 Verbin- dungsleitung 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 Thermos- tatventile vorgesehen sein. Des weiteren wäre es auch mög- lich, das Motoröl 4 und das Getriebeöl 6 anstatt in dem ge- meinsamen Ölkühler 23 jeweils in separaten Ölkühlern zu küh- len.

Obwohl die Vorrichtung 9 im vorliegenden Fall mehrere Tempe- raturfühler 10,11, 12 und 13 mit zugeordneten Thermostatven- tilen 15,28 und 30 aufweist, ist herauszustellen, dass, je nach Anwendungszweck, auch lediglich ein Temperaturfühler mit zugeordnetem Thermostatventil bzw. jede beliebige andere An- zahl 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 er- gibt sich somit eine stärkere Durchströmung desselben, wohin- gegen bei den Temperaturfühlern 11 oder 12 eine stärke Durch- strömung des Ölkühlers 23 und bei dem Temperaturfühler 13 ei- ne stärkere Durchströmung des Wärmetauschers 24 die Folge ist. Dadurch ist eine unmittelbare Verbindung von der Bau- teil-bzw. Betriebsmedientemperatur zu der Kühlung des Bau- teils 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 Bauteiltempera- turen 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 Tempera- turen, da die Temperaturfühler 10,11, 12 und 13 keine Steu- erströmung benötigen und deshalb der Ölkühler 23 und der Wär- metauscher 24 nicht zwangsläufig von Kühlmittel durchströmt sein müssen.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines der Tempera- turfühler 10,11, 12 oder 13. Dieser weist ein einseitig ge- öffnetes, mit dem Zylinderkopf 3, dem Motoröl 4, dem Getrie- beöl 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 be- steht 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 Verbindungslei- tungen 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 Thermos- tatventils 15,28 bzw. 30 geregelt.

Eine in den Figuren nicht dargestellte Verwendung der Vor- richtung 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.