DE102008044299A1

DE102008044299A1 - Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsfluids für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betrieb derselben

Info

Publication number: DE102008044299A1
Application number: DE102008044299A
Authority: DE
Inventors: Andreas Genssle; Markus Gloeckle; Markus Hernier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-10
Also published as: WO2010063522A3; WO2010063522A2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsfluids insbesondere für Kraftfahrzeug- und Kraftwerksanwendungen, mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für das Betriebsfluid sowie einem in Strömungsrichtung des Betriebsfluides zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung positionierten Messelement zur Detektion eines Bestandteils des Betriebsfluids beschrieben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Messelement (23, 33) zur optischen und/oder konduktometrischen Erfassung des Bestandteils ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsfluids für Kraftfahrzeuge sowie auf ein Verfahren zum Betrieb derselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Da fossile Energieträger für eine Nutzung nur in begrenztem Umfang zur Verfügung stehen, enthalten heute handelsübliche Kraftstoffe Beimischungen von Kraftstoffkomponenten biologischen Ursprungs. Deren Bedeutung wächst auch im Hinblick auf die in der Diskussion immer wichtiger werdende Einsparung von Kohlendioxidemissionen. Hier kommen sogenannte biogene Kraftstoffe vermehrt zur Anwendung, insbesondere wenn deren Einsatz bzw. Verbrennung als aufkommensneutral in Bezug auf Kohlendioxid zu bewerten ist.
So werden beispielsweise dem Dieselkraftstoff als biogene Beimischung Ester langkettiger, oftmals ungesättigter Fettsäuren zugesetzt. Weiterhin sind auch rein biogene Kraftstoffe wie beispielsweise der sogenannte Biodiesel bekannt. Bekannte Vertreter dieser biogenen Kraftstoffe stellen beispielsweise Rapsölmethylester (RME) oder Sojabohnenmethylester (SME) dar. Im Bereich der benzinbasierten Kraftstoffe sind gegenwärtig Beimischungen biogenen Ursprungs in Form von Ethanol oder anderen Alkoholen vorgesehen.
Biogene Kraftstoffe unterliegen jedoch verglichen mit rein mineralischen Kraftstoffen einer verstärkten Alterung durch oxidativen Abbau und – im Falle von Estern als biogenen Zusätzen – zusätzlich einer hydrolytischen Spaltung. Als Endprodukte entstehen dabei überwiegend freie Carbonsäuren, die gegenüber metallischen Werkstoffen korrosionsfördernd wirken und die Bildung von Ablagerungen begünstigen.
Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Verwendung biogener, langkettiger Ester, da diese sich in Schmierölen und insbesondere im Motoröl von Kraftfahrzeugen anreichern. Eine Ursache für diesen Vorgang ist der relativ hohe, einheitliche Siedepunkt langkettiger Ester und der Ölkomponenten des Motoröls, so dass nur eine geringe Austragrate der langkettigen Ester aus dem Motoröl selbst bei hohen Temperaturen zu beobachten ist.
Zwar werden auch mineralische Kraftstoffbestandteile in das Motoröl eingetragen; diese zeigen jedoch aufgrund ihrer niedrigeren Siedepunkte eine vergleichsweise geringe Verweilzeit im Motoröl. Es verbleiben die biogenen Bestandteile.
Zur Entfernung unerwünschter saurer bzw. basischer Bestandteile eines Motoröls ist es beispielsweise aus der DE 101 07 034 bekannt, Substanzen, wie beispielsweise Zeolithe, die über saure oder basische funktionelle Gruppen verfügen, in Motoröl führenden Systemen einzusetzen, um unerwünschte Stoffe zu binden bzw. zu zersetzen. Diese werden in das Material eines entsprechenden Ölfilters integriert.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Bestandteile eines Betriebsfluids für Kraftfahrzeuge mit ausreichender Genauigkeit überwacht werden können.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung bzw. mittels eines Verfahrens mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche in vorteilhafter Weise gelöst.
Dazu umfasst die entsprechende Vorrichtung ein Messelement zur Detektion des entsprechenden Bestandteils des Betriebsfluids. Dieses Messelement ermittelt auf optischem und/oder konduktometrischem Wege die Existenz bzw. die Konzentration des entsprechenden Bestandteils im Betriebsfluid. Dies ist insofern von Bedeutung, als Messelemente, die auf optischem bzw. konduktometrischem Wege den entsprechenden Bestandteil erfassen, für den Dauerbetrieb robust ausgelegt werden können und dennoch beispielsweise die Konzentration des entsprechenden Bestandteils ausreichend genau erfassen können.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
So ist von Vorteil, wenn das Messelement zur optischen Erfassung des Bestandteils einen mit einem pH-Indikator versehenen Träger umfasst. Diese Ausführungsform ermöglicht in konstruktiv einfacher Weise die Erfassung insbesondere saurer oder basischer Bestandteile eines Betriebsfluids. Aufgrund der Tatsache, dass der pH-Indikator in geträgerter Form vorliegt, kann der geträgerte pH-Indikator direkt mit dem Betriebsfluid in Kontakt gebracht werden bzw. umströmt werden und eine Farbänderung des pH-Indikators kann bei Existenz des entsprechenden zu detektierenden Bestandteils im Betriebsfluid detektiert werden. Aufgrund der Bindung des pH-Indikators an den Träger wird ein unerwünschter Austrag desselben aus der Messzelle der Vorrichtung verhindert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Messzelle der Vorrichtung zur Überwachung des Betriebsfluids entweder in unmittelbarer Nachbarschaft eines Adsorbermaterials beispielsweise für den zu detektierenden Bestandteil positioniert oder das Adsorbermaterial ist in die Vorrichtung zur Überwachung des Betriebsfluids bzw. in die entsprechende Messzelle integriert. Auf diese Weise erfolgen Adsorption und Detektion des entsprechenden Bestandteils des Betriebsfluids in unmittelbarer räumlicher Nähe und es kann somit ein Ausfall des entsprechenden Adsorbermaterials bzw. ein entsprechender Regenerationsbedarf desselben unmittelbar detektiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Messelement zur konduktometrischen Erfassung des Bestandteils vorzusehen und zu diesem Zweck eine mittels einer semipermeablen Membran abgetrennte Messzelle, innerhalb der sich mindestens eine Messelektrode befindet, vorzusehen. Dabei ist von Vorteil, wenn die genannte semipermeable Membran insbesondere hydrophob ausgeführt ist, sodass wässrige Bestandteile des Betriebsfluids die Membran nicht passieren können, jedoch längerkettige unerwünschte Bestandteile des Betriebsfluids wie beispielsweise längerkettige Carbonsäuren oder Ketone, die Membran durchdringen können.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die bereits erwähnte Messzelle eine insbesondere nichtionische Base auf. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass in die Messzelle diffundierende, insbesondere saure Bestandteile des Betriebsfluids mit der nichtionischen Base innerhalb der Messzelle reagieren und sich dabei ionisch reagierende Salze bilden. Diese wiederum führen zu einer deutlich geänderten Leitfähigkeit des in der Messzelle vorgesehenen Elektrolytmediums und können somit konduktometrisch detektiert werden.
Das ebenfalls von der Erfindung umfasste Verfahren beruht darauf, die Konzentration eines vorbestimmten Bestandteils eines Betriebsfluids zu detektieren, indem ein mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugtes Messsignal zugrunde gelegt wird und/oder ein Kennfeld, das zumindest den Kraftstoffverbrauch, eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine mit dem Betriebsfluid versorgte Antriebseinheit, eine zurückgelegte Strecke eines die Antriebseinheit umfassenden Fahrzeugs, die Stillstandszeit einer mit dem Betriebsfluid versorgten Antriebseinheit, die Betriebsdauer dieser Antriebseinheit und/oder den durchschnittlichen Anteil biogener Komponenten eines Kraftstoffs der Antriebseinheit umfasst. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass einfach zu ermittelnde Parameter einer mit dem Betriebsfluid versorgten Antriebseinheit der Berechnung der Konzentration einer insbesondere unerwünschten Komponente des Betriebsfluids zugrunde gelegt werden können.
Die beschriebene Vorrichtung bzw. das beschriebene Verfahren eignet sich in vorteilhafter Weise zur Überwachung von motoröl-, hydrauliköl- oder kraftstoffführenden Systemen, insbesondere in Kraftfahrzeugen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
1 die schematische Darstellung eines kraftstoffführenden Systems eines Kraftfahrzeugs, enthaltend eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 die schematische Darstellung eines motorölführenden Systems eines Kraftfahrzeugs, enthaltend eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 die Darstellung eines Ausschnitts des in 1 dargestellten kraftstoffführenden Systems, in der ein möglicher Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt ist und
4 eine weitere Darstellung eines Ausschnitts des in 1 dargestellten kraftstoffführenden Systems, umfassend eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Anordnung und Funktionsweise einer der Erfindung zugrunde liegenden Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsfluids für Kraftfahrzeuge wird nachfolgend exemplarisch an einem kraftstoffführenden System eines Kraftfahrzeugs erläutert.
So zeigt 1 ein betriebsmittel- bzw. kraftstoffführendes System 10, das beispielsweise einen Kraftstofftank bzw. eine Bevorratungswanne 11 umfasst. In dieser ist beispielsweise ein Kraftstoff bevorratet, der über eine Zufuhrleitung 21 einem Einspritzsystem 17 eines Verbrennungsmotors zugeführt wird. Dazu wird der Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe 13 sowie optional mittels einer Hochdruckförderpumpe 14 zunächst zu einem Kraftstofffilter 12 gepumpt, wobei dieser insbesondere der Entfernung von Feststoffpartikeln dient, die beispielsweise durch Staubeintrag in das kraftstoffführende System 10 gelangen. Weiterhin umfasst das kraftstoffführende System 10 eine Rückführleitung 22, mit der überschüssiger Kraftstoff vom Einspritzsystem 17 des Verbrennungsmotors zur Bevorratungswanne 11 zurückgeführt werden kann.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors gelangen Anteile des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs u. a. auch in die den Verbrennungsmotor zu Schmierzwecken zugeführten Motoröle und somit in ein entsprechendes motorölführendes System.
Ein derartiges motorölführendes System ist bspw. In 2 dargestellt. Das in 2 abgebildete motorölführende System 10a umfasst beispielsweise eine Ölwanne 11a, in der ein Motoröl bevorratet ist. Dieses wird über eine zweite Zufuhrleitung 21a einem Verbrennungsmotor 18 zugeführt. Dazu wird das Motoröl mittels einer Ölförderpumpe 13a zu einem Ölfilter 12a gepumpt, wobei dieser insbesondere der Entfernung von Feststoffpartikeln dient, die beispielsweise als mechanischer Abrieb in das motorölführende System 10a gelangen. Weiterhin umfasst das motorölführende System 10a eine zweite Rückführleitung 22a, mit der das Motoröl vom Verbrennungsmotor 18 zur Ölwanne 11 zurückgeführt werden kann.
Handelt es sich bei den in das Motoröl gelangenden Anteile des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffs um Substanzen, die beispielsweise einen niedrigen Siedepunkt aufweisen, so entweichen diese bei höheren Betriebstemperaturen selbstständig aus dem Motoröl.
Handelt es sich jedoch bei den in das Motoröl diffundierenden bzw. gelangenden Kraftstoffbeimengungen um hochsiedende Komponenten insbesondere biogenen Ursprungs, so verbleiben diese während des Betriebs im Motoröl. Dies stellt insofern ein Problem dar, als insbesondere Kraftstoffkomponenten biogenen Ursprungs in Kontakt mit Luftsauerstoff und unter Einwirkung höherer Betriebstemperaturen sich unter Bildung von Carbonsäuren und Ketonen zersetzen.
Die entstehenden Carbonsäuren führen nach Aufzehrung der basischen Alterungsreserve des Kraftstoffs bzw. Motoröls nachfolgend zu Korrosionserscheinungen an metallischen Teilen des kraftstoff- bzw. motorölführenden Systems 10, 10a oder begünstigen Ablagerungen. Ferner ändert sich durch den Kraftstoffeintrag auch das Schmierverhalten des Motoröls und auf diesem Wege auch der volummetrische Füllstand des Motoröls innerhalb des motorölführenden Systems.
Aus diesem Grund weist das kraftstoff- bzw. motorölführende System 10, 10a weiterhin eine Vorrichtung 24, 24a zur Entfernung unerwünschter Komponenten des Betriebsfluids bzw. Motoröls auf. Diese auch in 3 und 4 dargestellte Vorrichtung 24, 24a umfasst eine Eintrittsöffnung 25a für einen zu reinigenden Kraftstoff bzw. ein zu reinigendes Motoröl auf sowie eine Austrittsöffnung 25b für gereinigten Kraftstoff bzw. gereinigtes Motoröl. Die Vorrichtung 24, 24a zur Entfernung unerwünschter Komponenten des Betriebsfluids ist beispielsweise als Bestandteil der Zufuhrleitung 21, 21a ausgebildet und dabei insbesondere im Bereich zwischen dem Kraftstoff- bzw. Ölfilter 12, 12a und der Vorförder- bzw. Ölförderpumpe 13, 13a positioniert.
Alternativ kann die Vorrichtung 24, 24a jedoch auch als Bestandteil des Krafstoff- bzw. Ölfilters 12, 12a oder der Bevorratungs- bzw. Ölwanne 11, 11a ausgeführt sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Vorrichtung 24, 24a an der Zufuhrleitung 21, 21a in Strömungsrichtung des Betriebsfluids der Ölförder- bzw. Vorförderpumpe 13, 13a bzw. der Hochdruckförderpumpe 14 nachgeordnet zu positionieren.
Die Vorrichtung 24, 24a zur Entfernung unerwünschter Komponenten des Betriebsfluids umfasst weiterhin in ihrem Inneren ein Agens, mittels dem unerwünschte Komponenten eines Betriebsfluids auf chemischem Wege umgesetzt bzw. adsorbiert werden können. Dabei kann es sich sowohl um saure bzw. basische Adsorptionsmedien handeln oder auch um Substanzen, die insbesondere im Fall eines Motoröls als Betriebsfluid eine sogenannte Crackreaktion der unerwünschten Komponenten und/oder eine chemische Oxidation derselben bewirken.
Unter einer Crackreaktion wird dabei die Spaltung von Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen organischer Moleküle verstanden, wobei es jedoch nicht zu einer Oxidation der organischen Moleküle kommt. Für diesen Zweck ist das Agens beispielsweise als Crackkatalysator ausgeführt, wobei insbesondere Zeolithe zum Einsatz kommen. Speziell eignen sich hier Zeolithe der Gattung H-Erionit, H-ZSM-5 und Y-Zeolithe. Diese sind in Bezug auf ihre Porengröße so eingestellt, dass insbesondere biogene Verunreinigungen des Motoröls, die üblicherweise eine Kettenlänge der zugrunde liegenden Kohlenwasserstoffkette von < 20, insbesondere < 18 Einheiten aufweisen, in das Innere des zeolithischen Materials gelangen können und dort umgesetzt werden. Demgegenüber werden die Hauptbestandteile des Motoröls, die ebenfalls organischer Natur sind und eine Kettenlänge von üblicherweise > 22, insbesondere > 26 Einheiten aufweisen, nicht angegriffen.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, als Agens zur Entfernung unerwünschter Bestandteile eines Motoröls ein Oxidationsmittel einzusetzen, das möglichst selektiv die organischen Verunreinigungen biogenen Ursprungs des Motoröls oxidativ umsetzt, jedoch möglichst nicht zu einer Zersetzung der erwünschten Hauptbestandteile des Motoröls führt. Hier ist insbesondere Kaliumpermanganat geeignet, das insbesondere zur Spaltung von C-C-Doppelbindungen geeignet ist, und das auf einem festen Träger geträgert innerhalb der Vorrichtung 24 vorgesehen ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Kaliumpermanganat in den Poren einer Gerüststruktur, wie sie beispielsweise bei Zeolithen, Silikagel oder Clays vorhanden ist, aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform wird eine besonders hohe Selektivität bezüglich der oxidativen Spaltung lediglich unerwünschter Bestandteile des Betriebsfluids, insbesondere Motoröls erreicht.
Mit entsprechend angepasster Porengröße kann weitgehend verhindert werden, dass die verhältnismäßig langkettigen Hauptbestandteile des Motoröls in Kontakt mit dem Oxidationsmittel Kaliumpermanganat kommen; oxidiert werden insbesondere kleinere Moleküle biogenen Ursprungs, die in die Poren eindringen und dort abgebaut werden.
Die Herstellung von auf Zeolithen geträgertem Kaliumpermanganat ist beispielsweise dem Artikel S. L. Regen, C. Kotel, J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 3837–3838 zu entnehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das in der Vorrichtung 24 vorgesehene Agens als basisches bzw. saures Adsorptionsmittel ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Adsorbens ein basisches Adsorbermaterial. An dem basischen Adsorbermaterial werden die sauren Komponenten bzw. das Wasser adsorbiert. Alternativ erfolgt die Abtrennung der aciden Komponenten bzw. des Wassers durch Molekularfiltration mit Hilfe eines Molekularsiebes.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Adsorbens ein strukturvoluminöses, basisches Adsorbermaterial bzw. mindestens eine sterisch gehinderte Base. Diese kann aufgrund ihrer räumlich ausladenden Molekülstruktur nicht mit im Kraftstoff bzw. Motoröl enthaltenen Estern reagieren. Jedoch sind derartige Verbindungen in der Lage, saure Zersetzungsprodukte der biogenen Kraftstoffe und/oder Wasser zu deprotonieren. Als Träger des strukturvoluminösen, basischen Adsorbermaterials können z. B. vernetztes Polystyrol oder dessen Derivate, wie beispielsweise Divinylbenzol eingesetzt werden. Solche Träger sind in organischen Medien unlöslich.
Besonders geeignete basische Verbindungen als Adsorbens sind polymere Verbindungen. Am besten geeignet sind basische Harze, die neutral oder ionisch aufgebaut sein können.
Wenn schwachsaure, anorganische Materialien als Molekularsieb eingesetzt werden, so können diese zum Beispiel mit starken Basen basifiziert werden. Auf diese Weise modifiziert, wirken diese als starkbasische Adsorber und sind im Sinne der Erfindung vorteilhaft.
Weiterhin können als Adsorber auch Oberflächen-basifizierte Metalloxide, zum Beispiel basisches Aluminiumoxid, verwendet werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders geeignet als Adsorbens und/oder Molekularsieb sind alle organischen oder anorganischen Materialien, die basische Oberflächen oder Zentren haben und dadurch acide Komponenten fest binden.
Wenn zur Abtrennung der biogenen Zersetzungsprodukte, das heißt der aciden Komponenten, und/oder des Wassers ein Molekularsieb eingesetzt wird, so werden hierzu im Allgemeinen anorganische Ionentauschermaterialien eingesetzt. Derartige anorganische Ionentauschermaterialien sind zum Beispiel Zeolithe, Silikate oder Tonmineralien. Häufig sind die Molekularsiebe Kationentauscher. Dies ist jedoch erfindungsgemäß nicht erforderlich. Insbesondere ist es bei der Verwendung eines Kationentauschers als Molekularsieb vorteilhaft, wenn sämtliche sauren Zentren des Kationentauschers gegen nicht-acide Kationen ausgetauscht sind. Wenn dies nicht der Fall ist, könnte durch die restliche Acidität des Adsorbermaterials der Abbau biogener Kraftstoffbestandteile durch Säurekatalyse begünstigt werden. Dies ist zumindest in einem einen entsprechenden Kraftstoff führenden System unerwünscht.
Weiterhin umfasst das ein Betriebsfluid bzw. einen Kraftstoff bzw. ein Motoröl führende System 10, 10a eine Vorrichtung 23, 23a zur Überwachung des Betriebsfluids. Eine erste Ausführungsform dieser Vorrichtung ist in 3 dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in 1 und 2.
Diese erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 23, 23a zur Überwachung des Betriebsfluids umfasst beispielsweise ein Adsorptionsmaterial für basische bzw. saure Komponenten des Betriebsfluids, wobei auf diesem Adsorptionsmaterial zusätzlich vorzugsweise ein pH-Indikator wie beispielsweise Phenolphthalein geträgert ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 23, 23a vorzugsweise eine Quelle für elektromagnetische Strahlung sowie einen Detektor zur Detektion der von der Strahlungsquelle ausgesandten elektromagnetischen Strahlung. Auf diese Weise wird eine Adsorptions- bzw. Reflexionsmessung der elektromagnetischen Strahlung ermöglicht, wobei die Intensität der detektierten elektromagnetischen Strahlung von einem möglichen Farbumschlag des pH-Indikators abhängt.
Werden somit in Strömungsrichtung der Vorrichtung 24, 24a nachgeordnet saure oder basische Komponenten im Betriebsfluid mitgeführt, so werden diese am Adsorptionsmaterial der Vorrichtung 23, 23a adsorbiert und führen gegebenenfalls zu einem Farbumschlag des dort geträgerten pH-Indikators. Dieser Farbumschlag kann detektiert und somit auf eine Fehlfunktion bzw. auf einen Regenerationsbedarf der Vorrichtung 24, 24a geschlossen werden. Die mittels der Vorrichtung 23, 23a zur Überwachung des Betriebsfluids generierten Messsignale werden über eine Datenleitung 19 einem Steuergerät 16 zugeführt, das ein entsprechendes Fehlersignal generieren und einer beispielsweise im Kraftfahrzeug vorgesehenen OBD-Diagnoseeinheit zuführen kann.
Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsfluids ist in 4 dargestellt. Weiterhin bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den 1 bis 3.
Die Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsfluids gemäß zweiter Ausführungsform ist in Form eines konduktometrischen Messelementes 33 ausgeführt. Dazu weist die Vorrichtung zur Überwachung des Betriebsfluids eine mit einer Elektrolytlösung gefüllte Messzelle 31 auf, in die eine Messelektrode 34 und eine Bezugselektrode 35 hineinragen. Das Messelement 33 ist beispielsweise an der Zuführleitung für das Betriebsfluid 21 so positioniert, dass die Messzelle 31 in den Strom des Betriebsmittels hineinragt. Dabei ist die Messzelle 31 von dem sie umströmenden Betriebsmittel beispielsweise durch eine semipermeable Membran 32 abgetrennt. In der Ausführung sind verschiedene Varianten der Messzelle 31 denkbar. So kann diese zunächst in ihrem Innenraum mit Wasser gefüllt sein. In diesem Fall ist die semipermeable bzw. stoffselektive Membran 32 beispielsweise hydrophob ausgeführt, sodass nur insbesondere längerkettige Carbonsäuren, die im Betriebsmittel enthalten sind, durch diese diffundieren und nach dem Passieren der semipermeablen Membran 32 die Leitfähigkeit des im Inneren der Messzelle 31 bevorrateten Elektrolyten verändern. Diese Änderung der Leitfähigkeit wird als Messsignal der Elektroden 34, 35 detektiert.
Gemäß einer zweiten Variante ist der Innenraum der Messzelle 31 vorzugsweise mit einer nichtionischen, neutralen Base befüllt, die mit eindiffundierenden Säuren bzw. sauren Bestandteilen ein im Elektrolyten lösliches Salz bildet. Auch hier kommt es zu einer Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit des Elektrolyten. So kann beispielsweise der Elektrolyt der Messzelle 31 als Lösung einer nichtionischen Base ausgeführt sein, wobei als nichtionische Base beispielsweise Amine, Harnstoff, Guanidine oder Imine in einem weitgehend inerten Lösungsmittel wie z. B. Glykol, einem aliphatischen, gesättigten Ester, DMSO, DMF oder Propylencarbonat vorgelegt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Elektrolyten selber als nichtionische Base auszuführen. So sind beispielsweise als Elektrolyt basische Lösungsmittel wie beispielsweise DMF, flüssige Amine oder Imine wie z. B. Pyridin-Derivate, Aminoalkohole oder Nitrile geeignet.
Den genannten Varianten liegt gemeinsam zugrunde, dass durch Diffusion von sauren Bestandteilen durch die semipermeable Membran 32 eine Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit innerhalb der Messzelle 31 eintritt. Diese wird mittels der Elektroden 34, 35 detektiert und über die Sensorleitung 19 im Steuergerät 16 registriert. Dort kann der gemessene Leitfähigkeitswert mit einem Kennfeld verglichen und bei Bedarf ein Fehlersignal generiert werden.
Darüber hinaus bietet die Existenz eines Kennfelds innerhalb des Steuergeräts 16 die Möglichkeit, weitere Größen, die im Zusammenhang mit dem Betrieb einer mit dem Betriebsfluid versorgten Antriebseinheit stehen, zu berücksichtigen. So kann ein derartiges Kennfeld beispielsweise Informationen über die Antriebseinheit, die mit dem Betriebsfluid versorgt wird, aufweisen wie deren Kraftstoffverbrauch, die an ihr anliegende Kraftstoffeinspritzmenge, eine mittels eines die Antriebseinheit aufweisenden Fahrzeugs zurückgelegte Strecke, Stillstandszeiten und die Betriebsdauer der entsprechenden Antriebseinheit und/oder den durchschnittlichen Anteil biogener Komponenten an demjenigen Kraftstoff, mit dem die Antriebseinheit versorgt wird. So bietet sich die Möglichkeit, mittels des Steuergeräts 16 sowohl allein auf Basis des mittels der Vorrichtung zur Überwachung des Betriebsfluids gewonnenen Messdaten eine Überwachung des Betriebsfluids darzustellen oder aber rein kennfeldbasiert eine Prognose über den Zustand des Betriebsmittels abzugeben sowie die Prognose auf Basis des Kennfeldes mit Messwerten, die über die Vorrichtung zur Überwachung des Betriebsmittels gewonnen werden, zu erstellen.
Die beschriebene Vorrichtung bzw. das beschriebene Verfahren zur Überwachung eines betriebsmittelführenden Systems kann in vorteilhafter Weise zur Überwachung von motoröl-, hydrauliköl- oder kraftstoffführenden Systemen insbesondere für Kraftfahrzeuge oder stationäre Anwendungen herangezogen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10107034 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- S. L. Regen, C. Kotel, J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 3837–3838 [0036]

Claims

Vorrichtung zur Überwachung eines Betriebsfluides, insbesondere für Kraftfahrzeug- und Kraftwerksanwendungen, mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für das Betriebsfluid sowie einem in Strömungsrichtung des Betriebsfluides zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffung positionierten Messelement zur Detektion eines Bestandteils des Betriebsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (23, 33) zur optischen und/oder konduktometrischen Erfassung des Bestandteils ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (23) zur optischen Erfassung des Bestandteils einen mit einem Säure-Basen-Indikator versehenen Träger umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Adsorbermaterial zur Adsorption des Bestandteils vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Säure-Basen-Indikator auf dem Adsorbermaterial geträgert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Säure-Basen-Indikator in Strömungsrichtung des Betriebsfluids dem Adsorbermaterial unmittelbar nachgeordnet positioniert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (33) zur konduktometrischen Erfassung des Bestandteils eine über eine semipermeable Membran (32) mit dem Betriebsfluid in Kontakt stehende Messzelle (31) umfasst, in der mindestens eine Messelektrode (34, 35) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (32) im Wesentlichen hydrophob ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (31) eine nichtionische Base enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtionische Base ein Amin, Harnstoff, Guanidin, ein Imin, Dimethylformamid, ein Aminoalkohol oder ein Nitril ist.
Verfahren zur Überwachung eines Betriebsfluides insbesondere für Kraftfahrzeug- und Kraftwerksanwendungen, wobei mindestens ein Bestandteil des Betriebsfluids detektiert wird und bei Überschreitung oder bei Unterschreitung einer vorbestimmten Konzentration des Bestandteils ein Fehlersignal generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion des Bestandteils mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ermittelt wird und/oder mittels eines Kennfeldes, das zumindest einen Kraftstoffverbrauch einer mit dem Betriebsfluid versorgten Anstriebseinheit, die Kraftstoffeinspritzmenge einer mit dem Betriebsfluid versorgten Antriebseinheit, eine zurückgelegte Strecke eines eine mit dem Betriebsfluid versorgte Antriebseinheit enthaltenden Fahrzeugs, die Stillstandszeit einer mit dem Betriebsfluid versorgten Antriebseinheit, die Betriebsdauer einer mit dem Betriebsfluid versorgten Antriebseinheit und/oder den durchschnittlichen Anteil biogener Komponenten eines Kraftstoffs einer mit dem Betriebsfluid versorgten Antriebseinheit umfasst, berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Motorsteuergerät (16) abläuft.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 und 11 zur Überwachung eines schmieröl-, hydrauliköl- oder kraftstoffführenden Systems.