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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Pegelstandsmessung einer
Flüssigkeit, mit einer Leitung zum Verbinden mit einem
die Flüssigkeit enthaltenden Behälter. Eine Pegelstandsmessung
kann beispielsweise darin liegen, dass das Vorliegen eines bestimmten
Pegelstands festgestellt oder detektiert wird. Weiter betrifft die
Erfindung eine Anwendung der genannten Vorrichtung in Gestalt einer
Vorrichtung zur Messung des Verbrauchs an Schmieröl eines
Verbrennungsmotors, mit einer Ölleitung zum Verbinden mit
einer Ölwanne des Verbrennungsmotors.
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Eine
Vorrichtung zur Messung des Verbrauchs an Schmieröl eines
Verbrennungsmotors wird in
DE
24 42 746 beschrieben und dient in erster Linie dazu, auf
einem Prüfstand den Ölverbrauch des Verbrennungsmotors
unter kontrollierten Bedingungen zu messen. Dabei dient eine Druckmeßvorrichtung
zur indirekten Messung des Ölpegels in der Ölwanne
und zur Regelung der Nachdosierung von Schmieröl. Sobald
der Drucksensor eine Druckabnahme unter einen bestimmten Schwellenwert
feststellt, wird über eine Dosiereinrichtung eine genau abgemessene
Menge an Öl nachgefüllt, so daß der Ölspiegel
wieder seinen Sollstand erreicht. Nach mehreren solcher Nachfüllzyklen
kann dann der Ölverbrauch des Motors anhand der zudosierten Ölmenge
festgestellt werden.
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In
der genannten Druckschrift wird als Alternative eine Meßvorrichtung
beschrieben, bei der der Drucksensor mit dem Schmieröl
in der Ölwanne über einen Schlauch verbunden ist,
der von oben in das Schmieröl eintaucht und der ein unter
Druck stehendes gasförmiges Druckübertragungsmedium
enthält. In diesem Fall wird jedoch eine zusätzliche
Druckquelle für das Übertragungsmedium benötigt.
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In
DE 101 12 498 A1 wird
eine Vorrichtung zur Pegelstandsmessung einer Flüssigkeit
als Bestandteil einer Verbrauchsmeß-Vorrichtung für
Kraftstoffe beschrieben, die mit Lichtschranken an einem Glasbehälter
ausgestattet ist. Eine Verbrauchsmessung erfolgt, indem die Zeit
gemessen wird, während der der Flüssigkeitsspiegel
von einer oberen zu einer unteren Lichtschranke wandert. Eine präzise
Kalibrierung des Glasbehälters und der Positionen der Lichtschranken
ist notwendig. Zudem ist die Vorrichtung nicht geeignet zur Messung
eines Verbrauchs an Schmieröl, da hier eine wesentlich
geringere Verbrauchsmenge zu erfassen ist.
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Mit
den bekannten Pegelstandsmessungsvorrichtungen oder Verbrauchsmessungsvorrichtungen
ließ sich bisher nur eine begrenzte Meßgenauigkeit
erreichen, verbunden mit einen hohen Zeitaufwand für eine
Messung durch eine Verbrauchsmessungsvorrichtung.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die eine höhere Meßgenauigkeit
erlaubt und insbesondere als Bestandteil einer Verbrauchsmessungsvorrichtung
einen geringeren Zeitaufwand für die Messung erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Vorrichtung eine Druckübertragungskammer
aufweist, die in eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer
unterteilt ist, die durch ein Druckübertragungsmittel miteinander
verbunden sind, wobei die erste Teilkammer mit einem Steigrohr verbunden
ist und die zweite Teilkammer mit der Leitung verbunden ist, und
wobei die erste Teilkammer mit einer Messflüssigkeit gefüllt
ist, die eine geringere Dichte als die zuerst genannte Flüssigkeit
hat. Es erfolgt somit eine indirekte Messung eines Pegelstandes
der Flüssigkeit, der sich theoretisch aufgrund des statischen
Drucks ergeben würde, indem stattdessen der Pegelstand
der Messflüssigkeit gemessen wird. Die Druckübertragungskammer
ist ein geschlossener Behälter mit einer starren Außenwand,
der dazu dient, einen statischen Druck der Flüssigkeit
auf die Messüssigkeit zu übertragen, wobei die
Messflüssigkeit von der Flüssigkeit getrennt ist.
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Gegenstand
der Erfindung ist weiter eine die genannte Vorrichtung umfassende
Vorrichtung zur Messung des Verbrauchs an Schmieröl eines
Verbrennungsmotors, wobei die besagte Flüssigkeit das Schmieröl
ist, der Behälter eine Ölwanne des Verbrennungsmotors
ist, und die Leitung eine Ölleitung zum Verbinden mit der Ölwanne
des Verbrennungsmotors ist. D. h., die Messflüssigkeit
hat eine geringere Dichte als das Schmieröl. Diese Anwendung
der Messvorrichtung stellt zugleich eine bevorzugte Ausführungsform
der Vorrichtung dar.
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Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau kann der Pegelstand
der Messüssigkeit in dem Steigrohr mit höherer
Genauigkeit abgelesen oder automatisch detektiert werden, da aufgrund
der geringeren Dichte der Messflüssigkeit der Pegelstand
im Steigrohr empfindlich von dem Druck in der Druckübertragungskammer
und somit in dem Behälter, bspw. der Ölwanne des
Verbrennungsmotors, abhängt. Bei einem gegebenen Druckunterschied
ist die Änderung eines Pegels in einem Steigrohr umgekehrt
proportional zu der Dichte der Messflüssigkeit. Somit ist
eine Füllstandsänderung im Steigrohr präziser
zu ermitteln und auszuwerten. Dadurch läßt sich
gegenüber der Verwendung eines mit der eigentlich zu messenden
Flüssigkeit, bspw. dem Schmieröl, gefüllten Steigrohres
eine deutliche Verbesserung der Meßgenauigkeit erreichen,
so daß auch kürzere Meßzeiten bei Verbrauchsmessungen
möglich werden.
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Die
beiden Teilkammern der Druckübertragungskammer sind durch
das Druckübertragungsmittel flüssigkeitsdicht
getrennt. Im Betrieb der Vorrichtung wird die Druckübertragungskammer über
die Leitung beispielsweise mit der Ölwanne verbunden, so
daß sich nach dem Prinzip kommunizierender Röhren
in der zweiten Teilkammer der Druckübertragungskammer ein
unmittelbar von dem Öldruck in der Ölwanne abhängiger
Druck einstellen kann. Aufgrund des Druckübertragungsmittels
stellt sich in der ersten Teilkammer ebenfalls ein Druck ein, der
unmittelbar von dem Öldruck in der Ölwanne abhängt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorzugsweise
ist an dem Steigrohr ein Pegelsensor angeordnet. Dieser bildet zusammen
mit dem Steigrohr und der Druckübertragungskammer einen
Niveauschalter, der mit hoher Genauigkeit beim Erreichen eines bestimmten
Drucks der eigentlich zu messenden Flüssigkeit schaltet.
Der Pegelsensor ist beispielsweise dazu eingerichtet, einen Flüssigkeitsspiegel
zu detektieren. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Verbrauchsmessung
an Schmieröl sehr präzise durchgeführt
werden, indem beispielsweise nach dem Erreichen eines von dem Pegelsensor
detektierten Pegels im Steigrohr eine definierte Menge an Schmieröl
dem System zugeführt wird, wobei nach dem Verbrauch diese definierte
Menge das erneute Erreichen des anfänglichen Pegels von
dem Pegelsensor detektiert wird.
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Vorzugsweise
ist der Pegelsensor höhenverstellbar in dem Steigrohr angeordnet.
Dadurch muß für den Beginn einer Verbrauchsmessung
kein festgelegter Pegel eingestellt werden, da der Pegelsensor auf
Höhe des vorgegebenen Flüssigkeitsspiegels positioniert
werden kann.
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Vorzugsweise
weist der Pegelsensor eine Lichtschranke auf. Mittels einer Lichtschranke
kann der Durchgang eines Flüssigkeitsspiegels durch den Pegelsensor
präzise festgestellt werden.
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Das
Druckübertragungsmittel ist vorzugsweise eine Membran,
insbesondere eine Schlappmembran. Indem die beiden Teilkammern über
eine flexible Schlappmembran verbunden sind, ergibt sich ein guter
Druckausgleich in dem Behälter. Die Membran ist vorzugsweise öldicht
und ist beispielsweise aus Viton® hergestellt.
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Vorzugsweise
ist die Messflüssigkeit ein Leichtöl. Es kann
insbesondere eine Dichte haben, die geringer als die Dichte von
Wasser ist. Ein Leichtöl ist zudem gut handzuhaben. Außerdem
vereinfacht dies die Auswahl eines geeigneten Druckübertragungsmittels
in dem Fall, daß die zu messende Flüssigkeit ein
Schmieröl ist, da das Druckübertragungsmittel
dann lediglich gegenüber dem Schmieröl und dem
verwendeten Leichtöl dicht und beständig zu sein
hat.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung zur Messung des Verbrauchs an Schmieröl
eines Verbrennungsmotors einen Meßbehälter auf,
der über eine Zuleitung mit der Ölwanne verbandbar
ist und mit einer Pumpe verbunden ist, um Schmieröl aus
der Ölwanne in den Meßbehälter zu pumpen.
Dadurch kann eine mit der Pumpe aus der Ölwanne entnommene
Menge an Schmieröl präzise abgemessen werden.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung zur Messung des Verbrauchs an Schmieröl
eines Verbrennungsmotors eine Einrichtung auf, um eine bekannte Menge
an Schmieröl der Ölwanne zuzuführen.
Beispielsweise kann es sich um einen weiteren Meßbehälter
handeln, der über eine Zuleitung mit der Ölwanne
ver bindbar ist, um Schmieröl aus dem Meßbehälter,
insbesondere unter dem Einfluß der Schwerkraft, der Ölwanne
zuzuführen. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Meßbehälter
um den oben genannten Meßbehälter, der mit einer
Pumpe verbunden ist, um Schmieröl aus der Ölwanne
in den Meßbehälter zu pumpen.
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Die
Vorrichtung zur Messung des Verbrauchs an Schmieröl eines
Verbrennungsmotors eignet sich insbesondere zur Durchführung
eines im folgenden beschriebenen Verfahrens zur Messung des Verbrauchs
an Schmieröl eines Vebrennungsmotors. Bei diesem Verfahren
wird ein Pegelstand einer Messflüssigkeit in einem Steigrohr
bestimmt, welche Messflüssigkeit eine geringere Dichte
hat als das Schmieröl, wobei das Steigrohr mit einer ersten,
mit der Messflüssigkeit gefüllten Teilkammer einer Druckübertragungskammer
verbunden ist, welche erste Teilkammer über ein Druckübertragungsmittel mit
einer zweiten, mit dem Schmieröl gefüllten Teilkammer
der Druckübertragungskammer verbunden ist, welche zweite
Teilkammer über eine Ölleitung mit einer Ölwanne
des Verbrennungsmotors verbunden ist.
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Das
Verfahren kann insbesondere die folgenden Schritte umfassen:
- a) Es wird eine Situation hergestellt, in der
ein an dem Steigrohr angeordneter Pegelsensor den Flüssigkeitsspiegel
der Messüssigkeit detektiert; dies kann beispielsweise
dadurch erfolgen, daß über eine Pumpe Schmieröl
aus der Ölwanne entnommen wird, bis ein bestimmter Pegel
gegeben ist. Alternativ kann dies dadurch erfolgen, daß der Pegelsensor
an dem Steigrohr in eine Höhe verstellt wird, an der er
den Flüssigkeitsspiegel detektiert.
- b) Es wird eine definierte Menge von Schmieröl der Ölwanne
zugeführt. Dabei ist die Ölwanne bereits mit Öl
gefüllt, und der Verbrennungsmotor befindet sich beispielsweise
in einem definierten Betriebszustand. Die definierte Menge an Schmieröl
kann beispielsweise in einem Meßbehälter gemessen
worden sein.
- c) Es erfolgt ein Testbetrieb des Verbrennungsmotors.
- d) Mittels einer Pumpe wird Schmieröl aus der Ölwanne
entnommen, bis der Pegelsensor am Steigrohr erneut den Flüssigkeitsspiegel
detektiert, und die entnommene Menge an Schmieröl wird
gemessen. Beispielsweise kann das Schmieröl mittels der
Pumpe in einen Meßbehälter gefüllt werden,
in welchem dann das Volumen der Menge gemessen wird.
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Indem
sowohl bei der anfänglichen Bestimmung der Position des
Pegelsensors und/oder des Pegels in dem Steigrohr in Schritt a)
als auch bei der Detektierung des Pegels in Schritt d) derselbe
Pegelsensor an derselben Position am Steigrohr verwendet wird, kann
der zu bestimmende Pegel mit sehr hoher Genauigkeit reproduzierbar
detektiert werden.
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Über
eine Bestimmung der Differenz der in Schritt b) zugeführten
Menge an Schmieröl und der in Schritt d) entnommenen Menge
an Schmieröl kann der Verbrauch an Schmieröl sehr
genau gemessen werden, da die Volumenmessung im Meßbehälter
mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden kann.
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Vorteilhaft
ist zum einen, daß bei dem beschriebenen Verfahren keine
direkte Druckmessung des Schmieröls erforderlich ist, so
daß auf einen Drucksensor verzichtet werden kann. Die Kalibrierung
eines Meßbehälters ist wesentlich einfacher durchzuführen.
Zum anderen ergibt sich durch die erfindungsgemäße
Verwendung der Druckübertragungskammer und der Anordnung
des Pegelsensors an dem Steigrohr an der mit einer leichteren Messflüssigkeit
gefüllten Teilkammer eine sehr genaue und reproduzierbare
Pegeldetektierung.
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Der
Pegelsensor bzw. der Niveauschalter ist vorzugsweise mit einer Steuereinheit
zur Ansteuerung der genannten Pumpe verbunden. Vorzugsweise dient
die Steuereinheit auch zum Ansteuern etwaiger an dem Meßbehälter
und/oder den Zuleitungen vorhandener Ventile. Dadurch kann ein automatischer
oder weitgehend automatisierter Meßablauf erfolgen.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Messung des
Verbrauchs an Schmieröl eines Verbrennungsmotors, die eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Pegelstandsmessung umfaßt;
und
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2 eine
schematische Darstellung der Vorrichtung zur Pegelstandsmessung
aus 1.
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Eine
Meßvorrichtung 10 zur Messung des Verbrauchs an
Schmieröl 12 eines Verbrennungsmotors 14 ist
als eine Einheit ausgebildet und umfaßt als wesentliche
Komponenten eine Vorrichtung zur Pegelstandsmessung in Form eines
Niveauschalters 16 und einen Meßbehälter 18.
Der Niveauschalter 16 ist im Betrieb über eine
flexible Ölleitung 20 mit einem Ölsammelbehälter
in Form einer Ölwanne 22 des Verbrennungsmotors 14 verbunden.
Der Meßbehälter 18 ist über
ein Ventil 23, eine Zuleitung 24 und ein weiteres
Ventil 25 an einem Verbinder 26 im Betrieb mit
der Ölwanne 22 verbunden.
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Über
den Verbinder 26, eine Zuleitung 27, eine Pumpe 28 und
ein Ventil 29 ist die Ölwanne 22 außerdem
mit dem oberen Ende des Meßbehälters 18 verbunden.
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Der
Verbinder 26, und somit die Zuleitung 24 und die
Zuleitung 27, können beispielsweise durch Einführen
eines Leitungsabschnitts 27a anstelle eines Ölmeßstabes
mit der Ölwanne 22 verbunden werden.
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Der
Niveauschalter 16, also die Vorrichtung zur Pegelstandsmessung,
ist in 2 dargestellt und ist im einzelnen wie folgt aufgebaut.
Eine Druckübertragungskammer 30 ist durch eine
Wand 32 in eine erste Teilkammer 30a und eine
zweite Teilkammer 30b unterteilt. Die zweite Teilkammer 30b ist
mit der Ölleitung 20 verbunden. Die Wand 32 wird
zum größten Teil durch eine als Druckübertragungsmittel 34 zwischen
den beiden Teilkammern fungierende Schlappmembran aus Viton® gebildet, die die beiden Teilkammern 30a, 30b öldicht
trennt und ölbeständig ist.
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Die
erste Teilkammer 30a ist mit einem oberhalb der Teilkammer
angeordneten Steigrohr 36 verbunden, und die zweite Teilkammer 30b ist
mit einem oberhalb der Teilkammer angeordneten zweiten Steigrohr 38 verbunden.
Die oberen Enden der Steigrohre 36, 38 sind mit
einem Luftpuffer 40 verbunden, der über eine Luftleitung 42 mit
dem Kurbelwellengehäuse 44 des Verbren nungsmotors 14 verbunden
ist. Somit bildet der Teil der Vorrichtung, der die Ölleitung 20,
die Druckübertragungskammer 30 und den Luftpuffer 40 umfaßt,
ein geschlossenes System.
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Die Ölleitung 20 weist
am oberen Ende eine selbstschließende Schnellkupplung 45 auf,
mit der sie nach Entfernen der Ölablaßschraube
an die Ablaßöffnung der Ölwanne 22 angeschlossen
werden kann, bevor die Ölwanne und das Kurbelwellengehäuse
des 44 Motors 14 mit Öl gefüllt
werden. Die Flexibilität der Ölleitung 20 ermöglicht
es, die Höhe eines Aufstellortes der Meßvorrichtung 10 relativ
zum Ölspiegel der Ölwanne 22 zu variieren
und so zu wählen, daß sich aufgrund des statischen Öldrucks
in der zweiten Teilkammer 30b ein wählbarer Ölstand
in dem Steigrohr 38 ergibt; das Schmieröl 12 ist
in der zweiten Teilkammer 30b und im Steigrohr 38 schraffiert
dargestellt.
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Die
erste Teilkammer 30a ist mit einer Messflüssigkeit 46 in
Form eines Leichtöls mit einer Dichte von beispielsweise
0,7 kg/l befüllt. An dem Steigrohr 36 ist ein
höhenverstellbarer Pegelsensor 48 zur Erfassung
des Pegels des Leichtöls in dem Steigrohr 36 angeordnet;
das Leichtöl ist in der ersten Teilkammer 30a und
im Steigrohr 36 fein schraffiert dargestellt.
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Zurückkehrend
zu 1 ist weiter parallel zu dem Meßbehälter 18 ein
Reservebehälter 50, bei dem es sich ebenfalls
um einen Meßbehälter handelt, über ein
Ventil 52 mit der Zuleitung 24 verbunden. Dem
Reservebehälter 50 kann aus einem Vorratsbehälter 54 über
eine Pumpe 56 und ein Ventil 58 Schmieröl
zugeführt werden. Der Meßbehälter 18 und
der Reservebehälter 50 sind an ihren oberen Enden
mit jeweils einer Belüftungsöffnung 60 versehen.
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Sowohl
der Meßbehälter 18 als auch der Reservebehälter 50 bilden
jeweils mit der Zuleitung 24 eine Einrichtung, um eine
gemessene Menge an Schmieröl der Ölwanne 22 zuzuführen.
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Eine
Steuereinheit 62 der Meßvorrichtung 10 ist
mit dem Pegelsensor 48, den Pumpen 28, 56 und den
elektrisch schaltbaren Ventilen 23, 25, 29, 52 und 58 verbunden,
wie durch gestrichelte Linien dargestellt ist.
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Eine
Messung des Verbrauchs an Schmieröl des Verbrennungsmotors 14 erfolgt
beispielsweise wie im folgenden beschrieben. Nach dem Anschluß der Meßvorrichtung 10 an
die Ölwanne 22 wird diese aus dem Vorratsbehälter 54 über
den Reservebehälter 50 mit Schmieröl 12 befüllt,
bis sich durch den über die Schlappmembran auf das Leichtöl übertragenen
statischen Öldruck in der Druckübertragungskammer 30 ein
Füllpegel des Leichtöls in dem Steigrohr 36 ergibt.
Der Verbrennungsmotor 14 wird in Betrieb genommen. Nach
einem Warmlaufen des Motors und Erreichen der Betriebsbedingungen
für den Dauerbetrieb erfolgt eine Einstellung des Pegelsensors 48 auf
die Lage des Pegels des Leichtöls im Steigrohr 36.
Hierzu kann ggf. über die Pumpe 28 und die Zuleitung 27 solange Öl
aus der Ölwanne 22 entnommen werden, bis der Pegelsensor 48 den Flüssigkeitsspiegel
detektiert.
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Es
wird dann eine beispielsweise in dem Reservebehälter 50 oder
dem Meßbehälter 18 gemessene Menge von
Schmieröl über die Zuleitung 24 der Ölwanne 22 zugeführt.
Dabei steigt der Flüssigkeitspegel im Steigrohr 36 an.
Anschließend erfolgt über eine gemessene Zeitdauer
der Testbetrieb des Verbrennungsmotors 14. Zum Abschluß der Ölverbrauchsmessung
wird mittels der Pumpe 28 solange Öl aus der Ölwanne 22 entnommen
und dem Meßbehälter 18 zugeführt,
bis der Pegel des Leichtöls im Steigrohr 36 wieder
soweit absinkt, daß der Pegelsensor 48 den Flüssigkeitsspiegel
erneut detektiert.
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Die
entnommene Menge an Schmieröl wird im Meßbehälter 18 gemessen,
und aus der Differenz zu der zuvor eingefüllten Menge wird
der Verbrauch an Schmieröl bestimmt.
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Die
beschriebenen Vorgänge und Messungen können von
der Steuereinheit 62 automatisiert durchgeführt
werden.
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Die Ölleitung 20 und
die Zuleitung 24 weisen nicht dargestellte Ablaßhähne
auf, um das Öl aus der Vorrichtung wieder abzulassen, bevor
diese von dem Verbrennungsmotor 14 getrennt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2442746 [0002]
- - DE 10112498 A1 [0004]