DE19832194A1 - Mittel zur Ölverbrauchsmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Ölverbrauchsmessung bei einem Verbrennungsmotor. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mittel anzugeben, das eine genaue und schnell durchzuführende Bestimmung des Ölverbrauchs bei einem Verbrennungsmotor ermöglicht. DOLLAR A Ein solches Mittel ist gekennzeichnet durch eine im Motoröl befindliche, aromatische Verbindung, welche nach Verlassen der Brennkammer unverändert im Abgas vorliegt und detektierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Ölverbrauchsmessung bei einem Ver­ brennungsmotor.

Bestehende Methoden zur Ölverbrauchsmessung lassen sich in konventio­ nelle Methoden und Markierungs- oder Tracermethoden einteilen. Bei einer konventionellen Methode wird der Ölstand im Kurbelgehäuse eines Motors gemessen und damit die Schmiermittelbilanz bestimmt. Bekannt sind gravi­ metrische und volumetrische Methoden.

Bei der Verwendung eines sog. Tracers wird dem Motoröl ein bestimmter Stoff beigemischt, der sich eindeutig nur im Öl befindet. Dieser Stoff wird im Abgas bzw. direkt am Auslaßventil detektiert und ist somit ein Maß für den momentanen Ölverbrauch. Herkömmliche Tracer können erst nach einer chemischen Umsetzung in der Brennkammer nachgewiesen werden. Als solche Tracer werden die chemischen Elemente Schwefel, Tritium, Brom und andere Halogene verwendet. Diese sind in irgendeiner Form im Öl ge­ bunden (z. B. in Kohlenwasserstoffverbindungen) und werden später im Ab­ gas als Verbrennungs- oder Crack-Produkte (SO₂, T₂O, HBr) gemessen. Die bekannten Tracer weisen folgende Probleme auf.

Die Verwendung von Brom als Tracer hat einen erheblichen apparativen Aufwand zur Folge. Ferner sind Strahlenschutzmaßnahmen zu treffen. Ins­ gesamt scheint der Einsatz dieses Mittels an normalen Motorprüfständen nicht mit vertretbarem Aufwand möglich zu sein.

Die Verwendung von Tritium als Tracer ist bei normalen Motorprüfständen wegen der Halbwertszeit von Tritium von 12 Jahren nicht möglich.

Bei der Verwendung von SO₂ als Tracer muß der gesamte Motor und vor allem auch der Kraftstoff schwefelfrei sein, um den gemessenen Schwefel eindeutig dem Motoröl zuordnen zu können.

Bei Halogenen als Tracer kann der Motor durch Substanzen wie HCl oder HF zerstört werden. Diese Tracer eignen sich somit nicht für die Bestimmung des Ölverbrauchs bei Serienmotoren.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Mittels, das eine genaue, schnell durchzuführende, kostengünstige und unproblematische Bestimmung des Ölverbrauchs bei einem Verbrennungsmotor ermöglicht.

Gemäß Anspruch 1 wird diese Aufgabe durch ein Mittel gelöst, das eine im Motoröl enthaltene, als Tracer dienende aromatische Verbindung aufweist, welche nach Verlassen der Brennkammer unverändert im Abgas vorliegt und detektierbar ist.

Um eine Einheitlichkeit für alle Messungen zu garantieren, sollte dieses Mit­ tel nicht als natürlicher Bestandteil im Öl enthalten sein, sondern vielmehr künstlich zugesetzt werden. Damit ist man von natürlichen Schwankungen der Ölqualität und von der Ölsorte (mineralisch oder synthetisch) unabhän­ gig.

Zunächst sind folgende Kernanforderungen an einen Tracer zu stellen: Der Tracer muß sich im Öl lösen. Er darf nicht die motorrelevanten Eigenschaf­ ten des Öls verändern. Die Konzentration des Tracers im Öl muß über das Meßintervall konstant sein. Der Tracer muß dem Öl eindeutig zuzuordnen sein. Das Auftreten des Tracers im Abgas muß eindeutig mit der Emission von Motorenöl korreliert sein. Der Tracer muß sehr empfindlich nachweisbar sein.

Versuche haben ergeben, daß sich als besonders genaue Detektionsmetho­ de die Lasermassenspektroskopie eignet. Daher bieten sich als Tracer be­ sonders aromatische Verbindungen an, die bei der Laserwellenlänge von 266 nm ionisiert werden können.

Besonders gut im Massenspektrum haben sich mit Halogenen oder Deuteri­ um markierte Tracer gezeigt.

Wichtig ist ferner, einen Tracer zu verwenden, dessen Siedepunkt nicht über demjenigen des Motoröls liegt. Optimal ist ein Tracer mit einem Siedepunkt kurz vor der Ölsiedekurve und zwar im Bereich der Temperatur der Entnah­ meleitung zum Meßgerät, da dann der Tracer im Meßgerät unzerstört und molekular detektierbar vorliegt.

Als kostengünstiger Tracer eignet sich insbesondere Pyren oder ein Pyren­ derivat oder Pyrenderivate. Insbesondere können Amin-Derivate und/oder Alkyl-Derivate von Pyren Verwendung finden.

Die aromatische Verbindung, insbesondere das Pyren oder die Pyrenderi­ vate, wird dem Motoröl (vor der Verbrennung) zugesetzt. Nach der Verbren­ nung liegt sie in absolut unveränderter Form im Abgas vor und kann dann mittels der Lasermassenspektroskopie selektiv und kontinuierlich erfaßt wer­ den. Dazu sollte die Abgasentnahme möglichst nahe am Auslaßventil erfol­ gen. Auf das Prinzip der Lasermassenspektroskopie wird vorliegend nicht näher eingegangen, da es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Momen­ tan scheint nur diese Detektionsmethode empfindlich und selektiv genug zu sein, um eine Substanz wie Pyren im ppb-Bereich zu erfassen.

In Versuchen wurde festgestellt, daß die Konzentration der oben angegebe­ nen Tracer direkt proportional zum Ölverbrauch ist. Insofern kann der Ölver­ brauch on-line bestimmt werden. Die Tracerkonzentration kann im vorliegen­ den Fall innerhalb von ein bis zwei Minuten bestimmt werden. Bei einer Messung mit stabilem Motorbetrieb und stabilem Ölverbrauch muß eine Meßzeit von etwa 10 Minuten gerechnet werden.

Die Verwendung einer aromatischen Verbindung im Motoröl, welche nach Verlassen der Brennkammer unverändert vorliegt, liefert deutlich schnellere Ergebnisse als die eingangs genannten Tracer. Beispielsweise wurde ein Kennfeld mit 90 Meßpunkten in etwa 30 Stunden ermittelt. Außerdem ist die vorliegende Methode der kontinuierlichen und selektiven Tracer-Erkennung mittels Lasermassenspektroskopie on-line fähig, und zwar während eines dynamischen Motorbetriebs. Darüber hinaus kann der Ölverbrauch sehr viel genauer bestimmt werden. Insbesondere wird nur der reine Ölverbrauch er­ faßt. Der Kraftstoffeintrag ins Öl spielt dabei keine Rolle.

Durch eine Kombination mit einer konventionellen Methode, welche den Öl­ verbrauch zusammen mit dem Kraftstoffeintrag mißt, wäre auch erstmals eine differenziertere Analyse beider Prozesse möglich.

Claims (5)

1. Mittel zur Ölverbrauchsmessung bei einem Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch eine im Motoröl enthaltene, als Tracer dienende aro­ matische Verbindung, welche nach Verlassen der Brennkammer unverän­ dert im Abgas vorliegt und detektierbar ist.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung dem Motoröl künstlich zugesetzt wird.

3. Mittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung halogeniert oder deuteriert ist.

4. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung einen Siedepunkt hat, der unter dem Sie­ depunkt des Motoröls liegt.

5. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung Pyren und/oder ein oder mehrere Pyrende­ rivate, insbesondere Amin-Derivate und/oder Alkyl-Derivate, enthält.