AT10707U9

AT10707U9 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des mengenmässigen verbrauchs einer betriebsflüssigkeit einer arbeitsmaschine

Info

Publication number: AT10707U9
Application number: AT10010309U
Authority: AT
Inventors: Franz Dipl Ing Graf
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2011-04-15
Also published as: AT10707U1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung des mengenmäßigen Verbrauchs einer Betriebsflüssigkeit (2) einer Arbeitsmaschine wird zumindest zu diskreten Zeitpunkten der hydrostatische Druck der Betriebsflüssigkeit (2) gemessen und daraus das Niveau (h) der Betriebsflüssigkeit (2) im Behälter (1) ermittelt. Um in einfacher Weise die möglichst genaue Bestimmung des mengenmäßigen Verbrauchs zu gewährleisten, wird die Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck und dem Druck oberhalb der Betriebsflüssigkeit (2) in der Arbeitsmaschine ermittelt, vorzugsweise durch einen Differenzdruck Sensor (3) und aus dem Druckverlauf des Differenzdruckes die Änderung des Niveaus (h) der Betriebsflüssigkeit und in weiterer Folge der Verbrauch ermittelt. Dazu ist in der Auswerteeinheit (5) ein Programm abgelegt, das aus dem Druckverlauf des Differenzdruckes die Niveauänderung sowie den Verbrauch ermittelt.

Description

österreichisches Patentamt AT 10 707 U9 2011-04-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des mengenmäßigen Verbrauchs einer Betriebsflüssigkeit einer Arbeitsmaschine, umfassend zumindest zu diskreten Zeitpunkten die Messung des hydrostatischen Drucks der Betriebsflüssigkeit, woraus das Niveau der Betriebsflüssigkeit im Behälter ermittelt wird, sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung des mengenmäßigen Verbrauchs einer Betriebsflüssigkeit aus einem Behälter einer Arbeitsmaschine, mit einem Drucksensor und einer mit dem Drucksensor verbundenen Auswerteeinheit, welche zumindest zu diskreten Zeitpunkten den Sensor abfrägt und aus dessen Signal das Niveau der Betriebsflüssigkeit im Behälter ermittelt.

[0002] Im SAE Paper J2796 sind Ölniveau-Messsysteme beschrieben, bei welchen der mengenmäßige Verbrauch über die Veränderung des Niveaus des Öls in einem Verbrennungsmotor bestimmt wird. Als eine der Methoden zur Bestimmung des Ölniveaus ist die Verwendung eines mit der Ölwanne kommunizierenden Drucksensors beschrieben, der den hydrostatischen Druck des Öl misst. Diese Vorgangsweise ist auch in SAE Standard OC Measurement geoffenbart, wobei aber auch der Nachteil angegeben ist, dass Temperaturveränderungen das Ölniveau und damit auch die Verbrauchsmessung beeinflussen. Überdies wirken sich natürlich Druckänderungen im Innenraum des Motors oberhalb des Öls nachteilig auf die Druckmessung und damit die Ölverbrauchsbestimmung aus.

[0003] Daher war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welche in einfacher Weise und genaue Bestimmung des mengenmäßigen Verbrauchs gewährleistet.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck und dem Druck oberhalb der Betriebsflüssigkeit in der Arbeitsmaschine ermittelt und aus dem Druckverlauf des Differenzdruckes die Änderung des Niveaus der Betriebsflüssigkeit und in weiterer Folge der Verbrauch ermittelt wird. Damit ist der Druckausgleich zwischen dem Innenraum der Arbeitsmaschine, beispielsweise dem Kurbelgehäuse eines Motors, und dem Drucksensor gegeben, so dass eine genaue Niveaubestimmung mittels der Druckmessung gewährleistet ist.

[0005] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der hydrostatische Druck an der tiefsten Stelle des mit der Betriebsflüssigkeit gefüllten Volumens der Arbeitsmaschine ermittelt. Dies gestattet dann auch die Bestimmung der absoluten Werte für die Menge des Betriebsmittels in der Arbeitsmaschine ohne sonst notwendige Kenntnis des unterhalb der Anschlussstelle des Sensors gelegenen Volumens.

[0006] Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Messung eine Kalibrierung erfolgt, umfassend die Füllung des Behälters mit definierten Teilmengen der Gesamtmenge an Betriebsflüssigkeit, wobei jede Teilmenge gewogen, die von dieser Teilmenge verursachte Erhöhung des Niveaus ermittelt und abgespeichert sowie der Zusammenhang zwischen der Veränderung des Volumens und des Niveaus der Betriebsflüssigkeit abgespeichert werden. Damit wird die geometrische Form des zur Aufnahme der Betriebsflüssigkeit bestimmten Volumens innerhalb der Arbeitsmaschine berücksichtigt, um eine korrekte Zuordnung zwischen hydrostatischem Druck und Niveau der Betriebsflüssigkeit sicherzustellen.

[0007] Der Zusammenhang zwischen Füllmenge und Sensorsignal des Drucksensors wird als Kalibrierkurve bei Raumtemperatur aufgenommen, ist aber nur bei parallelen Wänden der Begrenzung des Volumens für die Betriebsflüssigkeit temperaturunabhängig. Temperaturbe- 1/6 österreichisches Patentamt AT 10 707 U9 2011-04-15 dingte Veränderungen des Volumens der Betriebsflüssigkeit können aber durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens genau berücksichtigt werden, bei welcher bei einer Messung bei gegenüber der Kalibrierung unterschiedlicher Temperatur zu jedem Niveau das bei der Kalibrierung ermittelte zugehörige Volumen der Betriebsflüssigkeit bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der Dichte der Betriebsflüssigkeit bei der aktuellen Temperatur die aktuelle Menge der Betriebsflüssigkeit bestimmt wird. Damit kann eine Temperaturumrechnung der Kalibrierkurve auf die aktuelle Temperatur der Betriebsflüssigkeit für beliebige Behältergeometrien automatisch durchgeführt werden, so dass als Ausgangssignal immer der genaue mengenmäßige Verbrauch der Betriebsflüssigkeit vorliegt.

[0008] Die eingangs beschriebene Vorrichtung ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfin-dungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor als Differenzdruck-Sensor ausgeführt ist, der die Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck und dem Druck oberhalb der Betriebsflüssigkeit in der Arbeitsmaschine ermittelt, und dass in der Auswerteeinheit ein Programm abgelegt ist, das aus dem Druckverlauf des Differenzdruckes die Änderung des Niveaus der Betriebsflüssigkeit und in weiterer Folge den Verbrauch ermittelt.

[0009] Um die absolute Menge der vorhandenen Betriebsflüssigkeit aus dem hydrostatischen Druck ermitteln zu können, ist vorteilhafterweise der Differenzdrucksensor an der tiefsten Stelle des mit der Betriebsflüssigkeit gefüllten Volumens der Arbeitsmaschine angesetzt.

[0010] Zur Aufnahme der Kalibrierkurve für den Zusammenhang zwischen Füllmenge und Sensorsignal des Drucksensors für die jeweilige geometrische Form des zur Aufnahme der Betriebsflüssigkeit bestimmten Volumens innerhalb der Arbeitsmaschine ist eine Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, bei der eine Wägeeinheit vorgesehen und zwischen einem Füllbehälter und dem Behälter der Arbeitsmaschine angeordnet ist, bei der eine Pumpe vorgesehen und zur Füllung des Behälters aus dem Füllbehälter mit definierten Mengen an Betriebsflüssigkeit angesteuert wird, und bei der die Auswerteeinheit zusätzlich mit der Wägeeinrichtung verbunden ist und für jede einzelne Menge deren Gewicht als auch die von dieser Menge verursachte Erhöhung des Niveaus als auch des Volumens im Behälter der Arbeitsmaschine abspeichert.

[0011] Die die Kalibrierkurve nur für parallele Begrenzungen des Volumens der Betriebsflüssigkeit nicht von der Temperatur der Betriebsflüssigkeit abhängig ist, kann die Temperaturabhängigkeit durch eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung berücksichtig werden, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Auswerteeinheit ein Programm abgelegt ist, das bei einer Messung bei gegenüber der Kalibrierung unterschiedlicher Temperatur zu jedem Niveau das bei der Kalibrierung ermittelte zugehörige Volumen der Betriebsflüssigkeit bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der Dichte der Betriebsflüssigkeit bei der aktuellen Temperatur die aktuelle Menge der Betriebsflüssigkeit bestimmt wird.

[0012] Vorzugweise ist weiters in der Ausgleichsleitung des Differenzdrucksensors in das Volumen der Arbeitsmaschine oberhalb der Betriebsflüssigkeit eine Kondensatfalle vorgesehen.

[0013] In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

[0014] Die Zeichnung stellt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des mengenmäßigen Verbrauchs einer Betriebsflüssigkeit einer Arbeitsmaschine dar.

[0015] In einem Behälter 1, beispielsweise dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, ist bis zu einem Niveau h eine Betriebsflüssigkeit 2, beispielsweise Schmieröl, enthalten. Der mengenmäßige Verbrauch dieser Betriebsflüssigkeit 2 soll bestimmt werden. Mittels eines Differenzdrucksensors 3, der einerseits mit dem von der Betriebsflüssigkeit 2 erfüllten Volumen 2/6 österreichisches Patentamt AT 10 707 U9 2011-04-15 des Behälters 1 als auch mit dem oberhalb der Betriebsflüssigkeit 2 befindlichen Innenraum 4 des Behälters 1 verbunden ist, wird zumindest zu diskreten Zeitpunkten eine Messung des hydrostatischen Drucks der Betriebsflüssigkeit 2 durchgeführt. Aus dem Sensorsignal des Drucks wird dann in einer Steuer- und Auswerteeinheit 5, welche zumindest zu diskreten Zeitpunkten den Sensor 3 abfrägt, das Niveau h der Betriebsflüssigkeit 2 im Behälter 1 ermittelt. Der Drucksensor 3 liefert ein Signal, das der Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck der Betriebsflüssigkeit 2 und dem Druck oberhalb der Betriebsflüssigkeit 2 im Behälter 1 der Arbeitsmaschine entspricht.

[0016] Dazu erfolgt vor der ersten Messung eine Kalibrierung, in deren Verlauf der Behälter 1 aus einem Vorratsbehälter 6 mit definierten Teilmengen der Gesamtmenge an Betriebsflüssigkeit befüllt wird. In Verbindung mit dem Vorratsbehälter 6 oder direkt darin integriert ist eine Wägeeinheit, mittels derer im Zuge der Befüllung des Behälters 1 jede Teilmenge gewogen, die von dieser Teilmenge verursachte Erhöhung des Niveaus h im Behälter 1 ermittelt und abgespeichert sowie der Zusammenhang zwischen der Veränderung des Volumens und des Niveaus h der Betriebsflüssigkeit abgespeichert werden. Dies gestattet die Berücksichtigung der geometrischen Form des Behälters 1 und die korrekte Zuordnung zwischen hydrostatischem Druck und Niveau h der Betriebsflüssigkeit.

[0017] Durch das zuvor beschriebene schrittweise Auffüllen des Behälters 1 der Betriebsflüssigkeit mit abgewogenen Teilmengen wird der Zusammenhang zwischen den hydrostatischen Druckwerten und den zugehörigen Füllmengen für eine bestimmte erste Temperatur T^ vorzugsweise bei Raumtemperatur, ermittelt. Dazu ist ein - nicht dargestellter - Temperatursensor im Behälter 1 vorgesehen. Da dieser Zusammenhang bei Behältern 1 mit niveauabhängig veränderlicher Querschnittsfläche von der Temperatur der Betriebsflüssigkeit abhängt, muss für Messungen mit von der Temperatur bei Befüllung abweichender Temperatur der Betriebsflüssigkeit die aufgenommene Kalibrierkurve auf die aktuelle Temperatur der Betriebsflüssigkeit umgerechnet werden, so dass als Ausgangssignal immer der genaue mengenmäßige Verbrauch der Betriebsflüssigkeit ausgegeben werden kann.

[0018] Mit Hilfe der bekannten Dichte p1 der Betriebsflüssigkeit bei der erwähnten ersten Temperatur Ti kann nun der Zusammenhang zwischen den Niveaus h| und den zugehörigen Füllvolumina V| berechnet werden, welcher allein von der Behältergeometrie abhängig ist: hi = Pi /(pi. g) bzw. V| = rri| / pi). Die Geometrie des Behälters V(h) ist somit bekannt und wird durch die diskreten Wertepaare (hi, V|) dargestellt und abgespeichert. Zwischenwerte werden durch mathematische Interpolation ermittelt.

[0019] Befindet sich die Anschlussstelle des Drucksensors 3 nicht an der tiefsten Stelle des Behälters, so kann mit Hilfe der bekannten, sich unter der Anschlussstelle befindlichen Menge der Betriebsflüssigkeit m0 das zugehörige Volumen V0 berechnet werden: V0 = m0,1 / pi (der zweite Index bei m0,1 steht für die Temperatur Ti). Solange sich das aktuelle Niveau über der Anschlussstelle befindet kann auch in diesen Fällen die Absolutmenge ermittelt werden.

[0020] Im Messbetrieb bei einer zweiten, i. A. höheren Temperatur T2, wird, wie oben beschrieben, zuerst das Niveau h aus dem gemessenen hydrostatischen Druck p berechnet (h = P / ( p2. g) und anschließend über die abgespeicherte Behältergeometrie V(h) die aktuelle Füllmenge m berechnet (m = p2. V). Allenfalls muss noch die sich im Volumen V0 befindliche Ölmenge m02 addiert werden (m0,2 = V0. p2).

[0021] Allfällige Ölumverteilungen im Motor, z. B. hervorgerufen durch temperaturbedingte Viskositätsänderungen des Öls, müssen zusätzlich zur oben beschriebenen Temperaturumrechnung der Kalibrierkurve berücksichtigt werden. Für eine möglichst einfache und genaue Ölverbrauchsmessung ist daher die Konstanz der Öltemperatur von größter Bedeutung. 3/6

Claims

österreichisches Patentamt AT 10 707 U9 2011-04-15 [0022] Da beim gegenständlichen System die Seite der Betriebsflüssigkeit und die Luftseite durch den Differenzdrucksensor 3 konstruktiv voneinander getrennt sind, was in der Abbildung durch die strichlierte Linie im Differenzdrucksensor 3 symbolisiert ist, kann durch die Befüllung der Ölleitung 7 von der Seite des Drucksensors 3 her etwaige vorhandene Luft direkt über den Behälter 1 aus der Leitung 7 herausgedrückt werden, was einen gegenüber herkömmlichen Systemen wesentlich einfacheren Aufbau zulässt. [0023] In der Verbindung zwischen dem oberhalb der Betriebsflüssigkeit 2 befindlichen Innenraum 4 des Behälters 1 und dem Differenzdrucksensor 3 ist eine Kondensatfalle 8 vorgesehen. Die in der Abbildung dargestellte Menge an Betriebsflüssigkeit in der Kondensatfalle 8 ist der Deutlichkeit der Darstellung halber gegenüber der Menge im Behälter extrem übertrieben. Normalerweise werden sich hier höchstens einige Tröpfchen befinden. Andernfalls müsste man das Kondensat vom Verbrauch subtrahieren. Ansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung des mengenmäßigen Verbrauchs einer Betriebsflüssigkeit (2) einer Arbeitsmaschine, umfassend zumindest zu diskreten Zeitpunkten die Messung des hydrostatischen Drucks der Betriebsflüssigkeit (2), woraus das Niveau (h) der Betriebsflüssigkeit (2) im Behälter (1) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck und dem Druck oberhalb der Betriebsflüssigkeit (2) in der Arbeitsmaschine ermittelt und aus dem Druckverlauf des Differenzdruckes die Änderung des Niveaus (h) der Betriebsflüssigkeit und in weiterer Folge der Verbrauch ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrostatische Druck an der tiefsten Stelle des mit der Betriebsflüssigkeit (1) gefüllten Volumens (1) der Arbeitsmaschine ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Messung eine Kalibrierung erfolgt, umfassend die Füllung des Behälters (1) mit definierten Teilmengen der Gesamtmenge an Betriebsflüssigkeit (2), wobei jede Teilmenge gewogen, die von dieser Teilmenge verursachte Erhöhung des Niveaus (h) ermittelt und abgespeichert sowie der Zusammenhang zwischen der Veränderung des Volumens und des Niveaus (h) der Betriebsflüssigkeit (2) abgespeichert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Messung bei gegenüber der Kalibrierung unterschiedlicher Temperatur zu jedem Niveau das bei der Kalibrierung ermittelte zugehörige Volumen der Betriebsflüssigkeit (2) bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der Dichte der Betriebsflüssigkeit bei der aktuellen Temperatur die aktuelle Menge der Betriebsflüssigkeit (2) bestimmt wird.
5. Vorrichtung zur Bestimmung des mengenmäßigen Verbrauchs einer Betriebsflüssigkeit (2) aus einem Behälter (1) einer Arbeitsmaschine, mit einem Drucksensor (3), einer mit dem Drucksensor (3) verbundenen Auswerteeinheit (5), welche zumindest zu diskreten Zeitpunkten den Sensor (3) abfrägt und aus dessen Signal das Niveau (h) der Betriebsflüssigkeit (2) im Behälter (1) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor als Differenzdruck-Sensor (3) ausgeführt ist, der die Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck und dem Druck oberhalb der Betriebsflüssigkeit (2) in der Arbeitsmaschine ermittelt, und dass in der Auswerteeinheit (5) ein Programm abgelegt ist, das aus dem Druckverlauf des Differenzdruckes die Änderung des Niveaus (h) der Betriebsflüssigkeit (2) und in weiterer Folge der Verbrauch ermittelt. 4/6 österreichisches Patentamt AT 10 707 U9 2011-04-15
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdrucksensor (3) an der tiefsten Stelle des mit der Betriebsflüssigkeit (2) gefüllten Volumens (1) der Arbeitsmaschine ansetzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wägeeinheit (6) vorgesehen und zwischen einem Füllbehälter (6) und dem Behälter (1) der Arbeitsmaschine angeordnet ist, dass eine Pumpe vorgesehen und zur Füllung des Behälters (1) aus dem Füllbehälter (6) mit definierten Mengen an Betriebsflüssigkeit (2) angesteuert wird, und dass die Auswerteeinheit (5) zusätzlich mit der Wägeeinrichtung (6) verbunden ist und für jede einzelne Menge deren Gewicht als auch die von dieser Menge verursachte Erhöhung des Niveaus (h) als auch des Volumens im Behälter (1) der Arbeitsmaschine abspeichert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (5) ein Programm abgelegt ist, das bei einer Messung bei gegenüber der Kalibrierung unterschiedlicher Temperatur zu jedem Niveau (h) das bei der Kalibrierung ermittelte zugehörige Volumen der Betriebsflüssigkeit (2) bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der Dichte der Betriebsflüssigkeit (2) bei der aktuellen Temperatur die aktuelle Menge der Betriebsflüssigkeit bestimmt wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgleichsleitung des Differenzdrucksensors (3) in das Volumen (4) der Arbeitsmaschine oberhalb der Betriebsflüssigkeit (2) eine Kondensatfalle (8) vorgesehen ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5/6