-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor.
-
Die
DE 10 2013 015 356 A1 offenbart 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 vorgesehene 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.
-
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 Abgasstrang des Verbrennungsmotors ein Teilstrom entnommen wird. Diesem Teilstrom wird Öl zugegeben und verbrannt, wobei im Teilstrom Schwefel nachgewiesen werden soll.
-
Die
EP 1 723 320 B1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des Ölverbrauchs, der von einem in den Kreislauf zum Recycling der Gehäusegase eines internen Verbrennungsmotors befindlichen System zur Ölabtrennung herrührt, wobei die Gehäusegase aus dem Entweichen der Verbrennungsgase aus dem Brennraum resultieren, wobei
- - das Schmieröl des Motors durch Einführen von mindestens einem radioaktiven Tracer in das Öl markiert wird
- - die den Motorblock verlassenden und mit Schmieröl beladenen Gehäusegase durch ein System zur Ölabtrennung befördert werden, wo mindestens ein Teil des in den Gasen enthaltenen Öls abgetrennt, gesammelt und zum Ölsumpf zurückgeführt wird
- - das Öl, das nicht von dem aus dem System zur Ölabtrennung austretenden Gehäusegasen abgetrennt wird, in einer stromabwärts des Systems zur Ölabtrennung befindlichen Ölabscheidevorrichtung abgeschieden wird
- - mit Hilfe eines Detektors, der in der Nähe der Ölabscheidevorrichtung angeordnet wird und empfindlich gegenüber der durch den oder die radioaktiven Tracer emittierten ionisierenden Strahlung ist, die Radioaktivität des nicht in dem System zur Ölabtrennung abgetrennten und in der Ölabscheidevorrichtung zurückbehaltenen Öls gemessen wird, wobei der Detektor mit einem Material geschützt wird, das gegenüber der Strahlung, die durch das im in der Nähe angeordneten Motors umlaufende Schmieröl emittiert wird, so angepasst wird, dass der Detektor ausschließlich die Radioaktivität misst, die sich in der Abscheidevorrichtung akkumuliert und
- - die Ergebnisse dieser Messung an einen Computer übermittelt werden, der in der Lage ist, ausgehend von diesen Ergebnissen den Verbrauch an nicht in dem System zur Abtrennung abgetrennten Schmieröls zu berechnen.
-
Durch Vergleichsmessungen mit und ohne Öl im Abgasstrang werden über eine Auswerteinheit Kalibrierungskoeffizienten gebildet.
-
Die
DE 11 2008 001 335 T5 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von Abgas, das, unter Verwendung eines Brenner-gestützten Systems, partikelförmiges Material (PM) enthält, welches das PM simuliert, welches von einem dieselgetriebenen Verbrennungsmotor erzeugt wird, aufweisend: Verwenden eines Brenners zur Aufnahme von Luft und Kraftstoff und zur Verbrennung der Luft und des Kraftstoffes, um Abgas und frei werdendes PM im Abgas zu erzeugen; Verwenden eines Wärmetauschers, um das Abgas stromabwärts des Brenners auf eine Temperatur von nicht mehr als 650°C abzukühlen; Verwenden einer Sauerstoffdüse, um eine vorbestimmte Menge Sauerstoff in das Abgas einzublasen, um damit das Abgas mit einem Sauerstoffgehalt von 2-10 Vol.% bereitzustellen; Verwenden eines Quenchers stromabwärts der Sauerstoffdüse, um das Abgas auf eine Temperatur abzukühlen, die ausreichend niedrig ist, um die Zusammensetzung des PM zu fixieren; und Verwenden eines computergesteuerten Regelsystems zur Regelung der Menge und der Terminierung der Zufuhr von Kraftstoff und Sauerstoff, zum Brenner und zur Sauerstoffdüse.
-
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 zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts bereitzustellen, durch welches mit einfachen Mitteln der tatsächliche Ölverbrauch eines Verbrennungsmotors analysiert werden kann, so dass für den Serieneinsatz dieses Motortyps eine eindeutige Vorhersage des jeweiligen Ölverbrauchs getroffen werden kann.
-
Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts bereitzustellen, mittels welchem sichergestellt wird, dass das Kalibriergemisch ohne Bildung von Ablagerungen vollständig verbrannt werden kann.
-
Der erste Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem außerhalb des Verbrennungsmotors
- - ein Behältnis für ein Kalibriergemisch, bestehend aus Öl und einem radioaktiven Tracer, vorgesehen wird,
- - ein mit Kraftstoff und Luft betreibbarer Brenner mit nachgeschaltetem Verdampfer positioniert wird,
- - das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brenner verbrannt und das heiße Brenngas in den Verdampfer eingebracht wird,
- - das Kalibriergemisch in den Verdampfer eingespritzt wird, wobei die Ölbestandteile mit dem Tracer durch das heiße Brenngas im Wesentlichen vollständig verdampft und verbrannt werden,
- - die Verbrennungsrückstände aus dem Brenner/Verdampfer in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingebracht werden,
- - in Abgasströmungsrichtung gesehen, hinter einer Aufgabestelle der Verbrennungsrückstände ein Partikelfilter im Abgasstrang vorgesehen wird,
- - die im Partikelfilter gesammelten, den radioaktiven Tracer enthaltenen, Verbrennungsrückstände mittels eines Aktivitätsmessgeräts gemessen werden,
- - das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt wird.
-
Die erste Teilaufgabe kann alternativ auch gelöst werden durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem außerhalb des Verbrennungsmotors
- - ein Behältnis für ein Kalibriergemisch, bestehend aus Öl und einem radioaktiven Tracer, vorgesehen wird,
- - ein mit Kraftstoff und Luft betreibbarer Brenner mit nachgeschaltetem Verdampfer positioniert wird,
- - das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brenner verbrannt und das heiße Brenngas in den Verdampfer eingebracht wird,
- - das Kalibriergemisch in den Verdampfer eingespritzt wird, wobei die Ölbestandteile mit dem Tracer durch das heiße Brenngas im Wesentlichen vollständig verdampft und verbrannt werden,
- - die Verbrennungsrückstände aus dem Brenner/Verdampfer einem nachgeschalteten Partikelfilter aufgegeben werden,
- - die im Partikelfilter gesammelten, den radioaktiven Tracer enthaltenden, Verbrennungsrückstände, mittels eines Aktivitätsmessgeräts gemessen werden,
- - das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt wird.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der alternativen erfindungsgemäßen Verfahren sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Bei Alternative 1 wird der Verbrennungsmotor mitbetrieben, wobei die Verbrennungsrückstände aus dem Brenner/Verdampfer in den Hauptabgasstrom des Verbrennungsmotors vor dem Partikelfilter aufgegeben werden.
-
Bei Alternative 2 werden die Verbrennungsrückstände unmittelbar dem Partikelfilter zugeführt, so dass der Verbrennungsmotor zur Aktivitätsmessung nicht mitbetrieben werden muss.
-
Das Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts beruht auf der Messung der Radioaktivität eines mit dem Öl verbrauchten radioaktiven Tracers. Der betreffende Tracer ist ein Kohlenwasserstoff, an den das Radioisotop GE 69 chemisch gebunden ist.
-
Die zweite Teilaufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, beinhaltend
- - einen außerhalb des Verbrennungsmotors vorgesehenen, mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betreibbaren Brenner,
- - einen außerhalb des Verbrennungsmotors vorgesehenen, dem Brenner nachgeschalteten Verdampfer für ein Kalibriergemisch, bestehend aus einem Öl sowie einem radioaktiven Tracer,
- - einem Behältnis einerseits für das Kalibriergemisch und andererseits für Kraftstoff,
- - eine Dosiereinrichtung für das Kalibriergemisch,
- - ein dem Verdampfer nachgeschaltetes Partikelfilter,
- - ein im Bereich des Partikelfilters vorgesehenes Aktivitätsmessgerät,
- - eine Auswerte- und Protokolleinheit.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in etwa wie folgt wiedergegeben werden
- - das radioaktiv getracerte Öl (Kalibriergemisch), welches vorteilhafterweise die gleiche Zusammensetzung wie die Ölbefüllung des Verbrennungsmotors aufweist, wird über eine Dosiereinheit (Einspritzeinheit) unter Druck in einen Verdampfer eingespritzt,
- - die Menge des durch die Einspritzeinheit eingespritzten Kalibriergemischs ist entweder in seiner eingespritzten Gesamtmasse oder in einer einstellbaren aber konstanten Einspritzrate bekannt,
- - der Verdampfer ist, in Gasflussrichtung gesehen, hinter dem Brenner angeordnet, jedoch räumlich so nahe, dass die verdampften Ölbestandteile mit dem Tracer durch das heiße Brenngas im Wesentlichen vollständig verdampft und verbrannt werden,
- - das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brenner wird mit so viel Luftüberschuss eingestellt, dass immer noch genügend Sauerstoff für die Oxidation des verdampften Kalibriergemischs zur Verfügung steht,
- - die Verbrennungsrückstände aus dem Brenner können direkt mittels eines Y-oder T-Rohrstücks einerseits dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors hinter dem Abgaskrümmer und bedarfsweise einem vorhandenen Abgasturbolader/einer Abgasnachbehandlungseinrichtung des Motors zusätzlich zugeführt werden.
-
Alternativ können die Verbrennungsrückstände aus dem Brenner/Verdampfer ohne Verzweigung direkt dem Partikelfilter zugeführt werden, so dass der Motor nicht parallel betrieben werden muss.
-
Der Brenner und das Verbindungsrohr zum Y- bzw. T-Rohrstück wird vorteilhafterweise mittels einer Isolierung oder bedarfsweise einer zusätzlich zugeführten Heizleistung auf der Temperatur oberhalb der Siedetemperatur (typisch > 450°C) des eingesetzten Öls gehalten.
-
Die Kalibrierung kann mit Hilfe der Vorrichtung über zwei Wege vorgenommen werden
- a) Absolutkalibrierung, indem eine absolute Menge des Kalibriergemischs in einer bekannten Masse an Öl in Relation zu einer Differenz im Aktivitätssignal am Aktivitätsmessgerät eingesetzt wird,
- b) durch unterschiedliche Einspritzraten, bei der Einspritzung des Kalibriergemisches können mehrere Steigerungswerte (dA/dt)i des Aktivitätsanstiegs ermittelt werden. Mittels einer Kalibrierkurve kann der Zusammenhang zwischen der gemessenen Größe (Aktivitätszuwachs) (dA/dt)i in cps/h und zu kalibrierender Größe (Ölverbrauch) in g/h hergestellt werden.
-
Gegenüber dem unter a) genannten Kalibrierverfahren entfällt der Vergleich von zwei Größen, die auf unterschiedlichen Verfahren gemessen wurden und die damit prinzipbedingte Abweichungen aufweisen.
-
Mit der Anordnung der Einspritzung des Gemisches in den Abgasstrang nach Austritt aus dem Motor ist gesichert, dass die gesamte, in einer Probe vorhandene Aktivität in den Partikelfilter transportiert wird. Indem abgesichert wird, dass das eingespritzte Kalibriergemisch durch zusätzliche Lufteinspritzung und zusätzliche Zündquelle vollständig verbrannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass sämtliche Ge-69-Atome zu GeO oder GeO2 aufoxidiert und damit als Feststoffpartikel im Filter vollständig zurückgehalten werden. Der Prozess der Einspritzung des Kraftstoffs in den Brenner wird somit von der Einspritzung des Kalibriergemischs getrennt. Die Einspritzung des Kalibriergemischs erfolgt in eine oxidierende Flamme des Brenners. Die sich durch die direkte Einspritzung in den Gasstrom ergebenden höheren Strömungsgeschwindigkeiten sorgen für eine Unterdrückung der Ablagerungsbildung im Brenner/Verdampfer.
-
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen
- 1 Funktionsschema einer Vorrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor;
- 2 alternatives Funktionsschema;
- 3 grafische Darstellung des Tracer-Zerfalls (Zeitverlauf des Aktivitätssignals);
- 4 grafische Darstellung einer Kalibrierkurve;
- 5 Schaubild des Tracerzerfalls.
-
1 zeigt ein Funktionsschema einer Vorrichtung 1 zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts. Dargestellt ist ein Verbrennungsmotor 1', wie er bspw. auf einem Motorprüfstand eingesetzt wird, ein damit zusammenwirkender rohrförmig ausgebildeter Abgasstrang 2, der in einem Abgasrohr 2' ausläuft, einerseits ein Behältnis 3 für Öl und einem radioaktiven Tracer (Kalibriergemisch) und andererseits ein Behältnis 4 für Kraftstoff K. Über eine Leitung 5 wird der im Behältnis 4 vorgesehene Kraftstoff K einem Brenner 6 zugeführt, in den, wie angedeutet, Luft 7 eingeleitet wird. In räumlicher Nähe des Brenners 6 ist ein Verdampfer 8 vorgesehen. Das im Behältnis 3 vorgesehene Kalibriergemisch wird über eine Leitung 9 einer Einspritzeinrichtung 10 zugeführt, die das Kalibriergemisch in dosierter Form in den Verdampfer 8 einspritzt. Bedarfsweise kann dem Kalibriergemisch noch Dieselkraftstoff zum Zwecke der Verdünnung beigemischt werden.
-
Der Verdampfer 8 ist in diesem Beispiel über eine Leitung 11 mit dem Abgasstrang (Y- oder T-Rohrstück) 2 des Verbrennungsmotors 1' verbunden. Hinter der Aufgabestelle 12, d.h. in Gasströmungsrichtung gesehen (Pfeil), befindet sich ein nachgeschalteter Partikelfilter 13 sowie ein, einen Detektor 14 enthaltendes Aktivitätsmessgerät 15. Das Funktionsschema ist hierbei als eine Art Prüfstand zu verstehen, wobei das als Protokoll- und Auswerteeinheit ausgebildete Aktivitätsmessgerät 15, respektive dessen errechnete 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. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird im Brenner 6 verbrannt, wobei hier Temperaturen oberhalb der Ölsiedetemperatur des in den Verdampfer 8 eingespritzten Kalibriergemisches gegeben sind. Diese Temperatur beläuft sich üblicherweise auf einen Wert oberhalb von 450°C. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass das eingespritzte Kalibriergemisch durch die heißen Brenngase des Brenners 6 im Verdampfer 8 vollständig verbrannt werden kann.
-
Sofern der Verdampfer 8 nicht eingesetzt würde, könnte es geschehen, dass bei Aufgabe eines Kraftstoff-Öl-Gemischs in den Brenner 6 sich hier Ablagerungen bilden, die das Messergebnis im Partikelfilter 13 verfälschen könnten. Um hier korrekte Messergebnisse zu generieren, ist der Verdampfer 8 dem Brenner 6 in räumlicher Nähe nachgeschaltet. Verbrennungsrückstände aus dem Brenner 6/Verdampfer 8 werden in den Abgasstrang 2 des mit vorgebbarer Betriebsdrehzahl mitlaufenden Verbrennungsmotors 1' aufgegeben, wobei sich die, den radioaktiven Tracer beinhaltenden, Verbrennungsrückstände im Partikelfilter 13 ansammeln. Die Messung der Radioaktivität erfolgt - wie bereits angesprochen - über den Detektor 14, der mit dem Aktivitätsmessgerät 15 verbunden ist. Die Kalibrierung des Ölverbrauchsmessgeräts kann hierbei solange durchgeführt werden, bis keine Aktivitätsänderung mehr im Partikelfilter 13 gegeben ist.
-
2 zeigt ein alternatives Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Abweichend zu 1 wird das die Verbrennungsrückstände beinhaltende heiße Brenngas nicht dem Abgasstrang 2 aufgegeben, vielmehr direkt in den Partikelfilter 13 eingebracht, und zwar über die Leitung 11'. Bei dieser Änderung muss der Verbrennungsmotor 1' nicht mitbetrieben werden. Das Messverfahren erfolgt in Analogie zu 1.
-
Die 3 bis 5 zeigen Schaubilder, die einerseits mit dem Zerfall des radioaktiven Tracers und andererseits mit der Messung des Tracerzerfalls einhergehen.
-
Der Ablauf des Verfahrens nach Anspruch 9 wird in 3 durch die Abfolge von 4 Betriebsarten von Motor und Kalibriereinrichtung dargestellt. Der Motor wird die gesamte Zeit in einem stationären Betriebspunkt betrieben. Punkt 1 und 4, welche die Steigungen (dA/dt)1 und (dA/dt)4 aufweisen, werden ohne aktivierte Einspritzung des Öl/Tracer-Gemischs betrieben. Es stellt sich ggf. eine Steigung (dA/dt)1 und (dA/dt)4 ungleich Null ein, die durch Restaktivität im Verbrennungsmotor begründet ist, aber einem Ölverbrauch von Null im Sinne der Kalibrierung entspricht. Deshalb fällt der Schnittpunkt der Geraden mit der x-Achse in 4 nicht mit dem Ursprung des Diagramms zusammen. In den Punkten 2, repräsentiert durch (dA/dt)2 bzw. den Punkt 3, repräsentiert durch (dA/dt)3, wird jeweils ein Öl/Tracer-Gemisch in den Verdampfer eingespritzt, im Punkt 2 mit einer geringeren Einspritzrate bzw. im Punkt 3 mit einer höheren Einspritzrate. Da die Einspritzrate an Öl/Tracer-Gemisch bekannt ist, können die entsprechenden Punkte in eine Kalibrierkurve wie in 4, zusammen mit den Steigungen aus 3 ermittelt, eingetragen werden.
-
5 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 die Zeit (t) den Zerfall des radioaktiven Isotops in counts per second (cps). Die untere Gerade zeigt, dass im Partikelfilter 13 noch keine durch Verbrennung messbare Radioaktivität gegeben ist. Der Verbrennungsmotor 1' soll in diesem Beispiel mit einer vorgebbaren Drehzahl betrieben werden, die einen Vollstrom der Abgase im Abgasstrang 2 bildet. Die außerhalb des Verbrennungsmotors 1' angeordnete Vorrichtung wird nun dadurch aktiviert, dass im Brenner 6 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird und die heißen Brenngase in den Verdampfer 8 eingebracht werden. In die heißen Brenngase wird das Kalibriergemisch unter Druck über die Einspritzeinrichtung 10 eingebracht, wobei das Kalibriergemisch hierbei vollständig verbrennt. Dem Vollstrom des Verbrennungsmotors 1' wird dann das Verbrennungsrückstände beinhaltende Abgas des Verdampfers 8 an der Stelle 12 aufgegeben. Die gemeinsamen Gasströme, einerseits des Motors 1 und andererseits des Verdampfers 8, werden nun in den nachgeschalteten Partikelfilter 13 eingebracht, so dass nach und nach über die Zeit (t) gesehen, sich eine Aktivitätssteigerung des nachweisbaren radioaktiven Isotops im Partikelfilter 13 einstellt. Bei konstanter Verbrennung des Kalibriergemischs durch den Verdampfer 8 verbleibt schließlich eine gleichbleibende messbare Aktivität im Partikelfilter 13. Der Protokoll- und Auswerteeinheit (Aktivitätsmessgerät 15) ist die Halbwertzeit des verwendeten Isotops bekannt. Anhand der durch den Detektor 14 gelieferten Messwerte wird eine ständige Gegenrechnung zwischen der Halbwertzeit des Isotops und der übermittelten Zerfallsdaten durchgeführt, die sich in ermittelbaren Werten widerspiegelt. Nun kann der Ölverbrauch etwa wie nachstehend angegeben ermittelte werden:
- X = Anzahl cps/h (Messsignal/Auswertesignal)
- Y = Anzahl cps/g Öl (Kalibriergröße)
-
4 zeigt den Zusammenhang zwischen der gemessenen Größe (Aktivitätszuwachs) (dA/dt)i in cps/h und zu kalibrierender Größe (Ölverbrauch) in g/h.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 1'
- Verbrennungsmotor
- 2
- Abgasstrang
- 2'
- Abgasrohr
- 3
- Behältnis
- 4
- Behältnis
- 5
- Leitung
- 6
- Brenner
- 7
- Luft
- 8
- Verdampfer
- 9
- Leitung
- 10
- Einspritzeinrichtung
- 11
- Leitung
- 12
- Aufgabestelle
- 13
- Partikelfilter
- 14
- Detektor
- 15
- Aktivitätsmessgerät
