DE102005029824A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor Download PDF

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor, wobei die Dichte rho¶0¶ von reinem Öl und die Dichte rho¶a¶ von Luft, basierend auf dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T in einer Ölleitung, welche eine Hydraulikpumpe von einem Motor und einen Ölkorridor von dem Zylinderblock verbindet, berechnet werden und dann die Ölbelüftung, basierend auf der gemessenen Öldichte DOLLAR I1 dem gemessenen Öldruck p, der berechneten Dichte rho¶0¶ des reinen Öls und der berechneten Dichte rho¶a¶, von Luft, berechnet wird.

Description

  • Die Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung 10-2004-0048847, welche beim Korean Intellectual Property Office am 28. Juni 2004 eingereicht wurde, deren gesamter Inhalt hierin aufgenommen wird.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Testmotor verwendbar zum Einrichten eines minimalen Öllevels während des Konstruierens eines Motors.
  • Üblicherweise produziert ein Motor einen beachtlichen Betrag an Verbrennungswärme und Reibungswärme während seines Betriebes. Darum muss für einen ordnungsgemäßen Motorbetrieb eine angemessene Zufuhr von Öl und Kühlmittel bereitgestellt werden. Für diesen Zweck ist ein Motor in seinem Zylinderblock und seinem Zylinderkopf mit einem Schmiersystem zur Ölversorgung, aufweisend eine Hydraulikpumpe, Ölkorridore und Öldüsen, und einem Kühlsystem zur Kühlmittelversorgung, aufweisend Komponenten wie eine Wasserpumpe und einen Wassermantel, bereitgestellt.
  • Das Motoröl, welches an Reibungspunkte und Betriebsteile von dem Motor bereitgestellt wird, wird in einer Ölwanne aufbewahrt, welche an dem Motor an seiner unteren Seite montiert ist. Das Öl, welches in der Ölwanne aufbewahrt wird, wird mittels einer Hydraulikpumpe entsprechend dem Motorbetrieb angesaugt, und wird dann durch die Ölkorridore jedem Teil, welches Schmierung benötigt, zugeführt. Auf diese Weise zirkuliert das Öl durch den Motor, und es kehrt zu der Ölwanne zurück, wenn der Motor ausgeschaltet wird.
  • Das Öl kann durch Verbrennen in einer Verbrennungskammer oder Auslaufen aus dem Motor allmählich verloren gehen oder degenerieren. Daher sollten der Betrag und der Zustand von dem Motoröl, welches in dem Motor enthalten ist, periodisch überprüft werden, so dass die Wartung davon angewandt werden kann, wenn sie benötigt wird.
  • In einem Motortestraum von einem Fahrzeughersteller wird ein minimales Öllevel, welches einen optimalen Betrieb von dem Motor sicherstellen kann, eingerichtet.
  • Um das Öllevel zu überprüfen, ist ein Motor traditionell mit einer Öllevelanzeige in der Form eines Messstabes vorgesehen. Seit kurzem ist es möglich geworden, das Öllevel elektronisch zu überprüfen.
  • Seit kurzem, um einen optimalen Wert des minimalen Öllevels einzurichten, wird die Ölbelüftung von einem Testmotor gemessen, und das minimale Öllevel wird auf einen Wert eingerichtet, derart, dass die Ölbelüftung ausreichend gering sein kann, um ein Öllevel über dem minimalen Öllevel bereitzustellen.
  • Um die Ölbelüftung zu messen, werden ein sogenanntes Aerometer von einem deutschen Unternehmen FEV und ein sogenanntes SMAC von einem französischen Unternehmen IFP weit verbreitet angewandt. Wie in 3 gezeigt, wird gemäß dem Aerometer 10 eine Ölmenge von dem Testmotor genommen, und Luft, welche in dem Öl enthalten ist, wird schnell von dem Öl in einem Vakuumzylinder 11 abgetrennt. Dann wird der Druck in dem Vakuumzylinder 11 auf 1 bar eingestellt, und das Volumen von der Luft wird gemessen. Gemäß dem SMAC 20, wie in 4 gezeigt, wird eine Ölmenge von dem Testmotor genommen, und die Kompressionsrate von dem Öl, welches die Luft enthält, wird gemessen, um die Ölbelüftung zu erhalten.
  • Sowohl bei dem Aerometer als auch bei dem SMAC ist es erforderlich, das Öl von dem Testmotor zu entnehmen, und daher ist eine Echtzeitmessung von der Ölbelüftung nicht möglich.
  • Die obigen Informationen, welche in dem Hintergrundabschnitt offenbart sind, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses von dem Hintergrund der Erfindung, und daher können sie Informationen enthalten, welche nicht den Stand der Technik bilden, der in diesem Land dem Fachmann schon bekannt ist.
    •
  • Die Erfindung wurde mit dem Bemühen gemacht, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor bereitzustellen, aufweisend den Vorteil des Messens der Ölbelüftung von einem Motor in Echtzeit.
  • Eine exemplarische Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Ölleitung, welche eine Hydraulikpumpe, welche an dem Motor montiert ist, und einen Ölkorridor in dem Zylinderblock von dem Motor verbindet, einen Dichtesensor, welcher an der Ölleitung montiert ist und die Öldichte in der Ölleitung misst, einen Drucksensor, welcher an der Ölleitung montiert ist und den Öldruck in der Ölleitung misst, einen Temperatursensor, welcher an der Ölleitung montiert ist und die Öltemperatur in der Ölleitung misst, und eine Berechnungseinheit auf, welche die Ölbelüftung basierend auf der Öldichte, dem Öldruck und der Öltemperatur, gemessen mittels des Dichtesensors, des Drucksensors bzw. des Temperatursensors, berechnet.
  • Ein exemplarisches Verfahren zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet einen Dichtesensor, welcher an einer Ölleitung montiert ist, welche eine Hydraulikpumpe von dem Motor und einen Ölkorridor in dem Zylinderblock verbindet, und die Öldichte in der Ölleitung misst, einen Drucksensor, welcher an der Ölleitung montiert ist und den Öldruck in der Ölleitung misst, und einen Temperatursensor, welcher an der Ölleitung montiert ist und die Öltemperatur in der Ölleitung misst. Das exemplarische Verfahren weist das Messen der Öldichte ρ - in der Ölleitung unter Verwendung des Dichtesensors, das Messen des Öldrucks p in der Ölleitung unter Verwendung des Drucksensors, das Messen der Öltemperatur T in der Ölleitung unter Verwendung des Temperatursensors, das Berechnen der Dichte ρ0 von reinem Öl basierend auf dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T, das Berechnen der Dichte ρa von Luft basierend auf dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T und das Berechnen der Ölbelüftung ψ basierend auf der gemessenen Öldichte ρ -, des gemessenen Öldrucks p, der berechneten Dichte ρ0 von dem reinen Öl und der berechneten Dichte ρa von der Luft auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Öldichte ρ0 mittels der Gleichung ρ0(p,T) = ρ0(p0,T0) + γΔp – βΔT basierend auf dem gemessenen Öldruck p, der gemessenen Öltemperatur T, der Öldichte ρ0(p0,T0) bei einer vorbestimmten Temperatur T0 und einem vorbestimmten Druck p0, dem thermischen Expansionskoeffizienten β des reinen Öls, der Kompressionsrate γ von dem reinen Öl und der Gaskonstante R von Luft berechnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Dichte ρa der Luft mittels der Gleichung
    Figure 00040001
    basierend auf dem gemessenen Öldruck p, der gemessenen Öltemperatur T und der Gaskonstante R von Luft berechnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Ölbelüftung ψ mittels der Gleichung
    Figure 00040002
    basierend auf der gemessenen Öldichte ρ -, dem gemessenen Öldruck p, der berechneten Dichte ρ0 von dem reinen Öl und der berechneten Dichte ρa von der Luft berechnet.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • 1 ist eine schematische Darstellung von einer Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform von der Erfindung.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer konventionellen Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor.
  • 4 zeigt ein anderes Beispiel einer konventionellen Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor. Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung im Detail beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Darstellung von einer Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Verbrennungsmotor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, und 2 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Eine Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird auf einem Testmotor 30 angewandt, und der Testmotor 30 ist mit einer Ölleitung 40 vorgesehen, welche zum Messen der Ölbelüftung verwendet wird.
  • Der Testmotor 30 ist ein Motor, welcher zur Bestimmung des minimalen Öllevels beim Auslegen eines angewandten Motors verwendet wird.
  • Der Testmotor 30 ist mit demselben Schmiersystem wie ein angewandter Motor bereitgestellt, aufweisend eine Ölwanne 31, eine Hydraulikpumpe 32, einen Ölfilter 33, einen Ölkorridor 34, usw.
  • Zusätzlich, außerhalb von dem Testmotor 30, ist eine Ölleitung 40 an dem Ölfilter 33 ausgebildet, derart, dass Vorrichtungen zum Testen des Öls, welches mittels der Hydraulikpumpe 32 gepumpt wird, daran montiert werden können. Es ist nicht notwendig, dass die Ölleitung 40 nach außen hin exponiert ist, und die Ölleitung kann innerhalb von dem Motor ausgebildet sein, vorausgesetzt, dass die Vorrichtungen daran montiert werden können.
  • Die Ölleitung 40 ist mit einem Dichtesensor 41 zum Messen der Öldichte, einem Drucksensor 42 zum Messen des Öldrucks und einem Temperatursensor 43 zum Messen der Öltemperatur ausgerüstet.
  • Zusätzlich berechnet eine Berechnungseinheit 50 die Ölbelüftung von dem Öl basierend auf der Öldichte, dem Öldruck und der Öltemperatur, welche von dem Dichtesensor 41, dem Drucksensor 42 und dem Temperatursensor 43 gemessen werden.
  • Die Berechnungseinheit 50 kann als mindestens ein Mikroprozessor realisiert werden, welcher mit einem vorbestimmten Programm programmiert ist, und das vorbestimmte Programm kann einen Satz von Instruktionen zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung aufweisen.
  • Die Öldichte ρ -, der Öldruck p und die Öltemperatur T, welche mittels der Sensoren 41, 42 bzw. 43 gemessen werden, werden zum Erhalten der Ölbelüftung ψ verwendet.
  • Die gemessenen Werte ρ -, p und T werden auf die folgenden Gleichungen 1 bis 3 zusammen mit der Dichte ρ0 (patm,T0) von reinem Öl bei 0°C und atmosphärischem Druck, dem thermischen Expansionskoeffizienten β von dem reinem Öl, der Kompressionsrate γ von dem reinem Öl und der Gaskonstante R der Luft angewandt.
  • (Gleichung 1)
    • ρ0(p,T) = ρ0(p0,T0) + γΔp – βΔT
  • Gleichung 1 ist eine Gleichung zum Erhalten der Dichte ρ0 (p,T) von dem reinen Öl bei dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T.
  • In der obigen Gleichung 1 bezeichnet γ die Kompressionsrate von dem reinen Öl, und β bezeichnet den thermischen Expansionskoeffizienten von dem reinen Öl. Die Kompressionsrate γ von dem reinen Öl und der thermische Expansionskoeffizient β von dem reinen Öl können unterschiedliche Werte in Abhängigkeit von dem Öl aufweisen.
  • Ferner bezeichnet in obiger Gleichung 1 ρ0 (p0,T0) die Dichte des reinen Öls bei einer vorbestimmten Temperatur T0 und einem vorbestimmten Druck p0. Zum Beispiel wird gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung 0°C für die vorbestimmte Temperatur T0 verwendet, und atmosphärischer Druck (d.h. l bar) wird für den vorbestimmten Druck p0 verwendet.
  • Ferner bezeichnet in obiger Gleichung 1 Δp die Differenz p-p0 zwischen dem gemessenen Öldruck p und dem vorbestimmten Druck p0.
  • Ferner bezeichnet in obiger Gleichung 1 ΔT die Differenz T-T0 zwischen der gemessenen Öltemperatur T und der vorbestimmten Temperatur T0.
  • Die Dichte ρ0 (p,T) des reinen Öls bei dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T kann mittels der Gleichung 1 aus den folgenden Gründen berechnet werden.
  • Die Öldichte ist abhängig von der Temperatur und dem Druck. Folglich, wenn die Öldichte bei einer Referenztemperatur und einem Referenzdruck bekannt ist, kann die Öldichte bei der tatsächlich gemessenen Temperatur und dem tatsächlich gemessenen Druck mittels Annahme einer Dichteänderung gemäß der Temperaturänderung und einer Dichteänderung gemäß der Druckänderung erhalten werden.
  • Der thermische Expansionskoeffizient β des Öls wird zum Erhalten der Dichteänderung gemäß der Temperaturänderung verwendet, und die Kompressionsrate γ des Öls wird zum Erhalten der Dichteänderung gemäß der Druckänderung verwendet.
  • (Gleichung 2)
    Figure 00080001
  • Gleichung 2 ist eine Gleichung zum Erhalten der Dichte ρa von Luft bei dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T.
  • In der obigen Gleichung 2 bezeichnet R die Gaskonstante der Luft .
  • Das belüftete, d.h. das mit Luft angereicherte, Öl und die Luft befinden sich im Gleichgewicht, und daher kann angenommen werden, dass ihre Temperaturen und Drücke die gleichen sind. Gemäß Gleichung 2 wird die Dichte der Luft bei dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T durch Anwenden der idealen Gasgleichung unter obiger Annahme erhalten.
  • (Gleichung 3)
    Figure 00080002
  • Gleichung 3 ist eine Gleichung zum Erhalten der Ölbelüftung ψ von dem gemessenen Öldruck p, der gemessenen Öltemperatur T und der gemessenen Öldichte ρ - unter Verwendung der Dichte ρ0 (p,T) des reinen Öls und der Dichte ρa der Luft, welche gemäß den Gleichungen 1 und 2 erhalten werden.
  • In der obigen Gleichung 3 bezeichnet patm den atmosphärischen Druck.
  • Die Ölbelüftung ψ, d.h. die Luftanreicherung oder der Luftanteil im Öl, ist definiert als das volumetrische Verhältnis der Luft in dem belüfteten Öl. Folglich kann Gleichung 3 von den Definitionen der Ölbelüftung ψ und anderen Parametern, welche in Gleichung 3 enthalten sind, abgeleitet werden.
  • Die Ölbelüftung ψ bei einer bestimmten Temperatur T und einem bestimmten Druck p kann von den Gleichungen 1 bis 3 wie folgt erhalten werden.
  • Das heißt, von der gemessenen Öldichte ρ -, dem Druck p und der Temperatur T, welche von den Sensoren 41, 42 bzw. 43 an der Ölleitung 40 gemessen werden, kann die Ölbelüftung ψ von dem Testmotor unter Verwendung von konstanten Werten in den Gleichungen 1 bis 3 in den folgenden Schritten berechnet werden.
  • Zunächst wird durch die Schritte S210, S220 und S230 die Öldichte ρ -, der Öldruck p und die Öltemperatur T mittels des Dichtesensors 41, des Drucksensors 42 bzw. des Temperatursensors 43 gemessen.
  • Anschließend werden in dem Schritt S240 der derart erhaltene Öldruck p, die Temperatur T, die Öldichte ρ0 (patm,T0) bei 0°C und atmosphärischem Druck, der thermische Expansionskoeffizient β, die Kompressionsrate γ und die Gaskonstante R der Luft in die Gleichung 1 eingesetzt, um die Dichte ρ0 von reinem Öl zu berechnen.
  • Anschließend wird in dem Schritt S250 die Dichte ρa von reiner Luft mittels der Gleichung 2 unter Verwendung des Öldrucks p und der Temperatur T, welche durch die Schritte S210-S230 erhalten werden, und der Gaskonstante R der Luft berechnet.
  • Anschließend wird in dem Schritt S260 die Belüftung ψ von dem Öl mittels Gleichung 3 unter Verwendung der Öldichte ρ -, des Öldrucks p, der Dichte ρ0 von dem reinen Öl und der Luftdichte ρa berechnet, welche durch S210-S250 erhalten werden.
  • Folglich kann das minimale Öllevel von einem Motor basierend auf der derart erhaltenen Ölbelüftung ψ bestimmt werden. Das heißt, die Ölbelüftung ψ von dem Testmotor 30 wird in dem Testraum erhalten, während die Ölmenge, welche in dem Testmotor 30 enthalten ist, variiert wird.
  • Die minimale Ölmenge, bei welcher die Ölbelüftung ψ einem vorbestimmten Standard genügt, kann als das minimale Öllevel von dem Motor bestimmt werden.
  • Wie oben beschrieben, wird die Ölbelüftung von einem Testmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung leicht bei verschiedenen Ölleveln in Echtzeit erhalten, und folglich kann das minimale Öllevel effizient bestimmt werden.
  • Während die Erfindung in Verbindung mit dem, was gegenwärtig als praktische exemplarische Ausführungsformen betrachtet wird, beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern im Gegenteil dazu beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen, welche in dem Umfang der angehängten Ansprüche enthalten sind, abzudecken.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor, aufweisend: eine Ölleitung, welche eine Hydraulikpumpe, welche an dem Motor montiert ist, und einen Ölkorridor in dem Zylinderblock von dem Motor verbindet, einen Dichtesensor, welcher an der Ölleitung montiert ist und die Öldichte in der Ölleitung misst, einen Drucksensor, welcher an der Ölleitung montiert ist und den Öldruck in der Ölleitung misst, einen Temperatursensor, welcher an der Ölleitung montiert ist und die Öltemperatur in der Ölleitung misst, und eine Berechnungseinheit, welche die Ölbelüftung basierend auf der Öldichte, dem Öldruck und der Öltemperatur, welche mittels des Dichtesensors, des Drucksensors bzw. des Temperatursensors gemessen werden, berechnet.
  2. Verfahren zum Messen der Ölbelüftung von einem Motor unter Verwendung eines Dichtesensors, welcher an einer Ölleitung montiert ist, welche eine Hydraulikpumpe von dem Motor und einen Ölkorridor in dem Zylinderblock verbindet, und die Öldichte in der Ölleitung misst, eines Drucksensors, welcher an der Ölleitung montiert ist und den Öldruck in der Ölleitung misst, und eines Temperatursensors, welcher an der Ölleitung montiert ist und die Öltemperatur in der Ölleitung misst, wobei das Verfahren aufweist: Messen der Öldichte ρ - in der Ölleitung unter Verwendung des Dichtesensors, Messen des Öldrucks p in der Ölleitung unter Verwendung des Drucksensors, Messen der Öltemperatur T in der Ölleitung unter Verwendung des Temperatursensors, Berechnen der Dichte ρ0 des reinen Öls basierend auf dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T, Berechnen der Dichte ρa von Luft basierend auf dem gemessenen Öldruck p und der gemessenen Öltemperatur T, und Berechnen der Ölbelüftung Ψ basierend auf der gemessenen Öldichte ρ -, dem gemessenen Öldruck p, der berechneten Dichte ρ0 des reinen Öls und der berechneten Dichte ρa der Luft .
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Öldichte ρ0 mittels der Gleichung ρ0(p,T) = ρ0(ρ0,T0) + γΔp – βΔT basierend auf dem gemessenen Öldruck p, der gemessenen Öltemperatur T, der Öldichte ρ0(p0,T0) bei einer vorbestimmten Temperatur T0 und einem vorbestimmten Druck p0, dem thermischen Expansionskoeffizienten β von dem reinen Öl, der Kompressionsrate γ von dem reinen Öl und der Gaskonstante R der Luft berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Dichte ρa der Luft mittels der Gleichung
    Figure 00120001
    basierend auf dem gemessenen Öldruck p, der gemessenen Öltemperatur T und der Gaskonstante R von Luft berechnet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ölbelüftung Ψ mittels der Gleichung
    Figure 00120002
    basierend auf der gemessenen Öldichte ρ -, dem gemessenen Öldruck p, der berechneten Dichte ρ0 des reinen Öls und der berechneten Dichte ρa der Luft berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei: die Öldichte ρ0 mittels der Gleichung ρ0(p,T) = ρ0(p0,T0) + γΔp – βΔT basierend auf dem gemessenen Öldruck p, der gemessenen Öltemperatur T, der Öldichte ρ0 (p0,T0) bei einer vorbestimmten Temperatur T0 und einem vorbestimmten Druck p0, dem thermischen Expansionskoeffizienten β von dem reinen Öl, der Kompressionsrate γ des reinen Öls und der Gaskonstante R der Luft berechnet wird, die Dichte ρa der Luft mittels der Gleichung
    Figure 00130001
    basierend auf dem gemessenen Öldruck p, der gemessenen Öltemperatur T und der Gaskonstante R der Luft berechnet wird, die Ölbelüftung Ψ mittels der Gleichung
    Figure 00130002
    basierend auf der gemessenen Öldichte ρ -, dem gemessenen Öldruck p, der berechneten Dichte ρ0 des reinen Öls und der berechneten Dichte ρa der Luft berechnet wird.
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