DE19832194B4

DE19832194B4 - Mittel zur Ölverbrauchsmessung

Info

Publication number: DE19832194B4
Application number: DE1998132194
Authority: DE
Inventors: Peter Püffel; Wolfgang Thiel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: DE19832194A1

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Ölverbrauchsmesssung bei einem Verbrennungsmotor.
Bestehende Methoden zur Ölverbrauchsmessung lassen sich in konventionelle 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 gravimetrische und volumetrische Methoden. Beispielsweise beschreibt die JP-A-57200834 ein Verfahren zur Ölverbrauchsmessung, bei dem Abgas einer Brennkraftmaschine in einer Wasserstoff-Peroxid-Lösung gebunden wird und später über ein Gas-Messinstrument einzelne Bestandteile gemessen und zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.
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 gebunden (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. Insgesamt scheint der Einsatz dieses Mittels an normalen Motorprüfständen nicht mit vertretbarem Aufwand möglich zu sein. Aus der US 4,990,780 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Kraftstoff- und Ölverbrauch einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem Brom- oder Chlorverbindungen als nachweisbare Ölzusätze Verwendung finden.
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.
Ferner ist aus der US 4,321,056 ein Verfahren bekannt, bei dem zur Ölverbrauchsmessung Zinkdialkyldithiophosphat Verwendung findet, welches dann während des Betriebs der Brennkraftmaschine unter anderem in Zinksulfat umgewandelt werden soll. Das erhaltene Zinksulfat wird als Maß für den aktuellen Ölverbrauch in einem anschließenden Auswerteverfahren im Abgas der Brennkraftmaschine nachgewiesen.
Schließlich ist die allgemeine Verwendung von aromatischen Tracern bislang sonst nur aus anderen Gebieten der Technik bekannt. Beispielsweise wird in der DE 694 02 138 T2 ein System zur Regelung eines Kessels nach einem PH/Phosphatprogramm beschrieben. Hierbei wird auf dem technischen Gebiet der Kontrolle von chemischen Behandlungsprogrammen zur Behandlung des Inneren von Wasserboilern ein PH/Phosphat-Kontroll- bzw. Regelungsverfahren mit hoher Empfindlichkeit und unabhängig von Schwankungen der Wasserdampfbildungsrate in einem Boiler bereitgestellt.
Des Weiteren ist die Verwendung von verschiedensten Tracern allgemein, insbesondere bei chemischen Prozessen, bekannt aus folgenden Druckschriften: DE 40 18 830 A1 , DE 195 12 773 A1 und US 4,055,083 .
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 Mittel 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) unabhängig.
Zunächst sind folgende Kernanforderungen an einen Tracer zu stellen: Der Tracer muß sich im Öl lösen. Er darf nicht die motorrelevanten Eigenschaften 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 Detektionsmethode die Lasermassenspektroskopie eignet. Daher bieten sich als Tracer besonders aromatische Verbindungen an, die bei der Laserwellenlänge von 266 nm ionisiert werden können.
Besonders gut im Massenspektrum haben sich mit Halogenen oder Deuterium 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 Entnahmeleitung zum Meßgerät, da dann der Tracer im Meßgerät unzerstört und molekular detektierbar vorliegt.
Als kostengünstiger Tracer eignet sich insbesondere Pyren oder ein Pyrenderivat oder Pyrenderivate. Insbesondere können Amin-Derivate und/oder Alkyl-Derivate von Pyren Verwendung finden.
Die aromatische Verbindung, insbesondere das Pyren oder die Pyrenderivate, 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 werden. Dazu sollte die Abgasentnahme möglichst nahe am Auslaßventil erfolgen. Auf das Prinzip der Lasermassenspektroskopie wird vorliegend nicht näher eingegangen, da es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Momentan 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 angegebenen Tracer direkt proportional zum Ölverbrauch ist. Insofern kann der Ölverbrauch on-line bestimmt werden. Die Tracerkonzentration kann im vorliegenden 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 erfaßt. Der Kraftstoffeintrag ins Öl spielt dabei keine Rolle.
Durch eine Kombination mit einer konventionellen Methode, welche den Ölverbrauch zusammen mit dem Kraftstoffeintrag mißt, wäre auch erstmals eine differenziertere Analyse beider Prozesse möglich.

Claims

Mittel zur Ölverbrauchsmessung bei einem Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch eine im Motoröl enthaltene, als Tracer dienende aromatische Verbindung, welche nach Verlassen der Brennkammer unverändert im Abgas vorliegt und detektierbar ist.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung dem Motoröl künstlich zugesetzt wird.
Mittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung halogeniert oder deuteriert ist.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung einen Siedepunkt hat, der unter dem Siedepunkt des Motoröls liegt.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung Pyren und/oder ein oder mehrere Pyrenderivate, insbesondere Amin-Derivate und/oder Alkyl-Derivate, enthält.