CH711660A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen des Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine 1, umfassend eine Ölwanne 9 an der Brennkraftmaschine 1, wobei die Ölwanne 9 vorzugsweise an der Unterseite der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist, ein erstes Ölreservoir 2, das mit der Ölwanne 9 über eine erste Leitung 5 verbunden ist, und ein zweites Ölreservoir 3, das mit dem ersten Ölreservoir 2 über eine zweite Leitung 10 verbunden ist. Die Vorrichtung weist ferner eine Waage 11 zum Bestimmen des Gewichts des zweiten Ölreservoirs 3 auf.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Messen eines Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine.

[0002] Bei der Entwicklung und der Vermessung der Brennkraftmaschinen ist es von Vorteil deren Ölverbrauch während eines definierten Betriebs der Brennkraftmaschine möglichst genau bestimmen zu können. Brennkraftmaschinen verbrauchen Öl, da beispielsweise ein Teil des Öls innerhalb der Brennkraftmaschine durch Kolbenringe, Ventilführungen und Kurbelgehäuseentlüftung in den Brennraum gelangt und dort verbrannt wird. Von daher besitzt jede Brennkraftmaschine einen gewissen Ölverbrauch der je nach Abnutzungsgrad der Brennkraftmaschine gewissen Schwankungen unterliegt.

[0003] Um den Ölverbrauch einer Brennkraftmaschine bestimmen zu können, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine der Möglichkeiten ist, den Ölstand in der Ölwanne einer Brennkraftmaschine zu messen, die Brennkraftmaschine für eine gewisse Dauer zu betreiben und nachfolgend erneut den Ölstand in der Ölwanne zu bestimmen. Bei Kenntnis der Innengeometrie der Ölwanne, in der sich das Öl sammelt, kann man auf das verbrauchte Öl zurückschliessen.

[0004] Als Alternative sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, bei der ein mit Öl gefüllter Messtank mit der Ölwanne der Brennkraftmaschine verbunden ist und diese bei einem Absinken des in der Ölwanne herrschenden Ölstands Öl aus dem Messtank zupumpt.

[0005] Diese Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass durch das Zupumpen des Öls aus dem Messtank die Druckverhältnisse im Ölkreislauf im Inneren der Brennkraftmaschine gestört werden, was zu einer Verminderung der Messgenauigkeit des verbrauchten Öls beiträgt. Darüber hinaus ist es bei dieser Vorrichtung erforderlich, eine komplizierte Regelelektronik vorzusehen, die das Zupumpen des Öls von dem Messtank in die Ölwanne der Brennkraftmaschine steuert.

[0006] Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen des Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine vorzusehen, die auf einfache Weise auszuführen ist, ohne das Wissen der Innengeometrie der Ölwanne auskommt und einen besonders einfachen Aufbau aufweist. Zudem soll der Genauigkeitsgrad gleich oder grösser als bei den bekannten Verfahren sein.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zum Messen eines Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.

[0008] Dabei umfasst diese Vorrichtung eine Ölwanne einer Brennkraftmaschine, wobei die Ölwanne vorzugsweise an der Unterseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist, ein erstes Ölreservoir, das mit der Ölwanne über eine erste Leitung verbunden ist, und ein zweites Ölreservoir, das mit dem ersten Ölreservoir über eine zweite Leitung verbunden ist. Die Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Waage zum Bestimmen des Gewichts des zweiten Ölreservoirs aufweist. Die Waage dient zur gravimetrischen Bestimmung von durch die Brennkraftmaschine verbrauchtem Öl.

[0009] Der Ölverbrauch wird nicht wie bisher im Stand der Technik üblich unter Bezugnahme auf die Architektur der Ölwanne oder durch Zupumpen eines Öls in die Ölwanne bestimmt, sondern mit Hilfe der Waage des zweiten Ölreservoirs.

[0010] Die Bestimmung der verbrauchten Ölmenge ist daher besonders genau und sehr einfach in ihrer Umsetzung. Im Gegensatz zu einer Füllstandsmessung eines Gefässes-wie im Stand der Technik üblich-erzielt das Wiegen unabhängig von der Temperatur des Öls sehr genaue und verlässliche Ergebnisse.

[0011] Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung weist das erste Ölreservoir einen Füllstandsensor zum Erfassen eines Füllstands des Öls in dem Ölreservoir auf. Zudem ist in der zweiten Leitung ein Ventil angeordnet, um einen Ölfluss in Abhängigkeit eines in dem ersten Ölreservoir erfassten Füllstands von dem zweiten Ölreservoir zu dem ersten Ölreservoir zuzulassen.

[0012] Vorzugsweise sind die Ölwanne und das erste Ölreservoir über eine Gasdruckausgleichsleitung verbunden, die vorzugsweise das Blow-By-Gas leitet und/oder in einem Bereich mit der Ölwanne bzw. dem ersten Ölreservoir in Verbindung steht, der oberhalb eines Ölfüllstands der Ölwanne bzw. des ersten Ölreservoirs liegt. Durch die Verbindung der Ölwanne mit dem ersten Ölreservoir über die Druckausgleichsleitung wird sichergestellt, dass die beiden Ölfüllstände von Ölwanne und erstem Ölreservoir auf einem Niveau liegen.

[0013] Vorzugsweise befindet sich das erste Ölreservoir auf einer in seiner Höhe verstellbaren Fläche, um einen geeigneten und gemeinsamen Ölfüllstand mit der Ölwanne der Brennkraftmaschine einzustellen.

[0014] Dabei kann also das erste Ölreservoir relativ zu der Ölwanne der Brennkraftmaschine in seiner Höhe verändert werden, sodass die beiden mit der ersten Leitung verbundenen Gefässe einen gemeinsamen Ölfüllstand ausbilden. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein Absinken des Ölfüllstands in der Brennkraftmaschine auch zu einem Absinken des Ölfüllstands in dem ersten Ölreservoir führt. Dies wird durch die erste Leitung hervorgerufen, da hiermit das erste Ölreservoir und die Ölwanne verbunden sind, sodass diese miteinander kommunizieren können.

[0015] Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung ist die erste Leitung ventil- und pumpenfrei, also eine uneingeschränkt kommunizierende Leitung, sodass die Ölwanne und das erste Ölreservoir kommunizierende Gefässe sind.

[0016] Die Verbindung der Ölwanne und des ersten Ölreservoirs wird also durch eine durchgängig freie Leitung hergestellt. Dadurch gleicht sich das Ölniveau in der Ölwanne dem in dem ersten Ölreservoir an. Es bildet sich also ein identisches Ölniveau in den beiden Gefässen aus.

[0017] Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist das zweite Ölreservoir auf einer höheren Position angeordnet als das erste Ölreservoir, um ein Abfliessen von Öl aus dem zweiten Ölreservoir über die zweite Leitung in das erste Ölreservoir zu ermöglichen.

[0018] Dabei kann der Zufluss von Öl vorzugsweise über ein in der zweiten Leitung angeordnetes Ventil gesteuert werden.

[0019] Vorzugsweise ist das in der zweiten Leitung angeordnete Ventil dazu ausgelegt, bei Erreichen oder Unterschreiten eines vorbestimmten ersten Schwellenwerts des Ölfüllstands in dem ersten Ölreservoir Öl aus dem zweiten Ölreservoir in das erste Ölreservoir zu leiten, bis ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert des Ölfüllstands in dem ersten Ölreservoir erreicht ist.

[0020] Indem mit Hilfe der Waage, die das Gewicht des zweiten Ölreservoirs wiegen kann, die Gewichtsdifferenz des zweiten Ölreservoirs bestimmt wird, ist ein präzises Bestimmen des Ölverbrauchs der Brennkraftmaschine möglich.

[0021] Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner ein Heizelement auf, das dazu ausgelegt ist, das Öl in der ersten Leitung und in dem ersten Ölreservoir auf die in der Ölwanne herrschende Temperatur aufzuheizen. Dadurch wird ein negativer Einfluss beim Zuführen eines verschieden temperierten Öls in die Brennkraftmaschine unterbunden.

[0022] Dabei können beispielsweise zwei Temperaturregelkreise verwendet werden, die die Ölvorkommen in der ersten Leitung und im ersten Ölreservoir auf das in der Ölwanne herrschende Temperaturniveau halten. Dadurch ergibt sich eine zeitliche konstante Temperaturverteilung und ein zeitlich konstantes Öl-Dichteverteilungs-Profil der betrachteten Ölvorkommen. Da also sämtliches die Brennkraftmaschine bzw. die zugehörige Ölwanne erreichendes öl die in der Ölwanne herrschende Temperatur bereits angenommen hat, ist eine aufgrund unterschiedlicher Öltemperaturen bedingte Messungsgenauigkeit vernachlässigbar und verschlechtert die Präzision der Messung nicht. Die Dichte des dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zugeführten Öls von Seiten des ersten Ölreservoirs ist damit identisch zu der in dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine vorherrschenden Öldichte.

[0023] Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur in der Ölwanne, der ersten Leitung und dem ersten Ölreservoir je mindestens einen Temperatursensor auf. Dadurch kann der Temperaturwert des Öls in der Ölwanne sowie die Temperatur des Öls in der ersten Leitung und in dem ersten Ölreservoir festgestellt werden und mit Hilfe des mindestens einem Heizelement die Temperatur in der ersten Leitung und dem ersten Ölreservoir an die Temperatur des Öls in der Ölwanne angleichen.

[0024] Vorzugsweise erfolgt die Heizung der Ölvorkommen in der ersten Leitung und dem ersten Ölreservoir jeweils von aussen. So lässt sich erreichen, dass die räumlichen Temperaturgradienten innerhalb dieser Ölvorkommen gering sind. Es ist nämlich erforderlich die dort über der Zeit auftretenden Temperaturhysterese-Werte zwecks Erzielung einer hohen Messgenauigkeit klein zu halten. Eine ausgeprägte Temperaturhysterese würde zu Schwankungen der Füllstände führen und die Ergebnisse einer Messung verfälschen. Dies liegt unter anderem daran, dass eine Temperaturhysterese mit zu hohen Maximalwerten die Gefahr einer Dampfblasenbildung in dem öl mit sich bringt, was ebenfalls zu grossen Ungenauigkeiten bei einer Füllstandsmessung führen würde und deswegen selbstverständlich vermieden werden muss.

[0025] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Messen eines Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine mit einer der Ausgestaltungen der vorstehend beschriebenen Vorrichtung.

[0026] In dem Verfahren wird bei einem Unterschreiten eines im Bereich eines oberen Ölfüllstands und eines unteren Ölfüllstands des ersten Ölreservoirs liegenden Schwellenwerts ein Timer zum Messen einer Zeit gestartet.

[0027] Bei Erreichen des unteren Ölfüllstand in dem ersten Ölreservoir wird dem zweiten Ölreservoir Öl von dem ersten Ölreservoir zugeleitet, bis der obere Ölfüllstand des ersten Ölreservoirs erreicht wird. Dabei wird das Gewicht des zweiten Ölreservoirs im Moment des Erreichens des unteren Ölfüllstands des ersten Ölreservoirs und im Moment des Erreichens des oberen Füllstands des ersten Ölreservoirs bestimmt. Der Timer wird erst wieder bei einem erneuten Unterschreiten des Schwellenwerts gestoppt.

[0028] Vorzugsweise liegt der Schwellenwert zwischen dem oberen Füllstand und dem unteren Füllstand des ersten Ölreservoirs, bevorzugter Weise auf einem Wert, der mittig zwischen den oberen und dem unteren Ölfüllstand angeordnet ist.

[0029] Ein zum oberen und unteren Füllstandswert verschiedener Schwellenwert verbessert die Präzision der Ölverbrauchsmessung deutlich. Dies liegt daran, dass nicht zu vermeidende Ungenauigkeiten bei der Ölzufuhr auftreten können, wie beispielsweise das exakte Öffnen und Schliessen des Ventils in der zweiten Leitung, die das erste mit dem zweiten Ölreservoir verbindet.

[0030] Nach einer Fortbildung des Verfahrens wird die Bestimmung des Ölverbrauchs durch den Quotienten der Gewichtsdifferenz zu der durch Timer gemessenen Zeit ermittelt. Die Gewichtsdifferenz beschreibt hierbei die verschiedenen Gewichte des zweiten Ölreservoirs vor und nach einem Abgeben von Öl an das erste Ölreservoir. Genauer gesagt wird das Gewicht des zweiten Ölreservoirs unmittelbar vor dem Öffnen des Ventils und unmittelbar nach dem Schliessen des

Ventils bestimmt. Die vom Timer gemessene Zeit beschreibt eine Zeitspanne, die die Brennkraftmaschine benötigt hat, um das von dem zweiten Ölreservoir zugeführte Öl zu verbrauchen.

[0031] Nach einer weiteren Modifikation des Verfahrens erfolgt in einem Initialisierungsschritt der Betrieb der Brennkraftmaschine so lange, bis diese eine stationären Betriebszustand erreicht hat, in dem vorzugsweise die Temperatur des Öls in der Ölwanne konstant ist.

[0032] Es ist von Vorteil wenn die Brennkraftmaschine anfangs so lange betrieben wird, bis sich insbesondere reproduzierbare Ölverteilungs- und Öltemperatur-Profile im gesamten Ölkreislauf der Brennkraftmaschine ergeben haben. Nach einem Erreichen dieses Zustands herrscht im Optimalfall ein innerhalb der Ölwanne über der Zeit konstanter Temperaturwert. Dieser Zustand kann mit Hilfe einer Temperaturmessstelle der Ölwanne bzw. des darin aufgefangenen Öls mit ausreichender Sicherheit festgestellt werden. Dabei ist selbstverständlich auch möglich das Öltemperatur-Profil innerhalb der Brennkraftmaschine an verschiedenen anderen Positionen des Ölkreislaufs zu messen, um eine genaue Bestimmung des stationären Betriebszustands zu erhalten.

[0033] Vorzugsweise direkt nach dem Initialisierungsschritt oder auch bereits schon währenddessen erfolgt ein Anheben der Temperatur des Öls in der ersten Leitung und in dem ersten Ölreservoir, sodass diese Temperatur der Temperatur des Öls in der Ölwanne entspricht. Dadurch werden die räumlichen Temperaturgradienten innerhalb der Ölvorkommen der Ölwanne, der ersten Leitung und des ersten Ölreservoirs möglichst stark vermindert.

[0034] Vorzugsweise stellt das Unterschreiten eines Schwellenwerts ein Durchschreiten des Schwellenwerts von einem oberhalb des Schwellenwerts liegenden Wert auf einen unterhalb des Schwellenwerts liegenden Wert dar.

[0035] Da die Ölmenge in der Brennkraftmaschine während eines stationären Betriebszustands nur stetig abfallen kann, wird ein bestimmter Schwellenwert des Ölfüllstands in der Brennkraftmaschine bzw. in dem ersten Ölreservoir ohne ein Zuführen von Öl aus dem zweiten Ölreservoir genau einmal unterschritten bzw. gekreuzt, wenn der ursprüngliche Ölfüllstand oberhalb des Schwellenwerts angeordnet ist.

[0036] Dies erfolgt einfach durch den kontinuierlichen Ölverbrauch der Brennkraftmaschine, wodurch der Ölfüllstand sich von oben dem Schwellenwert stetig nähert und diesen dann auch unterschreitet. Ein erneutes Unterschreiten des Schwellenwerts ist erst möglich, wenn der Ölfüllstand in der Brennkraftmaschine bzw. dem ersten Ölreservoir mit Hilfe von zusätzlichem Öl aus dem zweiten Ölreservoir angehoben worden ist.

[0037] Bei einem Weiterbetreiben der Brennkraftmaschine bzw. einem weiteren kontinuierlichen Verbrauchen von Öl sinkt der nun durch das Zuführen von Öl angehobene Ölfüllstand erneut von oben in Richtung des Schwellenwerts ab. Dem Fachmann ist klar, dass das Zuführen von Öl seitens des zweiten Ölreservoirs in einer solchen Menge erfolgt, die den Ölfüllstand der Brennkraftmaschine bzw. des ersten Ölreservoirs über den Schwellenwert hebt. Unterschreitet der Ölfüllstand nun erneut den Schwellenwert kann mit Hilfe eins Timers, der die Zeitpunkte des Unterschreitens des Schwellenwerts gespeichert bzw. die Zeitperiode zwischen dem aufeinanderfolgenden Unterschreiten des Schwellenwerts misst, festgehalten werden, um den Ölverbrauch über einen gewissen Zeitraum zu bestimmen.

[0038] Durch die vorgestellte Vorrichtung und das Verfahren zum Messen des Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine erzielt man eine präzisere Messgenauigkeit, da direkt das Ölgewicht des verbrauchten Öls bestimmt wird. Hierbei ist der Einfluss einer kompliziert zu bestimmenden Innengeometrie einer Ölwanne zum Festlegen eines Ölverbrauchs nicht notwendig. Da auch das die Brennkraftmaschine erreichende öl die in der Ölwanne vorherrschende Temperatur aufweist, ergeben sich auch keine die Messgenauigkeit reduzierende Einflüsse aufgrund einer Temperaturabhängigkeit des Öls. Die Anpassung der Öltemperatur erfolgt hierbei durch das mindestens eine Heizelement zum Aufheizen der Ölvorkommen in der ersten Leitung und dem ersten Ölreservoir.

[0039] Zudem ermöglicht die Gasdruckausgleichsleitung, die in einer bevorzugten Ausführungsform Blow-By-Gas der Brennkraftmaschine zu dem ersten Ölreservoir leitet, eine besonders genaue Bestimmung des Ölfüllstands, da der Druck in der Brennkraftmaschine und dem ersten Ölreservoir gleich ist. Darüber hinaus ist die Vorrichtung pumpenfrei, benötigt also keine Pumpe in ihrem Aufbau, wodurch die Anzahl notwendiger Bauteile weiter reduziert worden ist.

[0040] Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit der Erfindung ein einfacheres, robusteres System im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zum Messen eines Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine mit Hilfe der Vorrichtung bzw. dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 10 geschaffen worden ist.

[0041] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2: ein Diagramm zur Veranschaulichung des Ölstands in der Brennkraftmaschine bzw. dem ersten Ölreservoir über der Zeit während eines Ausführens des erfindungsgemässen Messverfahrens zum Bestimmen des Ölverbrauchs.

[0042] Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Messen eines Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine.

[0043] Das Grundverständnis der Erfindung beruht auf den drei mit Öl gefüllten Volumina. Das erste ist der Ölkreislauf in der Brennkraftmaschine zusammen mit der typischerweise unterhalb der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Ölwanne 9. Das zweite ist das erste Ölreservoir 2, das die Funktion eines Ölfüllstands-Messbehälters einnimmt. Das dritte Volumen ist das zweite Ölreservoir 3, das in der Funktion eines gravimetrischen Ölfüllstands-Messbehälters und eines Ölvorratsbehälters benutzt wird.

[0044] Die Ölwanne 9 und der mit Öl gefüllte Bereich des ersten Ölreservoirs 2 sind über eine erste Leitung 5 miteinander verbunden. Die erste Leitung 5 stellt eine sogenannte kommunizierende Röhre dar, sodass die beiden über die erste Leitung 5 miteinander verbundenen Gefässe (Ölwanne 9 und erstes Ölreservoir 2) als kommunizierende Gefässe bezeichnet werden können. Dabei weist die erste Leitung 5 keinerlei Elemente auf, die einen ölaustausch zwischen Ölwanne 9 und erstem Ölreservoir 2 hemmen könnten. Die erste Leitung 5 ist demnach ventil- und pumpenfrei. Dies bedeutet, dass die Ölwanne 9 und das Ölreservoir 2 einen gemeinsamen ölfüllstand 8a aufweisen, der dasselbe Niveau aufweist.

[0045] Dem Fachmann ist klar, dass die Anordnung von Brennkraftmaschine 1 bzw. der damit verbundenen Ölwanne 9 und des ersten Ölreservoirs 2 so aufgebaut ist, dass sich für die Brennkraftmaschine 1 und das erste Ölreservoir 2 ein festes und geeignetes Höhenverhältnis einstellt, aus dem während des Testbetriebs ein gemeinsamer (bezogen auf den Absolutwert der oberen Öl-Oberfläche) Ölfüllstand 8a in der Ölwanne 9 und dem ersten Ölreservoir 2 hervorgeht. Dabei ist unter anderem darauf zu achten, dass die maximal zulässige Füllhöhe des Ölstands 8a in der Brennkraftmaschine 1 bzw. der Ölwanne 9 einen Maximalwert bzw. einen Minimalwert nicht über- bzw. unterschreitet. Zur Anpassung des Ölfüllstands 8a ist vorzugsweise eine nicht dargestellte Höhenverstellung des ersten Ölreservoirs 2 vorgesehen. Durch die Höhenverstellung des ersten Ölreservoirs 2 kann der ölfüllstand 8a in der Ölwanne 9 bzw. der Brennkraftmaschine 1 auf eine einfache Weise eingestellt werden.

[0046] Zudem erkennt man eine gestrichelt dargestellte Gasdruckausgleichsleitung, auch Blow-By-Gasleitung, die beide Gefässe oberhalb ihres jeweiligen Ölfüllstands 8a mit dem Blow-By-Gas verbindet. Dies sorgt für eine Eliminierung eventuell auftretender Druckunterschiede in den beiden betrachteten Gefässen (Ölwanne 9 und erstes Ölreservoir 2).

[0047] Typischerweise ist Blow-By-Gas das aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine in dem Triebwerksraum an den Kolbenringen vorbeistreifende Gas. Hierdurch wird ein gewisser Gasdruck auf das in der Ölwanne 9 aufgefangene Öl erzeugt. Durch den Ausgleich mit Hilfe der Gasdruckausgleichsleitung 6 wirkt der identische Gasdruck auf das Öl in dem ersten Ölreservoir 2 und auf das Öl in der Ölwanne 9. Dadurch wird sichergestellt, dass auch tatsächlich ein Gleichgewicht der Ölfüllstände 8a in der Ölwanne 9 und dem ersten Ölreservoir 1 eintritt.

[0048] Darüber hinaus ist das erste Ölreservoir 2 mit einem Füllstandssensor 7 versehen, der den Ölfüllstand 8a in dem ersten Ölreservoir 2 bestimmen kann. Dieser Sensor kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausgestaltung annehmen und beispielsweise ein Ultraschallsensor sein.

[0049] Ferner ist das erste Ölreservoir 2 über eine weitere Leitung 10 mit einem zweiten Ölreservoir 3 verbunden. Die zweite Leitung 10 weist dabei ein Ventil 4 auf, das einen das erste Ölreservoir 2 und das zweite Ölreservoir 3 verbindenden Zustand bzw. einen die beiden Ölreservoire 2, 3 voneinander trennenden Zustand einnehmen kann.

[0050] Zudem ist das zweite Ölreservoir 3 auf einer Waage 11 angeordnet und befindet sich insgesamt auf einem Höhenniveau, das bei einem Öffnen des Ventils 4 ein Fliessen von Öl in Richtung des ersten Ölreservoirs 2 zulässt. Und daher ist das zweite Ölreservoir 3 typischerweise in einer grösseren Höhe als das erste Ölreservoir 2 angeordnet.

[0051] Die Waage 11 ist dazu ausgelegt, das Bruttogewicht des zweiten Ölreservoirs 3 zu messen. Das Gewicht des zweiten Ölreservoirs ändert sich je nach verbliebener Ölmenge in dem zweiten Ölreservoir 3.

[0052] Nachfolgend wird ein Funktionsablauf zum Messen des Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine beschrieben.

[0053] Fig. 2 zeigt dabei ein Diagramm, dass das Ölniveau in dem ersten Ölreservoir 2, das dem in der Ölwanne entspricht, über der Zeit während eines Ausführens des Messverfahrens darstellt.

[0054] Anfangs erfolgt der Betrieb der Brennkraftmaschine so lange, bis diese einen stationären Betriebszustand erreicht hat, insbesondere bis sich reprodurzierbare Ölverteilungs- und Öltemperatur-Profile im gesamten Ölkreislauf der Brennkraftmaschine ergeben. Ist dieser Zustand erreicht, herrscht eine innerhalb der Ölwanne über der Zeit konstante Temperatur. Dieser Zustand ist in der Fig. 2 als Zeitpunkt TO gekennzeichnet.

[0055] Die Ölvorkommen innerhalb der ersten Leitung 5 und dem ersten Ölreservoir 2 werden vorzugsweise mit Hilfe von zwei Temperatur-Regelkreisen auf das in der Ölwanne herrschende Temperaturniveau gehalten, wodurch sich eine zeitliche konstante Temperaturverteilung und damit ein zeitliches konstantes Öldichteverteilungsprofil der betrachteten Ölvorkommen ergibt. Somit sind die räumlichen Temperaturgradienten innerhalb der vorstehend genannten Ölvorkommen gering, sodass die über der Zeit auftretenden Temperaturhysterese-Werte auf gleichem Niveau gehalten werden und eine hohe Messgenauigkeit zulassen. Eine ausgeprägte Temperaturhysterese würde zu Schwankungen der Füllstände führen, da bei einem Annehmen von zu hohen Maximalwerten die Gefahr einer Dampfblasenbildung in dem Öl besteht, die zu hohen Ungenauigkeiten der Füllstandsmessung führen würde.

[0056] Zum Zeitpunkt TO läuft die Brennkraftmaschine stabil. Vorzugsweise sind in diesem Zustand die Drehzahl, das Drehmoment und die Öltemperatur jeweils auf einem stabilen Niveau angelangt. Der ursprünglich in dem ersten Ölreservoir 2 bzw. der Ölwanne 9 vorherrschende Ölfüllstand 8a sinkt aufgrund des kontinuierlichen Verbrauchs durch die Brennkraftmaschine 1 kontinuierlich ab. Bei Erreichen oder Unterschreiten eines ersten Schwellenwerts N2 wird ein Timer zur Zeitmessung initialisiert oder mit Hilfe des Timers der Zeitpunkt des Erreichens bzw. des Unterschreitens des Schwellenwerts N2 speichert. Der weiterhin absinkende Ölfüllstand 8a erreicht dann zu einem Zeitpunkt T2 einen vorbestimmten unteren Schwellenwert N1 (auch als unterer Füllstand bezeichnet), bei dessen Erreichen zum einen das Gewicht G1 des zweiten Ölreservoirs mit Hilfe der Waage 11 gemessen wird und zum anderen das Ventil 4 der das erste Ölreservoir 2 mit dem zweiten Ölreservoir 3 verbindenden zweiten Leitung 10 geöffnet wird. Anhand des Diagramms lässt sich der Ölzufluss von dem zweiten Ölreservoir 3 in das erste Ölreservoir 2 durch das Ansteigen des Ölfüllstands 8a von dem unteren Schwellenwert N1 auf dem oberen Schwellenwert N3 (auch als unterer bzw. oberer Ölfüllstand bezeichnet) erkennen. Ist der obere Schwellenwert N3 erreicht wird das Gewicht G2 des zweiten Ölreservoirs 3 bestimmt und das Ventil, das den Ölzufluss zu dem ersten Ölreservoir 2 regelt, geschlossen.

[0057] Der Ölfüllstand 8a des ersten Ölreservoirs 2 wird dabei mit Hilfe des Füllstandssensors 7 erfasst. Aufgrund des weiteren Betriebs der Brennkraftmaschine 1 sinkt der Ölfüllstand 8a weiterhin kontinuierlich ab und nähert sich erneut dem Schwellenwert N2. Dem Fachmann ist dabei klar, dass der obere Schwellenwert N3 oberhalb des Schwellenwerts N2 und der untere Schwellenwert N1 unterhalb des Schwellenwerts N2 liegt. Der durch das Ventil 4 in der zweiten Leitung 10 ausgelöste Ölfüllvorgang des ersten Ölreservoirs 2 führt demnach immer dazu, dass der Ölfüllstand 8a in dem ersten Ölreservoir 2 auf einem Wert oberhalb des Schwellenwerts N2 gebracht wird.

[0058] Durch den weiteren stetigen Verbrauch an Öl sinkt der Ölfüllstand 8a erneut von oben auf den Schwellenwert N2 herab. Bei einem Erreichen oder einem Unterschreiten, also einem Durchstossen des Schwellenwerts von oben nach unten, in der Fig. 2 am Zeitpunkt T3 dargestellt, stoppt der Timer seine Zeitmessung oder speichert die beim Erreichen oder Unterschreiten erreichte Zeit.

[0059] Der Ölverbrauch lässt sich demnach ermitteln indem die Differenz der unterschiedlichen Gewichte des zweiten Ölreservoirs 2 durch die zwischen T1 und T3 verstrichene Zeit geteilt wird. Formelmässig ausgedrückt deutet dies: Ölverbrauch = (G1-G2)/(T3-T1).

[0060] Auch erkennt man aus der Fig. 2, dass die Werte des Ölfüllstands 8a bei einem durchgehenden Anwenden des Messverfahrens einen periodischen Verlauf aufweisen.

[0061] Die Werte des oberen und unteren Ölfüllstands im ersten Ölreservoir 2 stellen den Beginn und den Abschluss des Nachfüllvorgangs zum Zeitpunkt T2 dar. Hierbei wird ausgehend vom unteren Füllstandswert innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeitdauer (in der Fig. 2 idealisiert dargestellt) der obere Füllstand N3 (Maximalwert) erreicht. In Folge des stetigen Ölverbrauchs durch die Brennkraftmaschine wird ausgehend vom oberen Füllstand N3 nach einem wesentlich längeren Zeitraum als das Zuführen von Öl seitens des zweiten Ölreservoirs in Anspruch genommen hat, der Minimalwert N1 erreicht.

[0062] Die Genauigkeit der aus dem besagten Signalverlauf zu bestimmenden Periodendauer hat selbstverständlich einen massgeblichen Einfluss auf die Exaktheit der Ölverbrauchsmessung. Anstatt diese Periodendauer ausgehend von dem Zeitpunkten des unteren oder oberen Ölfüllstands N1, N3 bzw. die entsprechenden Schwellenwerte zu bestimmen, wird eine deutlich gesteigerte Präzision erreicht, wenn als Bezugspunkt zur Messung der Periodendauer ein fester Füllstandswert, der Schwellenwert N2, gewählt wird.

[0063] Da jeweils eine gesamte Periodendauer massgeblich ist, wird zur Bestimmung der massgeblichen Zeitmesspunkte T1, T3 der Referenzfüllstand (Schwellenwert N2) in Richtung abnehmenden ölfüllstand 8a im ersten Ölreservoir 2 berücksichtigt. Dadurch wird der Einfluss einer Hystereseabweichung, die beispielsweise durch aus dem zweiten Ölreservoir 3 nachlaufendes kälteres Öl hervorgerufen werden kann, zwischen dem steigenden ölfüllstand beim Nachfüllvorgang des ersten Ölreservoirs 2 zum Zeitpunkt T2 und dem abnehmenden ölfüllstand im Zuge des Ölverbrauchs auf die Bestimmung der Periodendauer vermieden.

[0064] Darüber hinaus wird die Beeinflussung der Messung durch beim Nachfüllvorgang stochastisch auftretende Ungenauigkeiten, wie beispielsweise eine unvermeidliche Abweichung beim Schliesszeitpunkt des Ventils 4, deutlich reduziert.

[0065] Entsprechende Abweichungen können nicht durch «ungünstige Abtastzeitpunkte» in voller Höhe die Messung verfälschen, sondern gehen lediglich über das Zeitintegral und damit mit einem sehr deutlich reduzierten Einfluss in das Messergebnis ein.

[0066] Dem Fachmann ist klar, dass die Werte des unteren Ölfüllstands N1 und des oberen Ölfüllstands N3, die für den Beginn bzw. das Beenden des Nachfüllvorgangs wesentlich sind, je nach abzusehenden Ölverbrauch der Brennkraftmaschine angepasst werden. Der Ölverbrauch hängt dabei typischerweise vom Hubvolumen der zu vermessenden Brennkraftmaschine und/oder den vorliegenden Drehzahl-Drehmomenten-Arbeitspunkt ab, bei dem der Ölverbrauch untersucht werden soll.

[0067] Der Schwellenwert N2, der ja den Referenzwert zur Messung der Zeit zwischen den Zeitpunkten T1 und T3 darstellt, wird vorteilhafterweise auf einen mittleren zwischen dem oberen und dem unteren Ölfüllstand liegenden mittleren

Claims (15)

Wert eingestellt, der unabhängig von dem jeweils gewählten oberen und unteren Ölfüllstand beibehalten wird. Dann ist es möglich durch Auswahl eines passenden Füllstandsensors 7 bzw. durch Auswahl einer für den Schwellenwert N2 optimalen Anordnung des Füllstandsensors das Unterschreiten des Schwellenwerts N2 (Referenzfüllstand) mit besonders hoher Präzision zu detektieren, wodurch die Messgenauigkeit weiter verbessert wird. [0068] Der Füllstandsensor 7 muss demnach nicht zwei voneinander stark abweichende Ölfüllstände 8a in dem ersten Ölreservoir 2 detektieren, sondern kann den Bereich seiner höchsten Präzision auf den Schwellenwert N2 fokussieren. Eine ungenaue Füllstandsdetektion in den Bereichen des oberen Ölfüllstands N3 und des unteren Ölfüllstands N1 findet dabei dann keinen negativen Niederschlag in dem zu bestimmenden Ölverbrauch. Hierdurch kann der Füllstandssensor 7 bei jeder Messreihe in seinem Messpunkt seiner höchsten Genauigkeit, der dann logischerweise auf dem Schwellenwert N2 (Referenzfüllstand) ausgerichtet ist, verwendet werden. Dies steigert die Messgenauigkeit und senkt gleichzeitig die typischerweise hohen Anforderungen an den Füllstandsensors 7 signifikant. [0069] Aus dem nach einem erfolgten Nachfüllvorgang des ersten Ölreservoirs 2 sich ergebenden reduzierten Bruttogewicht des zweiten Ölreservoirs 3 wird der Ölverbrauch als Ouotient der Bruttogewichtsdifferenz zu der Periodendauer des Ölfüllstandsignals 8a gewonnen. Die Periodendauer wird in Fig. 2 anschaulich durch die zwischen den Zeitpunkten T1 bis T3 verstrichene Zeit dargestellt. [0070] Dadurch ist der Messwert des Ölverbrauchs vollkommen unabhängig vom tatsächlichen Volumen bzw. der tatsächlichen Innengeometrie der Ölwanne 9 und kann somit sehr viel einfacher als bisher üblich bestimmt werden. [0071] Aufgrund des direkten Messens eines Ölgewichts ergibt sich eine bessere Genauigkeit, die mit Hilfe von Präzisionswagen kostengünstig umsetzbar ist. [0072] Zudem beeinflusst die Messvorrichtung weder die Öltemperatur noch den Druck in der Brennkraftmaschine aufgrund der Gasdruckausgleichsleitung 6 und dem mindestens einem Heizelement über die erste Leitung 5 und das erste Ölreservoir 2. Dies führt zu einem Angleichen der Öldichte des zugeführten Öls und bedingt einen geringeren Messfehler. [0073] Weiter vorteilhaft ist, dass die vorgestellte Messvorrichtung bzw. das Messverfahren keine Pumpe zum Zuführen oder Befüllen der Brennkraftmaschine mit Öl benötigt. Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Messen eines Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine (1), umfassend: eine Ölwanne (9) an der Brennkraftmaschine (1), wobei die Ölwanne (9) vorzugsweise an der Unterseite der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist, ein erstes Ölreservoir (2), das mit der Ölwanne (9) über eine erste Leitung (5) verbunden ist, und ein zweites Ölreservoir (3), das mit dem ersten Ölreservoir (2) über eine zweite Leitung (10) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Waage (11) zum Bestimmen des Gewichts des zweiten Ölreservoirs (3).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Ölreservoir (2) einen Füllstandssensor (7) zum Erfassen eines Füllstands (8a) des Öls in dem ersten Ölreservoir (2) aufweist, und in der zweiten Leitung (10) ein Ventil (4) angeordnet ist, um einen Ölfluss in Abhängigkeit eines in dem ersten Ölreservoir (2) erfassten Füllstands (8a) von dem zweiten Ölreservoir (3) zu dem ersten Ölreservoir (2) zuzulassen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ölwanne (9) und das erste Ölreservoir (2) über eine Gasdruckausgleichsleitung (6) verbunden sind, die vorzugsweise das Blow-By-Gas leitet und/oder in einem Bereich mit der Ölwanne (9) bzw. dem ersten Ölreservoir (2) in Verbindung steht, der oberhalb eines Ölfüllstands (8a) der Ölwanne (9) bzw. des ersten Ölreservoirs (2) liegt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das erste Ölreservoir (2) auf einer in seiner Höhe verstellbaren Fläche befindet, um einen geeigneten und gemeinsamen Ölfüllstand (8a) mit der Ölwanne (9) der Brennkraftmaschine (1) einzustellen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Leitung (5) ventil- und pumpenfrei, also eine uneingeschränkt kommunizierende Leitung ist, sodass die Ölwanne (9) und das erste Ölreservoir (2) kommunizierende Gefässe sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ölreservoir (3) auf einer höheren Position angeordnet ist als das erste Ölreservoir (2), um ein Abfliessen von Öl aus dem zweiten Ölreservoir (3) über die zweite Leitung (10) in das erste Ölreservoir (2) zu ermöglichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ventil (4) in der zweiten Leitung (10) dazu ausgelegt ist, bei Erreichen oder Unterschreiten eines vorbestimmten ersten Schwellenwerts (N1) des Ölfüllstands (8a) in dem ersten Ölreservoir (2) Öl aus dem zweiten Ölreservoir (3) in das erste Ölreservoir (2) zu leiten, bis ein vorbestimmter zweiter Schwellenwert (N3) des Ölfüllstands (8a) in dem ersten Ölreservoir (2) erreicht ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Heizelement vorgesehen ist, das dazu ausgelegt ist, das Öl in der ersten Leitung (5) und in dem ersten Ölreservoir (2) auf die in der Ölwanne (9) herrschende Temperatur aufzuheizen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei zur Bestimmung der Temperatur in der Ölwanne (9), der ersten Leitung (5) und dem ersten Ölreservoir (2) je mindestens ein Temperatursensor vorgesehen ist.

10. Verfahren zum Messen eines Ölverbrauchs einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Verfahren: bei einem Unterschreiten eines im Bereich eines oberen Ölfüllstands (N3) und eines unteren Ölfüllstands (N1) des ersten Ölreservoirs (2) liegenden Schwellenwerts (N2) ein Timer zum Messen einer Zeit gestartet wird, bei Erreichen des unteren Ölfüllstands (N1) in dem ersten Ölreservoir (2) Öl von dem zweiten Ölreservoir (3) dem ersten Ölreservoir (2) zugeleitet wird, bis der obere Ölfüllstand (N3) des ersten Ölreservoirs (2) erreicht wird, das Gewicht des zweiten Ölreservoirs (3) im Moment des Erreichens des unteren Ölfüllstands (N1) des ersten Ölreservoirs (2) und im Moment des Erreichens des oberen Ölfüllstands (N3) des ersten Ölreservoirs (2) bestimmt wird, und der Timer erst wieder bei einem erneuten Unterschreiten des Schwellenwerts (N2) gestoppt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schwellenwert (N2) zwischen dem oberen Ölfüllstand (N3) und dem unteren Ölfüllstand (N1) des ersten Ölreservoirs (2), vorzugsweise auf deren Mitte eingestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Bestimmung des Ölverbrauchs durch den Ouotienten der Gewichtsdifferenz zu der durch den Timer gemessen Zeit ermittelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei in einem Initialisierungsschritt der Betrieb der Brennkraftmaschine (1) so lange erfolgt, bis diese einen stationären Betriebszustand erreicht hat, in dem vorzugsweise die Temperatur des Öls in der Ölwanne (9) konstant ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in einem anschliessenden Schritt die Temperatur des Öls in der ersten Leitung (5) und die Temperatur des Öls in dem ersten Ölreservoir (2) auf die Temperatur des Öls in der Ölwanne (9) gebracht werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-14, wobei das Unterschreiten eines Schwellenwerts (N2) das Durchschreiten des Schwellenwerts (N2) von einem oberhalb des Schwellenwerts (N2) liegenden Wert auf einen unterhalb des Schwellenwerts (N2) liegenden Wert darstellt.