DE102013015356B4

DE102013015356B4 - Verfahren und Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts

Info

Publication number: DE102013015356B4
Application number: DE102013015356.5A
Authority: DE
Inventors: Johannes Plückers
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2013-09-14
Filing date: 2013-09-14
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2033-09-15
Also published as: DE102013015356A1

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor (1), indem eine Einrichtung (3) zur Verdampfung eines Öls in den Abgasstrang (2) des Verbrennungsmotors (1) eingebaut wird, wobei in die Einrichtung (3) eine definierte Ölmenge (7) sowie ein radioaktiver Tracer, ein aktives Öl bildend, eingebracht werden, in Abgasströmungsrichtung gesehen hinter der Einrichtung (3) ein Partikelfilter (4) im Abgasstrang (2) vorgesehen wird, wobei durch die heißen Abgase des Verbrennungsmotors (1) der vorgegebene Anteil des aktiven Öls (7) verdampft, respektive verbrannt wird und die im nachgeschalteten Partikelfilter (4) gefilterten Partikel mittels eines Sensors (5) gemessen und das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit (6) zur Verfügung gestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor.
Der US 7,428,838 B2 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts zu entnehmen. Verfahrensgemäß soll die Konfiguration durch Analyse des Abgases herbeigeführt werden, indem dem Verbrennungsmotor ein Öl zugegeben wird und im Abgasstrang Schwefel nachgewiesen wird. Durch Vergleichsmessungen, mit und ohne Öl im Abgasstrang, werden über eine Auswerteeinheit Kalibrierungskoeffizienten gebildet.
Ein ähnlich funktionierendes Verfahren wird in der JP S54-42541 A beschrieben.
Der Ölverbrauch eines Verbrennungsmotors ist ein wichtiges Merkmal für die Funktionsqualität der Kolben und Kolbenringbestückung. Dieser Ölverbrauch hängt hierbei sehr stark vom Betriebspunkt des jeweiligen Motors ab. Daher ist es von großer Bedeutung, ein geeignetes Messverfahren einsetzen zu können, um innerhalb kürzester Zeit ein Ölverbrauchskennfeld für den jeweiligen Motor erstellen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts bereitzustellen, durch welche mit einfachen Mitteln der tatsächliche Ölverbrauch eines Test-Verbrennungsmotors analysiert werden kann, so dass für den Serieneinsatz dieses Motortyps eine eindeutige Vorhersage des jeweiligen Ölverbrauchs getroffen werden kann.
Diese Aufgabe wird einerseits gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem eine Einrichtung zur Verdampfung eines Öls in den Abgasstrang des Verbrennungsmotors eingebaut wird, wobei in die Einrichtung eine definierte Ölmenge sowie ein radioaktiver Tracer eingebracht werden, in Abgasströmungsrichtung gesehen hinter der Einrichtung ein Partikelfilter im Abgasstrang vorgesehen wird, wobei durch die heißen Abgase des Verbrennungsmotors der vorgegebene Anteil des aktiven Öls verdampft, respektive verbrannt wird und die im nachgeschalteten Partikelfilter gefilterten Partikel mittels eines Sensors gemessen und das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch eine Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, beinhaltend eine Einrichtung zur Verdampfung eines Öls, ein Partikelfilter sowie eine Protokoll- und Auswerteeinheit, wobei die Einrichtung und der Partikelfilter im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnet sind, in der Einrichtung neben einer definierten Ölmenge auch ein radioaktiver Tracer vorgesehen ist und die im Partikelfilter durch einen Sensor gemessenen, sich aus dem verdampften/verbrannten Öl ergebenden Aktivitätsänderungen der Protokoll- und Auswerteeinheit zuführbar sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Als Tracer bezeichnet der Fachmann Substanzen (radioaktive Substanzen), die selbst in geringen Konzentrationen nach detektiert werden können.
Prüfstandsseitig wird somit im Abgassystem eines Verbrennungsmotors ein Ölverdampfer installiert, in welchem ein eingemessener Anteil aktivierten Motoröls durch die Abgasenergie des Verbrennungsmotors verdampft und verbrannt wird.
Zum Einsatz gelangt hier ein, für den jeweiligen Verbrennungsmotor geeignetes motorspezifisches Öl.
Der Tracer wird vorzugsweise durch ein radioaktives Isotop, insbesondere ein Isotop mit geringer Halbwertzeit, gebildet.
Vorteilhafterweise kommt hierbei das Isotop Germanium 69 zum Einsatz, das eine Halbwertzeit von etwas mehr als eineinhalb Tagen hat.
Die im Partikelfilter gemessene Aktivitätsänderung, die sich aus dem verdampften bzw. verbranntem Öl ergibt, ist direkt die Kalibriergröße zwischen dem Zuwachs der Zerfallserscheinungen des Isotops zur verbrannten Ölmasse. Die Kalibrierung des Systems erfolgt hierbei so lange, bis sich keine Aktivitätsänderungen mehr im Partikelfilter ergeben.
Bei diesem neuartigen Kalibrierverfahren gibt es weder Verluste über den Brennraum des Motors, noch Einflüsse von unterschiedlichen Brennverfahren, sei es direkt oder indirekt einspritzende Ottomotoren oder Dieselmotoren.
Von weiterem Vorteil ist, dass zur Kontrolle der vollständigen Verdampfung/Verbrennung des eingebrachten aktivierten Öls der Verdampfer vor und nach der Kalibrierung gewogen wird. Hierbei dürfen keine nennenswerten Gewichtsunterschiede gegeben sein.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

1 Funktionsschema eines Ölverdampfers zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts;
2 Schaubild des Zerfalls des Tracers.

1 zeigt das Aufbauprinzip einer Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchmessgeräts.
Dargestellt ist ein Verbrennungsmotor 1, wie er beispielsweise auf einem Motorprüfstand eingesetzt wird, ein Abgasstrang 2, eine Einrichtung zur Ölverdampfung 3, ein Partikelfilter 4, ein Sensor 5 sowie eine Protokoll- und Auswerteeinheit 6. Die Skizze ist hierbei als eine Art Prüfstand zu verstehen, wobei die als Protokoll- und Auswerteeinheit 6 bezeichnete Einrichtung, respektive deren berechneten Werte/Parameter, zur Kalibrierung des Ölverbrauchsmessgeräts verwendet werden. Die prüfstandsseitig ermittelten Messwerte des jeweiligen Verbrennungsmotors 1 sind Zustandsgrößen, wie sie im Serienbetrieb dieses Verbrennungsmotors 1 berücksichtigt werden können.
Erfindungsgemäß ist die Einrichtung 3 im Abgasstrang 2 des Verbrennungsmotors 1 ebenso eingebaut wie der nachgeschaltete Partikelfilter 4. Die Einrichtung 3, auch als Ölverdampfer benannt, beinhaltet im Versuchsaufbau eine definierte Motorölmenge. Dem Motoröl 7 ist ein radioaktiver Tracer mit geringer Halbwertzeit, beispielsweise das Germanium 69 Isotop, zugesetzt worden.
Die Einrichtung 3 verfügt über Auslassöffnungen 8. Die heißen Abgasströme des Verbrennungsmotors 1 bewirken eine Verdampfung/Verbrennung des in der Einrichtung 3 vorhandenen Motoröls 7. Die im Partikelfilter 4 mittels des Sensors 5 gemessene Aktivitätsänderung, die sich aus dem verdampften bzw. verbrannten Motoröl 7 ergibt, ist direkt die Kalibriergröße zwischen dem Zuwachs der Zerfallserscheinungen zur verbrannten Ölmasse. Die Kalibrierung des Ölverbrauchsmessgeräts wird so lange durchgeführt, bis keine Aktivitätsänderung mehr im Partikelfilter 4 gegeben ist. Die Einrichtung 3 kann beispielsweise durch einen Behälter gebildet werden, der für Versuchszwecke in einem leergeräumten Abgaskatalysatorgehäuse installiert ist. Die Einrichtung 3 verfügt über einen von außen zugänglichen verschließbaren Füllstutzen 9 und kann eine überkragende Überdachung 10 aufweisen. Bedarfsweise kann im unteren Bereich der Einrichtung 3 eine nur angedeutete Temperaturmessstelle vorgesehen werden, um den Verdampfungsablauf des Motoröls 7 ermitteln zu können.
2 zeigt ein Schaubild, welchem der radioaktive Zerfall des zum Einsatz gelangenden Tracers, in diesem Beispiel das Germanium 69 Isotop, entnommen werden kann. Das Schaubild zeigt über der Zeit (t) den Zerfall des radioaktiven Isotops in counts per seconds (cps). Die untere Gerade zeigt, dass im Partikelfilter 4 noch keine durch Ölverbrennung in der Einrichtung 3 messbare Radioaktivität gegeben ist. Durch Last- oder Drehzahlerhöhung des Verbrennungsmotors 1 verdampft/verbrennt das Öl 7, so dass nach und nach, über die Zeit (t) gesehen sich eine Aktivitätssteigerung des nachweisbaren Isotops im Partikelfilter 4 einstellt. Bei konstanter Last/Drehzahl verbleibt schließlich eine gleichbleibende messbare Aktivität. Der Protokoll- und Auswerteeinheit 6 ist die Halbwertzeit des verwendeten Isotops bekannt. Anhand der durch den Sensor 5 gelieferten Messwerte wird eine ständige Gegenrechnung zwischen der Halbwertzeit und der übermittelten Zerfallsdaten durchgeführt, die sich in ermittelbaren Werten Y widerspiegelt. Nun kann der Ölverbrauch, etwa wie nachstehend angegeben, ermittelt werden: $x = Anzahl cps / h (Messsignal / Auswertesignal)$
$y = Anzahl cps / g \ddot{O} l (Kalibriergr \ddot{o} ße)$
$\frac{x}{y} = \frac{A n z a h l c p s g \ddot{O} l}{A n z a h l c p s h} = \frac{g \ddot{O} l}{h}$
Über unterschiedliche Lastzustände/Drehzahlen kann somit je Zeiteinheit der Ölverbrauch des geprüften Verbrennungsmotors festgestellt werden. Die so ermittelten Werte sind dann als Bezugsgröße für alle auf Basis des geprüften Verbrennungsmotors in die Serie einfließenden Motoren zu werten.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor (1), indem eine Einrichtung (3) zur Verdampfung eines Öls in den Abgasstrang (2) des Verbrennungsmotors (1) eingebaut wird, wobei in die Einrichtung (3) eine definierte Ölmenge (7) sowie ein radioaktiver Tracer, ein aktives Öl bildend, eingebracht werden, in Abgasströmungsrichtung gesehen hinter der Einrichtung (3) ein Partikelfilter (4) im Abgasstrang (2) vorgesehen wird, wobei durch die heißen Abgase des Verbrennungsmotors (1) der vorgegebene Anteil des aktiven Öls (7) verdampft, respektive verbrannt wird und die im nachgeschalteten Partikelfilter (4) gefilterten Partikel mittels eines Sensors (5) gemessen und das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit (6) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Partikelfilter (4) gemessene Aktivitätsänderung, die sich aus dem verdampften, respektive verbrannten, Öl (7) ergibt, als direkte Kalibriergröße zwischen dem Zuwachs der Zerfallserscheinungen des Tracers zur verbrannten Ölmenge eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Tracer ein radioaktives Isotop, insbesondere ein Isotop mit geringer Halbwertzeit, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Isotop Germanium 69 eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung des Ölverbrauchsmessgeräts so lange durchgeführt wird, bis keine Aktivitätsänderung mehr im Partikelfilter (4) nachgewiesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontrolle der vollständigen Verdampfung/Verbrennung des in der Einrichtung (3) eingebrachten Öls (7) die Einrichtung (3) vor und nach der Kalibrierung des Ölverbrauchsmessgeräts gewogen wird.
Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor (1), beinhaltend eine Einrichtung (3) zur Verdampfung eines Öls, ein Partikelfilter (7) sowie eine Protokoll- und Auswerteeinheit (6), wobei die Einrichtung (3) und der Partikelfilter (4) im Abgasstrang (2) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet sind, in der Einrichtung (3) neben einer definierten Ölmenge auch ein radioaktiver Tracer vorgesehen ist und die im Partikelfilter (4) durch einen Sensor (5) gemessenen, sich aus dem verdampften/verbrannten Öl (7) ergebenden Aktivitätsänderungen der Protokoll- und Auswerteeinheit (6) zuführbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Öl (7) ein motorspezifisches Öl einsetzbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tracer durch ein radioaktives Isotop, insbesondere ein Isotop mit geringer Halbwertzeit gebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Tracer das Germanium 69 Isotop einsetzbar ist.