(57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen
für Brennkraftmaschinen-Hubventile, wobei durch jede elektromagnetische Betätigungsvorrichtung
(=Aktuator) ein Teil eines in der Brennkraftmaschine umgewälzten Fluidstromes, insbesondere
Schmierölstromes, hindurch geleitet wird. Die Menge des durch den/die Aktuator(en)
hindurch geleiteten Fluidstromes ist veränderbar und wird mittels einer geeigneten
Ventileinrichtung derart eingestellt, daß letztlich die kritische Bauteiltemperatur
der Aktuatoren nicht überschritten wird. Bevorzugt wird eine der aktuellen Bauteiltemperatur
entsprechende elektrische Kenngröße eines Aktuators in einer den Aktuatoren zugeordneten
elektronischen Steuereinheit anhand des durch die Magnetspulen des Aktuators fließenden
elektrischen Stromes ermittelt und in einer elektronischen Steuereinheit mit der kritischen
Bauteiltemperatur oder einer dieser entsprechenden kritischen elektrischen Kenngröße
verglichen, woraufhin die letztgenannte Steuereinheit die Ventileinrichtung im Hinblick
auf den erforderlichen Kühl-Fluidstrom ansteuert.
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen
für Brennkraftmaschinen-Hubventile, wobei durch jede elektromagnetische Betätigungsvorrichtung
(=Aktuator) ein Teil eines in der Brennkraftmaschine umgewälzten Fluidstromes, insbesondere
Schmierölstromes, hindurch geleitet wird. Zum technischen Umfeld wird auf die DE 197
14 496 A1 verwiesen.
[0002] Eine elektromagnetische Hubventil-Betätigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
hat wegen der Freiheit hinsichtlich der Ventilsteuerzeiten, d.h. hinsichtlich des
jeweiligen Öffnungs- und Schließzeitpunktes der Hubventile immense Vorteile, jedoch
müssen zum Betätigen, insbesondere zum Öffnen des Hubventiles relativ hohe Kräfte
aufgebracht werden, was eine gewisse Mindestgröße von Magnetspulen und Anker erforderlich
macht. Als Folge hiervon ist es äußerst schwierig, die bekannten Aktuatorgehäuse überhaupt
in einem heute üblichen Zylinderkopf beispielsweise einer ein Kraftfahrzeug antreibenden
Brennkraftmaschine unterzubringen. Dabei entsteht in den Magnetspulen bei der Betätigung
der Hubventile insbesondere bei höheren Betätigungsfrequenzen relativ viel Verlustwärme,
die auf geeignete Weise abgeführt werden muß. Eine reine Konvektionskühlung des Aktuatorgehäuses
in der umgebenden Luft ist hierfür nicht ausreichend, insbesondere auch unter Berücksichtigung
der soeben beschriebenen beengten Platzverhältnisse.
[0003] Bei der elektromagnetischen Hubventil-Betätigungsvorrichtung nach der o.g. DE 197
14 496 A1 ist daher eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen, wobei im Gehäuse des Aktuators
ein Kühlkanal vorgesehen ist, innerhalb dessen ein Teil eines innerhalb der Brennkraftmaschine
umgewälzten Fluidstromes als Kühlflüssigkeit durch den Aktuator hindurch geführt wird.
Dieser Kühl-Fluidstrom kann dabei die Kühlflüssigkeit der (bevorzugt wassergekühlten)
Brennkraftmaschine sein oder vom Schmierölstrom der Brennkraftmaschine abgezweigt
werden. Dabei sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die vorliegende
Erfindung nicht auf Aktuatoren mit im Gehäuse integrierten Kühlkanälen beschränkt
ist, vielmehr kann der Kühl-Fluidstrom auch - wie dies in der US 3,882,833 gezeigt
ist - direkt durch den Aktuator hindurch geleitet werden.
[0004] Offensichtlich ist, daß für die beschriebene Kühlung der an einer Brennkraftmaschine
üblicherweise in größerer Stückzahl vorhandenen Aktuatoren ein geringer Teil der von
der Brennkraftmaschine erbrachten Leistung zur Verfügung gestellt werden muß, insbesondere
wenn als Kühl-Fluid das in der Brennkraftmaschine umgewälzte Schmiermittel verwendet
wird. Für letzteres gilt dies insbesondere bei kaltem Schmiermittel und somit noch
nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine wegen der dann höheren Viskosität des Schmieröles.
Im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine sollen derartige Verlust-Leistungen
so gering als möglich gehalten werden.
[0005] Eine diesbezügliche Maßnahme aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durch den/die
Aktuator(en) hindurch geleiteten Fluidstromes veränderbar ist und mittels einer geeigneten
Ventileinrichtung derart eingestellt wird, daß letztlich die kritische Bauteiltemperatur
der Aktuatoren nicht überschritten wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist Inhalt
des Unteranspruches.
[0006] Erfindungsgemäß soll letzlich nur eine solche Menge von kühlendem Fluidstrom durch
die Aktuatoren hindurch geleitet werden, wie tatsächlich zur Kühlung derselben benötigt
wird. Ist bspw. die Brennkraftmaschine noch kalt, d.h. hat die Brennkraftmaschine
anschließend an einen Kaltstart ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht, so benötigen
die dann ebenfalls noch kalten Aktuatoren überhaupt keine Kühlung, so daß zumindest
theoretisch jeglicher Kühl-Fluidstrom durch die Aktuatoren unterbunden werden kann
und somit auch keine durch die Kühlung hervorgerufene Verlustleistung anfällt. Jedoch
sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß bei Verwendung des Schmieröles
der Brennkraftmaschine als Kühl-Fluid eventuell stets eine dann allerdings geringe
Menge von Schmieröl den Aktuatoren zugeführt werden muß, und zwar zur Schmierung derselben.
In diesem Falle ist ggf. eine vollständige Unterbindung der Zufuhr von Schmieröl zu
den Aktuatoren nicht möglich.
[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet aber nicht nur eine einfache Abfrage, ob
eine Kühlung der Aktuatoren erforderlich ist oder nicht, sondern es soll generell
die Menge des zu Kühlzwecken durch die Aktuatoren hindurch geleiteten Fluidstromes
derart eingestellt werden, daß letztlich eine kritische (maximale) Bauteiltemperatur
der Aktuatoren nicht überschritten wird. Diese besagte Einstellung erfolgt mittels
einer geeigneten Ventileinrichtung, die eine mehr oder minder große Menge von Kühl-Fluid
durch die Aktuatoren strömen läßt, und zwar insbesondere bzw. im wesentlichen in Abhängigkeit
von der aktuellen Bauteiltemperatur der Aktuatoren.
[0008] Grundsätzlich kann die aktuelle Bauteiltemperatur eines Aktuators mittels eines geeigneten
Sensors gemessen werden, wonach in einer elektronischen Steuereinheit eine Abfrage
bzw. ein Vergleich erfolgt, ob diese aktuelle Temperatur weit unterhalb oder nahe
der kritischen maximalen Aktuator-Bauteiltemperatur liegt. Als Resultat dieses Vergleiches
wird dann eine mehr oder minder große Menge von Kühl-Fluid durch den bzw. die Aktuator(en)
geleitet.
[0009] Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die
aktuelle Bauteiltemperatur eines Aktuators in einer den Aktuatoren zugeordneten elektronischen
Steuereinheit annähernd bzw. quasi anhand der durch die Magnetspulen des Aktuators
fließenden elektrischen Stromes zu ermitteln, da auf diese Weise kein eigenständiger
Temperatursensor benötigt wird. In Kenntnis der an die Magnetspulen des elektromagnetischen
Aktuators angelegten elektrischen Spannung sowie des durch diese fließenden elektrischen
Stromes läßt sich nämlich - wie bekannt - der Spulenwiderstand ermitteln, der selbst
wieder eine signifikante Abhängigkeit von der Aktuator-Temperatur besitzt. Die Größe
des elektrischen Widerstandes der Magnetspulen repräsentiert somit die Bauteiltemperatur
des Aktuators und kann demzufolge mit einer entsprechenden maximalen kritsichen Größe
(für den Spulen-Widerstand) verglichen werden.
Allgemein ausgedrückt kann somit also eine der aktuellen Bauteiltemperatur entsprechende
elektrische Kenngröße eines Aktuators in einer den Aktuatoren zugeordneten elektronischen
Steuereinheit anhand der durch die Magnetspulen des Aktuators fließenden elektrischen
Stromes ermittelt werden und in einer elektronischen Steuereinheit mit der kritischen
Bauteiltemperatur oder einer dieser entsprechenden kritischen elektrischen Kenngröße
verglichen werden, woraufhin die letztgenannte Steuereinheit die geannte Ventileinrichtung
im Hinblick auf die Menge des erforderlichen Kühl-Fluidstromes ansteuert.
[0010] Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist nicht gezeigt, da der Fachmann anhand
obiger Erläuterungen das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres in eine ansonsten
übliche elektronische Steuereinheit für elektromagnetische Aktuatoren zur Betätigung
von Brennkraftmaschinen-Hubventilen implementieren kann, wobei abschließend noch darauf
hingewiesen sei, daß selbstverständlich eine Vielzahl von Details ergänzt oder auch
teilweise abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet werden kann, ohne den Inhalt
der Patentansprüche zu verlassen.
1. Verfahren zur Kühlung von elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen für Brennkraftmaschinen-Hubventile,
wobei durch jede elektromagnetische Betätigungsvorrichtung (=Aktuator) ein Teil eines
in der Brennkraftmaschine umgewälzten Fluidstromes, insbesondere Schmierölstromes,
hindurch geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durch den/die Aktuator(en) hindurch geleiteten
Fluidstromes veränderbar ist und mittels einer geeigneten Ventileinrichtung derart
eingestellt wird, daß letztlich die kritische Bauteiltemperatur der Aktuatoren nicht
überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine der aktuellen Bauteiltemperatur entsprechende elektrische
Kenngröße eines Aktuators in einer den Aktuatoren zugeordneten elektronischen Steuereinheit
anhand des durch die Magnetspulen des Aktuators fließenden elektrischen Stromes ermittelt
wird und in einer elektronischen Steuereinheit mit der kritischen Bauteiltemperatur
oder einer dieser entsprechenden kritischen elektrischen Kenngröße verglichen wird,
woraufhin die letztgenannte Steuereinheit die Ventileinrichtung im Hinblick auf den
erforderlichen Kühl-Fluidstrom ansteuert.