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Die Erfindung betrifft ein Mess- und Prüfsystem für einen Prüfling mit zumindest einem Betriebsfluid, insbesonders zur Prüfung einer Verbrennungskraftmaschine, mit zumindest einer Messanordnung, die mit einem das Betriebsfluid enthaltenden Raum des Prüflings verbunden ist, umfassend eine Teilmessanordnung für einen Mengenparameter des Betriebsfluids und zumindest eine weitere Teilmessanordnung für zumindest einen Beschaffenheitsparameter zur Charakterisie- rung der physikalischen und/oder chemischen Beschaffenheit des Betriebsfluids, sowie eine mit der Messanordnung verbundene Steuer- und Auswerteeinheit, sowie ein Mess- und Prüfverfahren für einen Prüfling mit zumindest einem Betriebsfluid, insbesonders zur Prüfung einer Verbren- nungskraftmaschine,
wobei ein Mengenparameter des Betriebsfluids sowie zumindest ein Beschaf- fenheitsparameter zur Charakterisierung der physikalischen und/oder chemischen Beschaffenheit des Betriebsfluids bestimmt werden.
Für Forschung und Entwicklung oder auch zum Beispiel für die Qualitätsprüfung und Diagnose an komplexen Maschinen, beispielsweise an Verbrennungskraftmaschinen, aber auch z.B. Kol- benkompressoren, Turbinen, Fahrzeuggetriebe und-antriebstränge, usw., werden komplexe Mess- und Prüfsysteme benötigt, die eine signifikante Erprobung und Optimierung der Maschine ermögli- chen sollen. Die dabei zum Einsatz kommenden Betriebsfluide - das sind beispielsweise Schmier- öl, Kühlmittel und gegebenenfalls auch flüssige, gasförmige oder zum Beispiel auch staubförmige Kraftstoffe und Verbrennungsluft - haben in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung.
Sie müssen der Maschine in ausreichender Menge und in geeigneter Beschaffenheit bereitgestellt werden und sie werden im Betrieb der Maschine verbraucht. Der Verbrauch kann mengenmässig und/oder beschaffenheitsmässig erfolgen, wobei beispielsweise das Kühlmittel normalerweise nicht durch einen eigentlichen Mengenverbrauch, sondern durch eine Durchströmungsmenge charakte- risiert sein wird, und der Verbrauch zum Beispiel bei der Verbrennung von Kraftstoff mit Verbren- nungsluft der Verbrauch wird sowohl mengenmässig als auch beschaffenheitsmässig quasi vollstän- dig sein, während zum Beispiel der Schmierölverbrauch als Menge und als Verschlechterung stetig, im Sinn einer schleichenden Veränderung, erfolgt.
Mess- und Prüfsysteme werden daher häufig mit einer Vielzahl von entsprechenden Messgerä- ten ausgestattet. Sie dienen einerseits zur Bestimmung von Mengenparametern eines Betriebsflu- ids. Je nach Ausführung und Anwendung können der aktuelle Zustrom oder Verbrauchsstrom, oder auch die Durchströmung, bestimmt werden, beispielsweise als Volumen oder Masse pro Zeitein- heit, oder pro Betriebszyklus, oder als akkumulierter Wert ; es kann die aktuell noch in einem Speicherbehälter vorhandene Menge, oder die Mengen- oder Pegeldifferenz gegenüber einem zuletzt gemessenen Wert, usw., bestimmt werden.
Andererseits werden Mess- und Prüfsysteme häufig auch mit Messgeräten zur Bestimmung von Beschaffenheitsparametern der Betriebsfluide ausgestattet, die eine Charakterisierung der physikalischen und/oder chemischen Beschaffenheit des Betriebsfluids ermöglichen. Solche Messgeräte und Sensoren zur Bestimmung von Beschaf- fenheitsparametern können auch beispielsweise in Konditioniergeräte eingebaut werden, die zum Beispiel zur Konditionierung von Temperatur und Druck des zugeführten Kraftstoffes, oder zur Konditionierung von Temperatur, Feuchte und Druck der zugeführten Verbrennungsluft dienen.
Es ist grundsätzlich auch bekannt, einen Mengenparameter und einen Beschaffenheitsparame- ter des Betriebsfluids miteinander mathematisch zu verknüpfen und auf diese Art eine weitere, abgeleitete physikalische oder chemische Grösse des Betriebsfluids, bzw. einen weiteren Mengen- oder Beschaffenheitsparameter, zu bestimmen. Zum Beispiel erhält man durch Multiplikation des Mengenparameters "Volumsdurchfluss" mit dem Beschaffenheitsparameter nDichte" den neuen Mengeparameter "Massendurchfluss".
Oder man erhält aus den gemessenen Laufzeiten eines Ultraschall-Durchflussmessystems den Volumsdurchfluss und die Schallgeschwindigkeit des strö- menden Gases ; aus der Schallgeschwindigkeit und dem gemessenen Druck als weiterem Beschaffenheitsparameter des Fluids erhält man die aktuelle Gasdichte, sodass man durch Multipli- kation von Volumsdurchfluss und Dichte den gesuchten Massenstrom erhält.
Aber auch in diesen Fällen gilt wie in allen bekannten Systemen und Einrichtungen, dass der Mengenparameter und der zumindest eine Beschaffenheitsparameter des Betriebsfluids jeweils für sich und isoliert bestimmt und ausgewertet werden und keine Aussage über die Sinnhaftigkeit einer Messung unter den momentanen Gegebenheiten, über die Gültigkeit der bestimmten Werte von Mengenparameter, Beschaffenheitsparameter und gegebenenfalls der sonstigen Mess- und Prüf- ergebnisse gemacht wird.
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Eine solche Aussage hätte aber im zunehmend automatisierten Mess- und Prüfbetrieb eine hohe Bedeutung, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Systeme und Verfahren der eingangs angegebenen Art anzugeben, die es im Zusammenhang mit der messtechnischen Be- stimmung von Parametern von Betriebsfluiden einer zu prüfenden Maschine ermöglichen sollen, auf systematische und einfache Art auch Aussagen über die Zulässigkeit oder mögliche Gültigkeit der bestimmten Parameter der Betriebsfluide und gegebenenfalls der sonstigen Mess- und Prüfer- gebnisse zu machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist beim erfindungsgemässen System in der Auswerteeinheit eine Auswertelogik implementiert, die Mengenparameter und zumindest einen Beschaffenheitsparame- ter nach einem vordefinierbaren Zusammenhang, in jedem Fall aber vektoriell, verknüpft und das Verwendungspotential des Betriebsfluids bestimmt. Das Verwendungspotential kann mathematisch als ein vom Ursprung ausgehender n-dimensionaler Symptomvektor des Betriebsfluids betrachtet werden, wobei die n Koordinaten (mit n grösser als 1) durch den Mengenparameter und zumindest einen Beschaffenheitsparameter gebildet werden.
Als Parameter zur Charakterisierung der Vor- ratsmenge kommen die vorhandene bzw. verbrauchte Masse, das Volumen, der Füllstand oder Pegel, etc. in Betracht, während Parameter zur Beschaffenheitsbeurteilung physikalische Parame- ter wie zum Beispiel Temperatur, Dichte, Viskosität, Schallgeschwindigkeit, Kompressibilität, spezi- fische elektrische Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, magnetische Permeabilität bzw.
Suszeptibilität (ferro-, para- oder auch diamagnetisch), Lichttrübung (Opacität), optisches Spektrum, usw., oder auch physikochemische oder chemische Parameter wie zum Beispiel Säuregrad (pH-Wert), Oxydationsgrad, Nitration, Alkalinität, Dispersionsvermögen, Verschäumungs-Beständigkeit, Gehalt (Menge oder Konzentration) an Luft, leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen, Wasserdampf (Feuchte), Wasser, Frostschutzmittel (häufig Glykol), Paraffine, Teer, Russ, Asche, Metalabrieb, Silikat (Sand, Staub), usw., sein können.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass eine isolierte Überwachung der einzelnen messtechnisch be- stimmbaren Parameter eines Betriebsfluids ohne Bezugnahme auf andere Parameter keine zufrie- denstellende Aussagekraft für die Zulässigkeit oder mögliche Gültigkeit dieser Parameter und gegebenenfalls der sonstigen Mess- und Prüfergebnisse besitzt. Hingegen können deutlich signifi- kantere Aussagen gemacht werden, wenn die messtechnisch bestimmten Parameter, das sind ein Mengenparameter und zumindest ein Beschaffenheitsparameter, zu einer von messtechnisch bestimmbaren Parametern qualitativ völlig unterschiedlichen Aussage, nämlich dem Verwen- dungspotential, verknüpft und in dieser Form als Koordinaten eines Symptom-Vektors gekoppelt gemeinsam ausgewertet und überwacht werden.
Bei mangelnder Bereitstellung und/oder bei mangelnder Beschaffenheit des Betriebsfluids ist nämlich ein ordnungsgemässer und auf das aktuelle Prüfziel bezogener Betrieb der Maschine nicht möglich. In einem solchen Fall sind daher auch die an der Maschine gewonnenen Mess- und Prüfergebnisse ungültig oder von nur beschränkter Gültigkeit. Um nun einen solchen fehlerhaften Zustand oder sein schleichendes oder plötzliches Eintreten erkennen zu können, braucht es eine Überwachung. Bezogen auf die Betriebsfluide der zu prüfenden Maschine gibt es nun aber eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie verschiedene Effekte einander überlagern und sogar teilweise kompensieren können, die eine einfache und isolierte Überwachung der messtechnisch bestimm- baren Parameter allein wenig aussagekräftig machen.
Nun gibt es, beispielsweise an Bord von neueren Kraftfahrzeugen, Einrichtungen, die anzei- gen, ob mit dem Fahrzeug weiter gefahren werden darf, bzw. wie lange das aktuell vorhandene Schmieröl des Motors noch verwendet werden darf und wann der nächste Ölwechsel fällig wird.
Diese Einrichtungen sind ein Beispiel dafür, was mit der gegenständlichen Erfindung nicht gemeint ist, nämlich die voneinander isolierte Überwachung der vorhandenen Ölmenge einerseits - ob genug, also mehr als eine Mindestmenge Schmieröl vorhanden ist - und einer näherungsweise, häufig aus einer akkumulierten Hochtemperatur-Betriebsdauer, ermittelten vermutlichen Degrada- tion des Öls andererseits, mit dem Ziel, die Maschine vor einem schädigenden Betrieb zu bewah- ren. Bei der erfindungsgemässen Mess- und Prüfeinrichtung für Forschung und Entwicklung, oder auch zum Beispielsweise für die Qualitätsprüfung und Diagnose, geht es um das Verwendungspo- tential des Betriebsfluids in Bezug auf die Gültigkeit und Verwendbarkeit der erzielten oder erziel- baren Messresultate im häufig bereits automatisierten Mess- und Prüfbetrieb.
Um beim Beispiel zu bleiben, sowohl ein zu geringer als auch ein zu grosser Schmierölverbrauch, im Zusammenhang
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mit beispielsweise der Schmieröl-Viskosität und eventuell weiteren Parametern, können die Prüf- laufergebnisse wertlos machen, sodass ein solcher Fall erkannt und angezeigt werden muss.
Der Verbrauch von Schmieröl kann nämlich zu Null oder sogar negativ werden, wenn es zum
Eintrag von Kraftstoff, z. B. von Benzin, kommt. Diese sogenannte Kraftstoffverdünnung des Schmieröls könnte nun beispielsweise aus einer Viskositätsmessung erkannt werden, wenn nicht auch eine Schmierölverdickung infolge Russeintrag möglich wäre und die Verdünnung gerade kompensieren könnte. Dieser Russeintrag könnte durch einen weiteren Beschaffenheitsparameter, der über die Opacität des Schmieröls ermittelt wird, berücksichtigt werden. Zu beachten wäre in diesem Fall weiters, dass die Kraftstoffverdünnung nur bei mässigen Schmieröltemperaturen wirk- sam ist, da der Kraftstoff bei höheren Temperaturen wieder aus dem Schmieröl verdunstet.
Aller- dings bewirken höhere Temperaturen möglicherweise eine teilweise Verkokung des Öls, sodass unter Umständen, wenn man sich nicht auf einen Frischöl-Ausgangszustand verlassen kann, auch der Temperatur-Belastungsverlauf berücksichtigt werden muss.
Alle das Verwendungspotential des Betriebsfluids bestimmenden Parameter, nämlich die Men- ge als auch die Beschaffenheit, sind - allgemein betrachtet - unabhängig voneinander und so kann je nach Prüfaufgabe jeweils ein Parameter konstant gehalten und der andere beobachtet werden, oder es wird die Veränderung beider Parameter während des Prüflaufs überwacht. Beispielsweise kann der Mengenverbrauch bei annähernd konstanter Beschaffenheit, oder die Degradation der Betriebsmittelbeschaffenheit bei annähernd konstantem Mengenvorrat geprüft werden. Es können auch Koordinatentransformationen mit Bezug auf weitere am Prüfling erhaltene Messwerte vorge- nommen werden, sodass eine verbesserte Trennschärfe für zulässige und unzulässige Zustände und eine günstigere Darstellung der Überwachung ermöglicht wird.
Beispielsweise kann im Fall der Kühlflüssigkeit mithilfe eines Modells der vom Gehalt an Frostschutzmittel abhängigen Wärmeka- pazität der Kühlflüssigkeit und der Kühlmittel-Durchflussmenge das Wärmetransportpotential ermittelt und im Verwendungspotential berücksichtigt werden. Kennt man darüberhinaus die in der Maschine aktuell auftretenden Temperaturen und Wärmeübergänge, so kann die transportierte Wärmemenge bestimmt und weiter ausgewertet werden. Aus dem Vorstehenden wird deutlich, dass das Verwendungspotential keine umkehrbar-eindeutige Grösse ist : einem Betriebsfluid einer in Betrieb befindlichen Maschine kann es daher mehrere mögliche Verwendungspotentiale geben, je nachdem, welche Messparameter darin Eingang finden und welche Koordinatentransformation angewandt wurde.
Ähnliche Effekte wie oben erläutert können auch für andere Betriebsfluide auftreten. Immer zeigt sich, dass eine einfache Überwachung von jeweils einem Parameter, isoliert von den anderen, nicht die erforderliche Aussagekraft haben kann ; beim Kühlmittel, wo es neben der verfügba- ren Menge auch zum Beispiel auf den Gehalt an Frostschutzmittel ankommt, dessen verringerte Kühlfähigkeit durch einen erhöhten oder ausreichend hohen Durchfluss kompensiert werden muss;
oder beim Benzinverbrauch, der, auch wenn er als Massenstrom und nicht nur als Volumsstrom bestimmt wird, kritisch ist in Bezug auf beispielsweise den Gehalt an leichtflüchtigen Kohlenwas- serstoffen, die einen starken Einfluss auf die Zündwilligkeit besitzen, und an mittransportierten Mikro-Dampfbläschen, die sich unter anderem in einer veränderten Kompressibilität bemerkbar machen, die wiederum einen beträchtlichen Einfluss auf das Einspritzsystem hat.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Aus- wertelogik ein Modul implementiert ist, welches die Werte des Verwendungspotentials mit vordefi- nierbaren Sollwerten bzw. Zulässigkeitsbereichen vergleicht und Abweichungen anzeigt. Damit ist es möglich, dem Symptomvektor Verwendungspotential und seinem Wertebereich diskret verteilte Sollwerte und/oder Zulässigkeitsbereiche in Form von zwei- oder mehrdimensionalen Flächen (je nachdem, wie viele Beschaffenheitsparameter mit dem Mengenparameter verknüpft werden) zuzuordnen und unzulässige Abweichungen in der Überwachung deutlich erkennbar zu machen.
Ein besonders günstiger apparativer Aufbau des Systems ist möglich, wenn zumindest ein Teil der Messanordnung für den Mengenparameter auch einen Teil der Messanordnung für den Be- schaffenheitsparameter darstellt. Diese gerätetechnische Kombination der beiden Teilmesseinrich- tungen ist besonders vorteilhaft, da diese ohnehin in Verbindung mit dem Betriebsfluid stehen müssen, und so die möglichen räumlichen und apparativen Synergien konstruktiv nutzbar sind.
Weiters ergeben sich vorteilhaft zu nutzende Synergien, wenn zumindest ein Teil der Messan- ordnung für den Mengenparameter sowie ein Teil der Messanordnung für den Beschaffenheitspa-
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rameter messtechnisch gekoppelt sind. Das kann beispielsweise durch eine aufeinander bezogene gemeinsame Ablaufsteuerung der beiden Teilmesseinrichtungen geschehen, sodass die verschie- denen Messungen zu aufeinander bezogenen Zeitpunkten, vorteilhafterweise gleichzeitig oder in unmittelbarer zeitlicher Nähe durchgeführt werden. Oder die messtechnische Kopplung kann durch eine beiden Teilmessanordnungen gegebene Zugriffsmöglichkeit auf gespeicherte Parameter und/oder Messwerte realisiert werden.
Oder es können aus den primär bestimmten Parametern, den Basis-Parametern, weitere Parameter bestimmt werden, beispielsweise, wie oben ausgeführt wurde, aus Volumsdurchfluss und Dichte ein Massendurchfluss.
Die obigen Vorteile können beim erfindungsgemässen Verfahren dadurch bewirkt werden, dass in der Auswerteeinheit aus dem Mengenparameter und zumindest einem Beschaffenheitsparame- ter ein Verwendungspotential des Betriebsfluids bestimmt wird.
Um die Sinnhaftigkeit von Mengen- bzw. Verbrauchsmessungen bzw. die Verlässlichkeit der dabei ermittelten Werte bewerten zu können, oder auch überhaupt den Prüflauf insgesamt und/oder die ordnungsgemässe Funktion des Prüflings während des Prüflaufes bewerten zu kön- nen, werden gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung in der Auswertelogik die Werte des Verwendungspotentials mit vordefinierbaren Sollwerten bzw. Zulässigkeitsbereichen verglichen und Abweichungen anzeigt.
Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass der Mengenparameter des Betriebsfluids sowie der oder jeder zum Verwendungspotential verknüpfte Beschaffenheitsparameter zur Charakterisie- rung der physikalischen und/oder chemischen Beschaffenheit des Betriebsfluids gleichzeitig oder zumindest in unmittelbarer zeitlicher Nähe bestimmt werden.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Mess- und Prüfver- fahrens werden bestimmte Basis-Messergebnisse oder Basis-Parameter sowohl der Bestimmung des Mengenparameters des Betriebsfluids sowie der oder jeder zum Verwendungspotential ver- knüpfte Beschaffenheitsparameter zur Charakterisierung der physikalischen und/oder chemischen Beschaffenheit des Betriebsfluids zugrundegelegt.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer Schmieröl-Verbrauchsmessung bei Verbrennungskraftmaschinen näher erläutert, wobei in der Zeichnungsfigur schematisch eine spezielle Ausführungsform einer erfindungsgemässen Messanordnung an einem Verbrennungsmotor dargestellt ist.
Zur Ölverbrauchsmessung sind Geräte und Verfahren bekannt, mittels welcher der Öl- verbrauch über eine Pegelmessung direkt im Ölsumpf der Brennkraftmaschine bestimmt wird, beispielsweise mittels Absaugsystemen, die auf einer volumetrischen Messung basieren. Die Messwerte werden bei diesen Verfahren und Anordnungen allerdings nachteilig durch Öldichte- Änderungen beeinflusst, die durch Öltemperaturänderungen und Ölverschäumung im Ölsumpf hervorgerufen werden. Die geringe Messgenauigkeit und die Notwendigkeit, bei Motorstillstand zu messen, sowie die thermische Veränderung des Motorbetriebspunktes während der Messung und der gesamte zeitliche Aufwand für die Durchführung der Messung stehen einer sinnvollen Anwen- dung beispielsweise bei Produktionsprüfständen zur Überwachung der Qualität der produzierten Brennkraftmaschinen entgegen.
Ein Teil dieser Problematik wird bei bekannten Anordnungen und Verfahren der eingangs genannten Art durch Verlagerung der Pegelmessung in ein kommunizie- rendes Gefäss ausserhalb der Brennkraftmaschine umgangen. Mit Hilfe einer zuvor ermittelten Kalibrierfunktion kann aus dieser Pegelmessung die jeweils in der Brennkraftmaschine vorhandene Schmieröl menge bzw. aus zwei Messwerten die dazwischen verbrauchte Schmierölmenge be- stimmt werden.
Zur quantitativen Bestimmung des Verbrauchs an in der Brennkraftmaschine 1 bzw. in deren Ölsumpf 2 enthaltenem Schmieröl ist über eine Verbindungsleitung 3 ein relativ zur Brennkraftma- schine 1 in beliebiger Position anzuordnendes Messgefäss 4 mit dem Ölsumpf 2 der Brennkraftma- schine 1 verbunden. Dieses Messgefäss kann bedarfsweise auch beheizt sein und ist am Boden mit einem Drucksensor 5 versehen, dessen Ausgangssignale in der Auswerteeinheit 6 verarbeitet werden. In der Auswerteeinheit 6 wird aus dem hydrostatischen Druck im Messgefäss 4 die darin befindliche Menge an Schmieröl bzw. durch Vergleich von zwei aufeinanderfolgenden Messungen die zwischen diesen Messungen verbrauchte Schmierölmenge bestimmt.
Vorzugsweise wird der Drucksensor 5 vor jeder Messung tariert, um allenfalls von der vorhergehenden Messung im Messgefäss 4 verbliebenes Schmieröl zu berücksichtigen.
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In der Verbindungsleitung 3 ist eine vorzugsweise reversierbare Pumpenanordnung 7 einge- setzt, die eine durch die fix vorgebbare und dann für jede nachfolgende Messung konstant zu haltende Eintauchtiefe der Adaptervorrichtung 8 in den Ölsumpf definierte, vorbestimmte Menge Schmieröl aus dem Ölsumpf 2 absaugt und, vorteilhafterweise über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Schmutzfänger, in das Messgefäss 4 verbringt. Allenfalls kann auch die gesamte Schmierölmenge aus der Brennkraftmaschine 1 abgesaugt und dem Messgefäss 4 zugeführt wer- den.
Diese Adaptervorrichtung 8 wird vorzugsweise über die ohnedies an der Brennkraftmaschine 1 vorhandenen Öffnungen zum Ölsumpf 2, beispielsweise die Ölstands-Kontrollöffnung, eingeführt.
Allenfalls wäre auch eine Verbindung über die Ölablassöffnung der Brennkraftmaschine möglich. In jedem Fall ist eine sichere Fixierung der Adaptervorrichtung sehr wichtig, da jede Änderung der Entnahmeposition, sei es ein Heben oder Senken, aber auch Kippen oder Drehen, den ermittelten Verbrauchswert verfälschen kann.
Nach Beendigung der Messung wird die Förderrichtung der Pumpenanordnung 7 umgekehrt und das Schmieröl aus dem Messgefäss 4 wird wieder dem Ölsumpf 2 der Brennkraftmaschine 1 zugeführt.
Auch die Pumpeneinheit 7, welche aus weiter unten erläuterten Gründen kurzzeitig auch ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch oder nur Gas fördern können muss, ist mit der Auswerteeinheit 6 ver- bunden, welche den Betrieb dieser Pumpeneinheit 7 steuert. Um nämlich zum Ersten auf weitere Druckschalter verzichten zu können, wird das Absaugende über eine Bestimmung des Füllstands- gradienten im Messgefäss 4 ermittelt. Dazu wird in der Auswerteeinheit 6 während des Absaugens des Schmieröls aus der Brennkraftmaschine 1 der zeitliche Gradient der über den Drucksensor 5 ermittelten Druckwerte im Messgefäss 4 bestimmt und bei Unterschreiten eines frei vorgebbaren Grenzwertes schaltet die Auswerteinheit 6 die Pumpenanordnung 7 ab und stoppt so das Abpum- pen.
Vorteilhafterweise wird nach Unterschreiten des Grenzwertes das Abpumpen erst nach einer vordefinierbaren Zeitspanne beendet, so dass die höchstmögliche Präzision durch Erfassung mög- lichst der gesamten in der Adaptervorrichtung 8, der Verbindungsleitung 3 und der Pumpenanord- nung 7 befindlichen Menge an Schmieröl, einschliesslich des Wandfilms, allfälliger Tröpfchen, etc., gewährleistet ist. Voraussetzung dafür ist selbstverständlich, dass die durch das Messgefäss 4 perlende Luft keine unzulässige Verschäumung und jedenfalls keinen Verbrauchsmessfehler bewirkt, was für den Fall der Mengenbestimmung über den Druckwert im Messgefäss 4 sehr gut der Fall ist.
Über den Verlauf des Druckgradienten kann aber auch eine Aussage über einen Beschaffen- heits-Parameter getroffen werden, nämlich über die Dichte und/oder die Viskosität des Schmieröls, welche sich durch Eintrag von beispielsweise Kraftstoff ändern und dadurch die Schmieröl- Verbrauchsmessung verfälschen bzw. unbrauchbar machen kann. Bei gleicher Systemauslegung bezüglich Rohrquerschnitten, Rohrlängen, etc., und bei konstantem Fördervolumen der Pumpen- anordnung 7 ändert sich bei jeder Messung der Füllstand im Messgefäss 4 bis zur maximalen Pegelhöhe pro Zeiteinheit genau gleich, während der Druck proportional zur Dichte des Schmieröls ansteigt. Daher kann in diesem Fall aus dem Verlauf des Druckanstiegs auf die Dichte rückge- schlossen werden, und Schmieröl mit gleicher Beschaffenheit wird immer auch einen identischen Druckanstieg bewirken.
In der Auswerteeinheit 6 ist dazu eine Auswertelogik implementiert, die den Verbrauch als relevanten Mengenparameter mit dem Beschaffenheitsparameter Dichte nach einem vordefinierbaren Zusammenhang verknüpft und das Verwendungspotential des Betriebsflu- ids Schmieröl bestimmt.
Zumindest kann aus der Veränderung des Verlaufes auf eine relative Änderung der Schmieröl- beschaffenheit bei den betrachteten Messungen geschlossen werden. Dieses Beispiel lässt erken- nen, dass die Messanordnung für die Vorrats- bzw. Verbrauchsmessung apparativ mit der Beschaf- fenheits-Messanordnung zusammenfallen kann, während sie nur funktional davon unterschieden ist. Auch die messtechnische Kopplung geht aus diesem obigen Beispiel hervor, da sowohl Men- gen- als auch Beschaffenheitsparameter gemeinsam den Wert des Drucksensors 5 im Messgefäss 4 heranziehen. Auch geht die Ermittlung des Verlaufes des Druckanstieges der Bestimmung des Druckwertes im Messgefäss 4 unmittelbar voran, so dass auch durch diese unmittelbare zeitliche Nähe ein messtechnischer Zusammenhang gegeben ist.
In der Auswertelogik der Auswerteeinheit 6 ist vorteilhafterweise ein Modul implementiert, wel-
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ches die gemäss obiger Methode ermittelten Werte des Verwendungspotentials mit in der Auswer- teeinheit 6 gespeicherten, vordefinierbaren und allenfalls anpassbaren Sollwerten bzw. Zulässig- keitsbereichen vergleicht und Abweichungen anzeigt. Dies kann eine einfache Warnmeldung über die mangelnde Konsistenz oder Plausibilität der einzelnen Messwerte oder auch des gesamten Prüflaufes sein, oder auch eine genauere Anzeige über das eingetretene unzulässige Ereignis bzw. die Messung mit dem vom vorgegebenen Bereich abweichenden Messwert.
Ähnlich stellt sich die Situation bei Pegelmessungen mittels Ultraschall dar, wo die Laufzeiten in der Betriebsflüssigkeit einerseits bis zu einer Referenzmarke und andererseits bis zum zu mes- senden Flüssigkeitsspiegel entweder gleichzeitig oder zumindest unmittelbar aufeinanderfolgend und mittels der gleichen Messanordnung verglichen werden. Erstere Messung gibt die auch als Beschaffenheitsparameter heranzuziehende Schallgeschwindigkeit, eventuell bei Messung der Schall-Dämpfung auch zusätzlich die Viskosität der Flüssigkeit, die zweite Messung den Füllstand und damit die Vorratsmessung. Eine Kombination mit dem zeitgleich oder unmittelbar vor- oder nachher bestimmten Wert eines zusätzlichen Drucksensor liefert auch die Dichte und die Kom- pressibilität der Betriebsflüssigkeit.
Ein Beispiel mit Beschaffenheitsparametern auf elektrischer Basis ist die Pegel messung mittels eines kapazitiven Pegelsensors. Über den Vergleich der Werte des Referenzkondensators und des Messkondensators wird der Flüssigkeitspegel ermittelt. Der Referenzkondensator mit seinen bekannten Parametern liefert aber gleichzeitig die Dielektrizitätskonstante der gemessenen Flüs- sigkeit, welche wieder als Beschaffenheitsparameter herangezogen werden kann. Auch hier ist also die Vorrats-Messanordnung die funktionell unterschiedliche Beschaffenheits-Messanordnung, wenngleich sie rein apparativ zusammenfallen.
Eine teilweise Überlappung von Mengen- bzw. Vorrats-Messanordnung und Beschaffenheits- Messanordnung ist beispielsweise dann gegeben, wenn Parameter der einerseits der Vorrats- Messanordnung zugehörigen Pumpenanordnung 7 auch für die Bestimmung eines Beschaffenheits- Parameters, beispielsweise der Viskosität des Schmieröls, herangezogen werden. Wenn die Pumpenanordnung 7, wie bei den vorteilhafterweise zur Anwendung kommenden Zahnradpumpen, eine stark viskositätsabhängige Kennline aufweist, kann bei Konstanthalten eines Pumpenparame- ters, beispielsweise der Pumpen-Leistung, und Messung des über die Kennlinie zusammenhän- genden zweiten Parameters, beispielsweise der Fördermenge, auf die Viskosität der geförderten Betriebsflüssigkeit rückgeschlossen werden.
Selbstverständlich sind aber auch komplett apparativ unterschiedene Messanordnungen für Vorrats- und Beschaffenheitsparameter möglich. So könnte eine separate Dichtemessung vorge- sehen sein, oder auch die Bestimmung von elektrischen oder magnetischen Grössen in zusätzli- chen Messanordnungen, die apparativ mit der Messanordnung für die Vorrats- bzw. Verbrauchs- messung nicht überlappen.
Über eine Leitung 9 ist eine automatische Nachfülleinrichtung unmittelbar an das Messgefäss 4 angeschlossen, welche Nachfülleinrichtung aus einem Vorratsbehälter 10 für das in der Brenn- kraftmaschine 1 verwendete Schmieröl und einem Absperrorgan und/oder einer weiteren Pumpen- anordnung 11 besteht, wobei die Pumpenanordnung 11 ebenfalls mit der Auswerteeinheit 6 ver- bunden ist. In der Auswerteeinheit 6 ist dabei ein Programm implementiert, welches bei Über- schreiten eines vordefinierbaren Verbrauchswertes und/oder Unterschreiten eines vordefinierbaren Druckwertes des Drucksensors 5 im Messgefäss 4 das die weitere Pumpenanordnung 11in Gang setzt, bis ein vordefinierbarer Druckwert erreicht ist, d. h. bis vorzugsweise der ursprüngliche Füll- stand des Schmieröls im Ölsumpf 2 der Brennkraftmaschine 1 wieder hergestellt ist.
Auch beim Rückpumpen des Schmieröls aus dem Messgefäss 4 in den Ölsumpf 2 ist es von Vorteil, wenn das Rückpumpen erst nach einer vordefinierbaren Zeitspanne nach der durch den Drucksensor 5 festgestellten Entleerung des Messgefässes 4 beendet wird, so dass auch dabei eine Rückführung möglichst der gesamten im Messgefäss 4, in der Adaptervorrichtung 8, der Verbin- dungsleitung 3 und der Pumpenanordnung 7 befindlichen Menge an Schmieröl, einschliesslich des Wandfilms, allfälliger Tröpfchen, etc., gewährleistet ist.
Um eventuell im Messgefäss 4 verbliebenes Schmieröl für die Ermittlung des Verbrauchswertes korrekt zu berücksichtigen, kann nach Beendigung des Rückpumpens nochmals eine Messung mit dem Drucksensor 5 vorgenommen werden. Überhaupt ist es zum Schutz des Drucksensors 5 vor Temperaturschock vorteilhaft, wenn immer eine gewisse Menge an Schmieröl im Messgefäss 4
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verbleibt. Darüberhinaus kann durch diese Massnahme die Messgenauigkeit erhöht werden, da die Temperaturabhängigkeit vermindert wird. Allenfalls kann vor jeder Messung eine genau definierte Menge an Schmieröl aus dem Vorratsbehälter 10 in das Messgefäss gebracht werden, um den Drucksensor gegen den Temperaturschock zu schützen.
Die Adaptervorrichtung 8 kann im Mündungsbereich im Ölsumpf 2 im wesentlichen siphonartig, im wesentlichen mit U-förmig nach oben zurückgebogenem Ende, ausgebildet sein.
Die Auswerteeinheit 6 selbst kann ihrerseits mit weiteren Mess-, Auswerte-, Speichergeräten 12 oder dergleichen verbunden sein, die vielfältigste Aufgaben erfüllen bzw. Weiterbehandlungen der Messergebnisse ermöglichen.
In gleicher oder ähnlicher Weise könnte auch der Ölverbrauch eines Kompressors, der Kraft- stoff-Verbrauch einer Verbrennungskraftmaschine oder auch der Verbrauch eines Kühlmittels bestimmt werden, wobei in letzterem Fall als Beschaffenheits-Parameter die Frostschutz- Wirksamkeit in Form des Gehalts an Frostschutzmittel, das wiederum wie bekannt aus der Dichte des Kühlmittels hervorgeht, herangezogen werden kann. Die grundlegenden Prinzipien des nach- folgend vorgestellten Systems und Verfahrens könnten aber auch zur Bestimmung des Verbrauchs an vorzugsweise konditionierter Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine angewendet werden, wo als Beschaffenheits-Parameter einer oder mehrere der konditionierten Grössen der Verbrennungsluft, d. h. Druck, Temperatur, Feuchte, usw., herangezogen werden können.
ANSPRÜCHE :
1. Mess- und Prüfsystem für einen Prüfling (1) mit zumindest einem Betriebsfluid, insbeson- ders zur Prüfung einer Verbrennungskraftmaschine, mit zumindest einer Messanordnung, die mit einem das Betriebsfluid enthaltenden Raum (2) des Prüflings (1) verbunden ist, um- fassend eine Teilmessanordnung für einen Mengenparameter des Betriebsfluids und zu- mindest eine weitere Teilmessanordnung für zumindest einen Beschaffenheitsparameter zur Charakterisierung der physikalischen und/oder chemischen Beschaffenheit des
Betriebsfluids, sowie eine mit der Messanordnung verbundene Steuer- und Auswerteein- heit, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit eine Auswertelogik implemen- tiert ist, die Mengenparameter und zumindest einen Beschaffenheitsparameter nach einem vordefinierbaren Zusammenhang, in jedem Fall aber vektoriell,
verknüpft und ein Verwen- dungspotential des Betriebsfluids bestimmt.
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The invention relates to a measuring and testing system for a test specimen with at least one operating fluid, in particular for testing an internal combustion engine, with at least one measuring arrangement which is connected to a space of the test specimen containing the operating fluid, comprising a partial measuring arrangement for a quantity parameter of the operating fluid and at least one further partial measuring arrangement for at least one quality parameter for characterizing the physical and / or chemical quality of the operating fluid, as well as a control and evaluation unit connected to the measuring arrangement, as well as a measuring and testing method for a test object with at least one operating fluid, in particular for checking combustion - power engine,
a quantity parameter of the operating fluid and at least one quality parameter for characterizing the physical and / or chemical nature of the operating fluid being determined.
For research and development or for example for quality testing and diagnosis on complex machines, for example on internal combustion engines, but also e.g. Piston compressors, turbines, vehicle transmissions and drive trains, etc., require complex measuring and testing systems that are intended to enable significant testing and optimization of the machine. The operating fluids used - that is, for example, lubricating oil, coolant and possibly also liquid, gaseous or, for example, dusty fuels and combustion air - are of particular importance in this context.
They must be provided to the machine in sufficient quantities and in a suitable condition and they are consumed in the operation of the machine. The consumption can take place in terms of quantity and / or quality, for example the coolant will normally not be characterized by an actual quantity consumption, but rather by a flow rate, and the consumption, for example in the case of combustion of fuel with combustion air, the consumption becomes both in quantity as well as quasi-complete in terms of quality, while, for example, the amount of lubricating oil consumed as a quantity and as a deterioration occurs continuously in the sense of a gradual change.
Measuring and testing systems are therefore often equipped with a large number of appropriate measuring devices. On the one hand, they are used to determine the quantity parameters of an operating fluid. Depending on the design and application, the current inflow or consumption flow, or also the flow, can be determined, for example as volume or mass per unit of time, or per operating cycle, or as an accumulated value; the quantity still present in a storage container or the quantity or level difference compared to a last measured value, etc. can be determined.
On the other hand, measuring and testing systems are often also equipped with measuring devices for determining the properties of the operating fluids, which enable the physical and / or chemical properties of the operating fluid to be characterized. Such measuring devices and sensors for determining quality parameters can also be installed, for example, in conditioning devices which are used, for example, to condition the temperature and pressure of the supplied fuel, or to condition the temperature, humidity and pressure of the supplied combustion air.
In principle, it is also known to mathematically link a quantity parameter and a quality parameter of the operating fluid with one another and in this way to determine a further, derived physical or chemical quantity of the operating fluid, or a further quantity or quality parameter. For example, by multiplying the quantity parameter "volume flow rate" by the property parameter n density ", the new quantity parameter" mass flow rate "is obtained.
Or you can get the volume flow and the speed of sound of the flowing gas from the measured running times of an ultrasonic flow measuring system; The current gas density is obtained from the speed of sound and the measured pressure as a further property parameter of the fluid, so that the mass flow sought is obtained by multiplying the volume flow and density.
But also in these cases, as in all known systems and devices, the quantity parameter and the at least one quality parameter of the operating fluid are determined and evaluated individually and in isolation and no statement about the meaningfulness of a measurement under the current conditions, about the validity of the certain values of quantity parameters, quality parameters and, if applicable, the other measurement and test results.
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Such a statement would, however, be of great importance in increasingly automated measuring and testing operations, and it is the object of the present invention to provide systems and methods of the type specified at the outset which relate to the measurement of parameters of operating fluids to be tested Should enable the machine to make statements in a systematic and simple manner about the admissibility or possible validity of the specific parameters of the operating fluids and, if applicable, the other measurement and test results.
To solve this problem, an evaluation logic is implemented in the evaluation unit in the system according to the invention, the quantity parameters and at least one quality parameter are linked according to a predefinable relationship, but in each case vectorially, and the use potential of the operating fluid is determined. The potential for use can be viewed mathematically as an n-dimensional symptom vector of the operating fluid, originating from the origin, the n coordinates (with n greater than 1) being formed by the quantity parameter and at least one quality parameter.
The available or consumed mass, the volume, the fill level or level, etc. are considered as parameters for characterizing the supply quantity, while parameters for assessing the quality of physical parameters such as temperature, density, viscosity, speed of sound, compressibility, specific electrical conductivity, dielectric constant, magnetic permeability or
Susceptibility (ferro-, para- or also diamagnetic), light opacity (opacity), optical spectrum, etc., or physicochemical or chemical parameters such as acidity (pH value), degree of oxidation, nitration, alkalinity, dispersibility, resistance to foaming , Content (amount or concentration) of air, volatile hydrocarbons, water vapor (moisture), water, anti-freeze (often glycol), paraffins, tar, soot, ash, metal debris, silicate (sand, dust), etc.
It has been shown that isolated monitoring of the individual metrologically determinable parameters of an operating fluid without reference to other parameters has no satisfactory informative value for the admissibility or possible validity of these parameters and, if applicable, of the other measurement and test results. On the other hand, significantly more significant statements can be made if the metrologically determined parameters, that is, a quantity parameter and at least one quality parameter, are linked to a statement that is qualitatively completely different from metrologically determinable parameters, namely the potential for use, and in this form as coordinates Symptom vector coupled to be jointly evaluated and monitored.
If the operating fluid is not available and / or the quality of the operating fluid is inadequate, it is not possible to operate the machine properly and based on the current test objective. In such a case, the measurement and test results obtained on the machine are therefore invalid or of limited validity. In order to be able to recognize such a faulty condition or its creeping or sudden occurrence, monitoring is required. In relation to the operating fluids of the machine to be tested, there are now a multitude of possibilities of how different effects can overlap and even partially compensate for one another, which make simple and isolated monitoring of the parameters that can be determined by measurement alone not very meaningful.
Now, for example on board newer motor vehicles, there are devices that indicate whether the vehicle can be driven further or how long the currently available engine lubricating oil can be used and when the next oil change is due.
These devices are an example of what is not meant by the present invention, namely the mutually isolated monitoring of the amount of oil present on the one hand - whether enough, that is to say more than a minimum amount of lubricating oil - and an approximate, often from an accumulated, high-temperature operating time, On the other hand, the presumed degrada- tion of the oil was determined, with the aim of protecting the machine from damaging operation. The measuring and testing device according to the invention for research and development, or for example for quality testing and diagnosis, is about that Potential use of the operating fluid in relation to the validity and usability of the measurement results achieved or achievable in the already automated measurement and test mode.
To stay with the example, both too little and too much oil consumption, in context
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With, for example, the lubricating oil viscosity and possibly other parameters, the test run results can render them worthless, so that such a case must be recognized and displayed.
The consumption of lubricating oil can namely become zero or even negative if it is
Entry of fuel, e.g. B. of gasoline comes. This so-called fuel dilution of the lubricating oil could now be recognized, for example, from a viscosity measurement if a lubricating oil thickening as a result of soot entry would not also be possible and could just compensate for the dilution. This soot entry could be taken into account by means of a further quality parameter, which is determined via the opacity of the lubricating oil. In this case, it should also be noted that fuel thinning is only effective at moderate lubricating oil temperatures, since the fuel evaporates from the lubricating oil again at higher temperatures.
However, higher temperatures may cause partial coking of the oil, so that under certain circumstances, if one cannot rely on a fresh oil initial state, the temperature load curve must also be taken into account.
All parameters determining the use potential of the operating fluid, namely the quantity as well as the nature, are - generally considered - independent of each other and so depending on the test task one parameter can be kept constant and the other observed, or the change of both parameters during of the test run is monitored. For example, the quantity consumption can be checked with an approximately constant quality, or the degradation of the equipment condition with an approximately constant quantity supply. Coordinate transformations can also be carried out with reference to further measured values obtained on the test object, so that an improved selectivity for permissible and impermissible conditions and a more favorable representation of the monitoring is made possible.
For example, in the case of the coolant, the heat transport potential can be determined using a model of the heat capacity of the coolant, which is dependent on the antifreeze content, and the coolant flow rate and can be taken into account in the potential use. If you also know the temperatures and heat transfers currently occurring in the machine, the amount of heat transported can be determined and further evaluated. It is clear from the above that the potential use is not a reversible, unambiguous variable: an operating fluid of a machine in operation can therefore have several possible potential uses, depending on which measurement parameters are used and which coordinate transformation has been used.
Similar effects as explained above can also occur for other operating fluids. It always turns out that simply monitoring one parameter at a time, isolated from the others, cannot have the required informative value; in the case of coolant, where, in addition to the available quantity, the antifreeze content is also important, the reduced cooling capacity of which must be compensated for by an increased or sufficiently high flow rate;
or in gasoline consumption, which, even if it is determined as a mass flow and not just as a volume flow, is critical with regard to, for example, the content of volatile hydrocarbons, which have a strong influence on the ignitability, and of micro-vapor bubbles that are also transported among other things, are noticeable in a changed compressibility, which in turn has a considerable influence on the injection system.
An advantageous embodiment of the system is characterized in that a module is implemented in the evaluation logic, which compares the values of the potential use with predefinable target values or admissibility ranges and displays deviations. This makes it possible to assign the potential use symptom vector and its range of values to discretely distributed target values and / or permissibility areas in the form of two- or multi-dimensional areas (depending on how many quality parameters are linked to the quantity parameter) and to clearly identify impermissible deviations in the monitoring ,
A particularly favorable apparatus structure of the system is possible if at least part of the measuring arrangement for the quantity parameter also represents part of the measuring arrangement for the quality parameter. This device-technical combination of the two partial measuring devices is particularly advantageous, since they have to be connected to the operating fluid anyway, so that the possible spatial and equipment synergies can be used constructively.
Furthermore, there are synergies that can be used advantageously if at least part of the measurement arrangement for the quantity parameter and part of the measurement arrangement for the quality parameter
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parameters are metrologically coupled. This can be done, for example, by a mutually related common sequence control of the two partial measuring devices, so that the different measurements are carried out at mutually related points in time, advantageously simultaneously or in close proximity to one another. Or the metrological coupling can be implemented by means of two partial measuring arrangements which give access to stored parameters and / or measured values.
Or other parameters can be determined from the primarily determined parameters, the basic parameters, for example, as explained above, from volume flow and density a mass flow.
The above advantages can be brought about in the method according to the invention in that a use potential of the operating fluid is determined in the evaluation unit from the quantity parameter and at least one quality parameter.
In order to be able to evaluate the meaningfulness of quantity or consumption measurements or the reliability of the values determined, or to be able to evaluate the test run as a whole and / or the proper functioning of the test object during the test run, the Invention in the evaluation logic compares the values of the potential use with predefinable target values or admissibility ranges and displays deviations.
It is advantageously provided that the quantity parameter of the operating fluid as well as the or each property parameter linked to the potential for use for characterizing the physical and / or chemical nature of the operating fluid are determined simultaneously or at least in close proximity to one another.
According to an advantageous embodiment variant of the measurement and testing method according to the invention, certain basic measurement results or basic parameters are used as a basis both for determining the quantity parameter of the operating fluid and for the or each property parameter linked to the potential for use to characterize the physical and / or chemical nature of the operating fluid ,
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment of a measurement of lubricant oil consumption in internal combustion engines, which is shown schematically in the drawing, a special embodiment of a measuring arrangement according to the invention on an internal combustion engine being shown schematically in the drawing.
Devices and methods for measuring oil consumption are known, by means of which the oil consumption is determined via a level measurement directly in the oil sump of the internal combustion engine, for example by means of suction systems which are based on a volumetric measurement. With these methods and arrangements, however, the measured values are adversely affected by changes in oil density caused by changes in oil temperature and oil foaming in the oil sump. The low measuring accuracy and the need to measure when the engine is at a standstill, as well as the thermal change in the engine operating point during the measurement and the total time required to carry out the measurement stand in the way of a sensible application, for example in production test benches for monitoring the quality of the internal combustion engines produced.
Part of this problem is avoided in known arrangements and methods of the type mentioned at the outset by shifting the level measurement into a communicating vessel outside the internal combustion engine. With the help of a previously determined calibration function, the level of lubricating oil present in the internal combustion engine can be determined from this level measurement, or the amount of lubricating oil used in between can be determined from two measured values.
For the quantitative determination of the consumption of lubricating oil contained in the internal combustion engine 1 or in its oil sump 2, a measuring vessel 4 to be arranged in any position relative to the internal combustion engine 1 is connected to the oil sump 2 of the internal combustion engine 1 via a connecting line 3. This measuring vessel can also be heated if necessary and is provided on the bottom with a pressure sensor 5, the output signals of which are processed in the evaluation unit 6. In the evaluation unit 6, the amount of lubricating oil contained therein is determined from the hydrostatic pressure in the measuring vessel 4 or, by comparing two successive measurements, the amount of lubricating oil consumed between these measurements.
The pressure sensor 5 is preferably tared before each measurement in order to take into account any lubricating oil remaining in the measuring vessel 4 from the previous measurement.
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A preferably reversible pump arrangement 7 is used in the connecting line 3, which sucks a predetermined amount of lubricating oil from the oil sump 2, which is defined by the immersion depth of the adapter device 8, which can be predetermined and then kept constant for each subsequent measurement, and advantageously via a dirt trap, not shown in the drawing, in the measuring vessel 4. At most, the entire amount of lubricating oil can also be sucked out of the internal combustion engine 1 and fed to the measuring vessel 4.
This adapter device 8 is preferably introduced via the openings to the oil sump 2, for example the oil level control opening, which are already present on the internal combustion engine 1.
At most, a connection via the oil drain opening of the internal combustion engine would also be possible. In any case, a secure fixation of the adapter device is very important, since any change in the removal position, be it lifting or lowering, but also tilting or turning, can falsify the determined consumption value.
After completion of the measurement, the direction of delivery of the pump arrangement 7 is reversed and the lubricating oil from the measuring vessel 4 is again fed to the oil sump 2 of the internal combustion engine 1.
The pump unit 7, which, for reasons explained below, must also be able to deliver a liquid-gas mixture or only gas for a short time, is also connected to the evaluation unit 6, which controls the operation of this pump unit 7. In order to be able to dispense with further pressure switches for the first time, the end of suction is determined by determining the fill level gradient in the measuring vessel 4. For this purpose, the time gradient of the pressure values in the measuring vessel 4 determined by the pressure sensor 5 is determined in the evaluation unit 6 while the lubricating oil is being sucked out of the internal combustion engine 1. pen.
After falling below the limit value, the pumping is advantageously only ended after a predefinable period of time, so that the highest possible precision is achieved by recording the entire amount of lubricating oil, including the wall film, in the adapter device 8, the connecting line 3 and the pump arrangement 7. any droplets, etc. is guaranteed. The prerequisite for this is, of course, that the air bubbling through the measuring vessel 4 does not cause inadmissible foaming and in any case no consumption measurement error, which is very well the case in the case of quantity determination via the pressure value in the measuring vessel 4.
The course of the pressure gradient can also be used to make a statement about a quality parameter, namely about the density and / or the viscosity of the lubricating oil, which change due to the introduction of fuel, for example, and thereby falsify the lubricating oil consumption measurement or make it unusable can make. With the same system design with regard to pipe cross-sections, pipe lengths, etc., and with a constant delivery volume of the pump arrangement 7, the level in the measuring vessel 4 changes exactly the same for each measurement up to the maximum level, while the pressure increases proportionally to the density of the lubricating oil. In this case, therefore, the density can be inferred from the course of the pressure rise, and lubricating oil of the same nature will always cause an identical pressure rise.
For this purpose, an evaluation logic is implemented in the evaluation unit 6, which links the consumption as a relevant quantity parameter with the property parameter density according to a predefinable relationship and determines the use potential of the operating fluid lubricating oil.
At least the change in the course can be used to infer a relative change in the nature of the lubricating oil in the measurements under consideration. This example shows that the measuring arrangement for the supply or consumption measurement can coincide in terms of equipment with the condition measuring arrangement, while it is only functionally different from it. The metrological coupling is also evident from this example above, since both quantity and quality parameters together use the value of the pressure sensor 5 in the measuring vessel 4. The determination of the course of the pressure rise also immediately precedes the determination of the pressure value in the measuring vessel 4, so that this immediate proximity also gives a measurement-related connection.
A module is advantageously implemented in the evaluation logic of the evaluation unit 6, which module
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It then compares the use potential values determined according to the above method with predefined and possibly adaptable setpoints or permissible ranges stored in the evaluation unit 6 and displays deviations. This can be a simple warning message about the lack of consistency or plausibility of the individual measured values or the entire test run, or a more precise display of the unacceptable event or the measurement with the measured value deviating from the specified range.
The situation is similar in the case of level measurements using ultrasound, where the running times in the operating liquid are compared on the one hand up to a reference mark and on the other hand up to the liquid level to be measured, either simultaneously or at least immediately in succession and using the same measuring arrangement. The first measurement gives the speed of sound, which can also be used as a quality parameter, possibly also the viscosity of the liquid when measuring the sound damping, the second measurement the level and thus the supply measurement. A combination with the value of an additional pressure sensor determined simultaneously or immediately before or afterwards also provides the density and compressibility of the operating fluid.
An example with properties parameters on an electrical basis is level measurement using a capacitive level sensor. The liquid level is determined by comparing the values of the reference capacitor and the measuring capacitor. The reference capacitor with its known parameters, however, simultaneously delivers the dielectric constant of the measured liquid, which can again be used as a quality parameter. Here too, the stock measurement arrangement is the functionally different quality measurement arrangement, although they coincide purely in terms of equipment.
A partial overlap of the quantity or supply measurement arrangement and the condition measurement arrangement is given, for example, when parameters of the pump arrangement 7 associated with the supply measurement arrangement on the one hand are also used to determine a condition parameter, for example the viscosity of the lubricating oil. If the pump arrangement 7, as in the gear pumps advantageously used, has a strongly viscosity-dependent characteristic, it is possible to keep a pump parameter, for example the pump output, constant and measure the second parameter related to the characteristic, for example the delivery rate, conclusions about the viscosity of the pumped operating fluid.
Of course, completely different measuring arrangements for supply and quality parameters are also possible. For example, a separate density measurement could be provided, or the determination of electrical or magnetic variables in additional measurement arrangements, which do not overlap with the measurement arrangement for the supply or consumption measurement.
An automatic refill device is connected directly to the measuring vessel 4 via a line 9, which refill device consists of a reservoir 10 for the lubricating oil used in the internal combustion engine 1 and a shut-off device and / or a further pump arrangement 11, the pump arrangement 11 likewise is connected to the evaluation unit 6. A program is implemented in the evaluation unit 6 which, when a predefined consumption value is exceeded and / or falls below a predefined pressure value of the pressure sensor 5 in the measuring vessel 4, sets the further pump arrangement 11 in motion until a predefinable pressure value is reached, i. H. until preferably the original level of the lubricating oil in the oil sump 2 of the internal combustion engine 1 is restored.
Even when pumping back the lubricating oil from the measuring vessel 4 into the oil sump 2, it is advantageous if the pumping back is only ended after a predefinable period of time after the measuring vessel 4 has been emptied, as determined by the pressure sensor 5, so that a return of the entire im Measuring vessel 4, in the adapter device 8, the connecting line 3 and the pump arrangement 7 amount of lubricating oil, including the wall film, any droplets, etc., is guaranteed.
In order to correctly take into account any lubricating oil remaining in the measuring vessel 4 for determining the consumption value, a measurement can be carried out again with the pressure sensor 5 after the pumping back has ended. In general, to protect the pressure sensor 5 from temperature shock, it is advantageous if there is always a certain amount of lubricating oil in the measuring vessel 4
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remains. In addition, the measurement accuracy can be increased by this measure, since the temperature dependence is reduced. At most, a precisely defined amount of lubricating oil can be brought from the reservoir 10 into the measuring vessel before each measurement in order to protect the pressure sensor against the temperature shock.
The adapter device 8 can be formed in the mouth area in the oil sump 2 essentially in the manner of a siphon, essentially with the end bent back in a U-shape.
The evaluation unit 6 itself can in turn be connected to further measuring, evaluating, storage devices 12 or the like, which perform a wide variety of tasks or enable further processing of the measurement results.
The oil consumption of a compressor, the fuel consumption of an internal combustion engine or the consumption of a coolant could also be determined in the same or a similar way, in the latter case the antifreeze effectiveness in the form of the antifreeze content, in turn, as the quality parameter as is known from the density of the coolant, can be used. The basic principles of the system and method presented below could also be used to determine the consumption of preferably conditioned combustion air of an internal combustion engine, where one or more of the conditioned quantities of the combustion air, ie. H. Pressure, temperature, humidity, etc., can be used.
EXPECTATIONS :
1. Measuring and test system for a test specimen (1) with at least one operating fluid, in particular for testing an internal combustion engine, with at least one measuring arrangement which is connected to a space (2) of the test specimen (1) containing the operating fluid in order to comprising a partial measuring arrangement for a quantity parameter of the operating fluid and at least one further partial measuring arrangement for at least one quality parameter for characterizing the physical and / or chemical quality of the
Operating fluids, as well as a control and evaluation unit connected to the measuring arrangement, characterized in that an evaluation logic is implemented in the evaluation unit, the quantity parameters and at least one quality parameter according to a predefinable relationship, but in each case vectorially,
linked and determined a potential use of the operating fluid.