Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit einer Kühlmittelpumpe, mindestens einer Kühlmittelleitung, einem Kühler und einer Kühlmittelkavität in der Brennkraftmaschine, wobei die Kühlmittelpumpe, die Kühlmittelleitung, der Kühler und die Kühlmittelkavität mit einem Kühlmittel gefüllt sind.

Die Überwachung der Zusammensetzung des Kühlmittels erfolgt bei Kraftfahrzeugen in der Regel nur im Rahmen von Werkstattaufenthalten und somit oft unregelmäßig. Zudem erfolgt die Messung der Konzentration des Frostschutzmittels im Kühlmittel nicht bei jedem Werkstattaufenthalt des Fahrzeuges. Zum Beispiel beschreibt die Druckschrift JP S57 171019 A ein System zum Steuern von Kühlungseigenschaften für eine Brennkraftmaschine, das eine Konzentration einer Kühlmittellösung in einer Wasserkühlung überwacht und in Abhängigkeit der Konzentration der Kühlmittellösung den Betrieb einer Wasserpumpe steuert. Ein ähnlicher Kühlmittelkreislauf ist aus JP H10 259730 bekannt.

Es ist allerdings möglich, dass sich der Anteil des Forstschutzmittels im Kühlmittel unbemerkt derart verringert, dass das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf bei einer Umgebungstemperatur von weniger als 0° C einfriert. Dies kann zu erheblichen Schäden an der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges führen. Es kann jedoch auch eine zu hohe Konzentration des Frostschutzmittels nachteilig für den Kühlmittelkreislauf sein und zu Schäden an diesem führen.

Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es einen Kühlmittelkreislauf zu schaffen, der die Brennkraftmaschine dauerhaft vor Beschädigungen durch den unsachgemäßen Einsatz von Kühlmitteln schützt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in und/oder an dem Kühlmittelkreislauf zumindest ein Sensor zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration fest und dauerhaft angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch außerhalb von Werkstattaufenthalten des Fahrzeuges eine zu niedrige Konzentration des Frostschutzmittels im Kühlmittel sicher erkannt werden kann. Auch eine zu hohe Konzentration des Frostschutzmittels kann mit dem erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf erkannt werden. Außerdem umfasst der beschriebene Kühlmittelkreislauf einen Umgebungstemperatursensor und ein elektronisches Steuergerät, das mit dem Umgebungstemperatursensor verbunden ist und das dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Messsignale des Sensors eine minimale Einsatztemperatur des Kühlmittels zu bestimmen und diese mit den Messsignalen des Umgebungstemperatursensors zu vergleichen. Ein solcher Vergleich der minimalen Einsatztemperatur des Kühlmittels und der Umgebungstemperatur kann insbesondere auch nach Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgen.

Bei einer Ausgestaltung ist der Sensor zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration ein Ultraschallsensor. Ultraschallsensoren sind langlebige und kostengünstige Bauteile, mit deren Hilfe die Konzentration des Frostschutzmittels im Kühlmittel sicher erkannt werden kann.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist der Kühlmittelkreislauf zusätzlich ein Ausdehnungsgefäß auf. Der Sensor zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration kann in oder an dem Ausdehnungsgefäß angeordnet sein. Das Ausdehnungsgefäß ist in der Regel ein gut zugängliches Bauteil, das die Aufnahme eines Sensors zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration problemlos ermöglicht.

Bei einer Weiterbildung ist der Sensor zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration in oder an der Kühlmittelkavität angeordnet. Die Kühlmittelkavität befindet sich in der Brennkraftmaschine selber, womit der Sensor zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration die Brennkraftmaschine besonders effektiv vor dem Einfrieren schützen kann.

Wenn der Sensor zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration in oder an der Kühlmittelpumpe angeordnet und/oder in oder an der Kühlmittelleitung angeordnet ist, kann ebenfalls eine effektive Überwachung des Anteils des Frostschutzmittels im Kühlmittel erfolgen und somit die Kühlmittelkonzentration sicher festgestellt werden. Dies gilt auch, wenn der Sensor zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration in oder an dem Kühler angeordnet ist.

Der Sensor überträgt zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration seine Messergebnisse an das elektronische Steuergerät. Dadurch, dass das elektronische Steuergerät zusätzlich mit einem Umgebungstemperatursensor verbunden ist, kann sicher festgestellt werden, ob die Umgebungstemperatur so weit gesunken ist, dass eine Gefahr für den Kühlkreislauf und/oder die Brennkraftmaschine besteht oder bestand.

Es ist vorteilhaft, dass das elektronische Steuergerät anhand der Messergebnisse des Sensors zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration eine minimale Einsatztemperatur für das Kühlmittel bestimmt und diese minimale Einsatztemperatur für das Kühlmittel mit dem Messergebnis des Umgebungstemperatursensors vergleicht. Hierdurch kann ein Einfrieren des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf sicher erkannt werden.

Zur Vermeidung weiterer Schäden an der Brennkraftmaschine nach dem Einfrieren des Kühlmittels ist es vorteilhaft, wenn das elektronische Steuergerät ein elektronisches Warnsignal erzeugt, wenn das Messergebnis des Umgebungstemperatursensors die minimale Einsatztemperatur des Kühlmittels unterschreitet. Dieses elektronische Warnsignal kann zum Beispiel dem Fahrzeugführer in Form einer Fehlermeldung angezeigt werden und/oder dazu verwendet werden, dass sich die Brennkraftmaschine nicht starten lässt oder stillgelegt wird.

Die Überwachung der Kühlmittelkonzentration und die Bestimmung der minimalen Einsatztemperatur des Kühlmittels, sowie der Vergleich mit dem Messergebnis des Umgebungstemperatursensors erfolgen auch nach dem Stillstand der Brennkraftmaschine, somit kann der wahrscheinlichste Fall, nämlich das Einfrieren der abgestellten Brennkraftmaschine, sicher erkannt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Figur 1

eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern,

Figur 2

einen Konzentrationssensor.

Elemente gleicher Konstruktion und/oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern und einem an der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Abgaskrümmer 15. Um im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 eine Überhitzung der Brennkraftmaschine 1 zu verhindern, ist an der Brennkraftmaschine 1 ein Kühlmittelkreislauf 2 ausgebildet. Der Kühlmittelkreislauf 2 für die Brennkraftmaschine umfasst eine Kühlmittelpumpe 3, mindestens eine Kühlmittelleitung 4, einen Kühler 7 und Kühlkavitäten 13 in der Brennkraftmaschine 1. Durch die Kühlkavitäten 13 in der Brennkraftmaschine 1 kann das Kühlmittel 5 die Wärme aus der heißen Brennkraftmaschine 1 aufnehmen und abtransportieren. Dazu wird das heiße Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 3 durch die Kühlmittelleitung 4 hin zum Kühler 7 transportiert, wo das Kühlmittel 5 in der Regel von vorbeiströmender kalter Luft abgekühlt wird und danach erneut der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. Das Kühlmittel 5 einer Brennkraftmaschine 1 in Kraftfahrzeugen besteht in der Regel aus Wasser, dem einige korrossionsmindernde Substanzen zugesetzt sind. Dieses Wasser hat die Eigenschaft, bei Temperaturen von weniger als 0 °C einzufrieren, was zu schwerwiegenden Schäden an der Brennkraftmaschine 1 oder dem Kühlmittelkreislauf 2 führen kann. Daher sind dem wässrigen Kühlmittel 5 in der Regel Substanzen beigemengt, die dem Gefrierpunkt der Lösung weit unter 0 °C absenken. Im Verlauf eines Fahrzeuglebens kann es jedoch dazu kommen, dass die Konzentration der Substanzen, die den Gefrierpunkt des Kühlmittels 5 herabsetzen, zu gering wird, womit ein Einfrieren der Brennkraftmaschine 1 oder des Kühlmittelkreislaufes 2 möglich wird. Um dies zu verhindern, ist im Kühlmittelkreislauf 2 ein Sensor 8 zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration fest und dauerhaft angeordnet. Dieser Sensor 8 zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration kann beispielsweise ein Ultraschallsensor sein. Weiterhin kann im Kühlmittelkreislauf 2 ein Ausdehnungsgefäß 6 angeordnet sein. Dieses Ausdehnungsgefäß 6 kann die thermische Ausdehnung des Kühlmittels 5 im Kühlmittelkreislauf 2 kompensieren. Der Sensor 8 zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration kann z. B. in oder an der Kühlmittelkavität 13 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet sein. In Kombination dazu oder als eigenständige Lösung kann der Sensor 8 zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration an oder in der Kühlmittelpumpe 3 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Sensor 8 zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration in oder an der Kühlmittelleitung 4 und/oder in oder an dem Kühler 7 angeordnet sein. Der Sensor 8 zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration übermittelt die erfasste Konzentration der Kühlmittellösung 5 an ein elektronisches Steuergerät 9. Dieses elektronische Steuergerät 9 kann eine Information über die Kühlmittelkonzentration die Temperatur ermitteln, unterhalb derer das Kühlmittelmittel 5 einfrieren würde. Diese Temperatur kann mit einer Außentemperatur verglichen werden, die von einem Umgebungstemperatursensor 14 an das elektronische Steuergerät 9 übermittelt wird. Sobald das elektronische Steuergerät erkennt, dass die Außentemperatur unter die Einfriertemperatur des Kühlmittels 5 fällt, kann das elektronische Steuergerät ein Warnsignal erzeugen und/oder auf elektronischem Wege sicherstellen, dass die unterkühlte und/oder eingefrorene Brennkraftmaschine nicht gestartet wird.

Fig. 2 zeigt einen Konzentrationssensor 8, der als Ultraschallsensor ausgebildet ist. Das Sensorelement 17 wird von einem Frequenzgenerator 10, der im elektronischen Steuergerät 9 integriert ist, zu Schwingungen angeregt. Das Sensorelement 17 kann jedoch auch durch eine elektrische Schaltung 9 zu Schwingungen angeregt werden, wobei die elektrische Schaltung 9 ein Bestandteil des Konzentrationssensors 8 selber ist. Diese Schwingungen besitzen Frequenzen im Ultraschallbereich, womit eine Ultraschallwelle 11 ausgesendet wird und durch das Kühlmittel 5 zu einem Reflektor 12 läuft. An dem Reflektor 12 wird die Ultraschallwelle 11 reflektiert und zum Sensorelement 17 zurück geworfen. Das Sensorelement 17 fungiert nun als Empfänger für die Ultraschallwelle 11, wobei die Laufzeit der Ultraschallwelle 11 vom Sensorelement 17 über den Reflektor 12 zurück zum Sensorelement 17 charakteristisch für die Konzentration der Gefrierpunkt absenkenden Zusätze im Kühlmittel ist. Damit kann der hier gezeigte Sensor 8 zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration ein entsprechendes Signal zur Konzentration des Kühlmittels an das elektronische Steuergerät 9 abgeben, womit das elektronische Steuergerät 9 dann die Temperatur errechnen kann, ab der das Kühlmittel 5 einfrieren würde. Der hier vorgestellte Kühlmittelkreislauf 2 für eine Brennkraftmaschine 1 mit zumindest einem Sensor 8 zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration kann dazu beitragen, teure Schäden an der Brennkraftmaschine 1 zu vermeiden und somit Ressourcen zu schonen.