DE2515960A1

DE2515960A1 - Verfahren zur messung des oelverbrauchs von verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2515960A1
Application number: DE19752515960
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Fritzsche
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2307257A1; FR2307257B1; GB1530512A; DE2515960C2; US4048497A

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 4. V-.-ril

KERNFORSCHUNG MBH PLA 7513 Ga/sz

Verfahren zur Messung des Ölverbrauchs von Verbrennunas-

Die Erfindunq betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur
Durchführung des Verfahrens zur Messung des Ölverbrauchs von
Verbrennunqskraftmaschinen, bei dem das Öl mit Tritium oder
anderen Tracern radioaktiv markiert und das Abgas auf deren Gehalt untersucht wird.

13s sind bereits Meßmethoden zur Bestimmung des Ölverbrauchs bekannt (MTZ 32 (1971) 3, Seiten 84 bis CO), die hierzu die Hessuna des ÖlVolumens oder des Ölgewichts heranziehen. Weiterhin isr die

Bestimmung des Ölverbrauchs mit H-Tracermarkierung und Messung des Η-Verbrauchs in der Gasphase bekannt (Automobiltechr.ische
Zeitschrift, 73. Jahrgang, Hr. 3, März 1971, Seiten 75 bis 79). Da die zuerst genannte Meßart ungenau ist und eine Verfälschung

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der Ergebnisse durch Kraftstoffverdünnung und Ölverschäumur.cr auftritt, sowie der Flüchtigkeitseinfluß des Ölverbrauchs nicht richtig bei Markierung des Öls mit Zn- und ?Ta-Tracern zu erfassen ist, muß die zweitgenannte Meßmethode als zur 3e.it aünstigste für die Messung des Ölverbrauchs angesehen werden.

Sie arbeitet mit der Tritiummarkiorung des Öls und dessen J'.essun-r in der Gasphase in einem Proportionalzähler, wobei dem Motorabaas kontinuierlich ein Teilstrcm entnommen und dem Proportional^Mhler gemeinsam mit einem Methanstx*om zugeführt wird. Im Sumpf des Motors befindet sich tritiertes Motorenöl. Mit dem ölverbrauchsstrcrn gelangt der Aktivitätsstrom ins Abgas und wird von ihm getragen. Es stellt sich eine Aktivitätskonzentration im Abgas ein, die in dem Detektor gemessen werden kann.

Um den Ölverbrauch jedoch berechnen zu können, ist die Bestimmung der Detektoransprechwahrscheinlichkeit, der spezifischen Aktivitc" des Meßöls und des Abgasvolumenstroms nötig, wobei aber zusätzlich zur Bestimmung des Abgasvolumenstrons u.a. die Meßwerte Volunenstrom der Ansaugluft, Ansaugdruck, Temperatur der Luft, Kraftstoffdichte, Kraftstoffverbrauchsstrom, Kraftstofftemperatur, Abcastemperatur und die Abgasdichte erforderlich v/erden. Weiterhin ist die Detektoransprechwahrscheinlichkeit nicht für alle Betriebsbedingungen des Motors konstant. Sie schwankt in der Größenordnuna von über 100 %. Das hängt u.a. von der unterschiedlichen Ionisierbarkeit, bedingt durch die Abgaszusainmensetzung, ab. Für einen Motor lauf ist daher die Ansprechwahrscheinlichkeit für alle interessierenden Betriebspunkte mit einem nicht tritierten Motoröl und definierter Η-Zugabe zu ermitteln. Danach muß das gleiche Programm ein zweites mal mit tritiertem öl zur Messung des Ölverbrauchs gefahren werden.

Durch das endliche Volumen der Zuleitungen zum Detektor tritt eine Totzeit von ca. zwei Minuten auf. Durch die Verzögerung bei der Vermischung der Gase im Detektor tritt nach einer Verän-

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derung der stationäre Wert, der dem veränderten Betriebspunkt entspricht, erst nach ca. 10 - 12 Minuten ein. Während dieser Zeit wird notwendigerweise die Umwelt mit Tritium belastet - dies qilt auch für die Meßzeit selbst, denn während der Meßzeit nuß der Motor laufen und nur ein winziger Teilstrom kann ja zur Messung herangezogen werden. Auch der Prüf lauf des Motors (Investitionen \in^r1 Betriebskosten) wird verlängert. Hochspannungsschwankunaen an Detektor bewirken Meßfehler.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunnehr darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Dtirchführung dieses Verfahrens zn bieten, das es gestattet, den Ölverbrauch mit kürzerer Motorversuchszeit, einer Unabhängigkeit vom Motorbetriebspunkt und mit gerinaeren Fehler durch Hochspannungsschwankungen an den Detektoren ζτι nssser., wobei keine Messung der Ansaugdaten benötigt und eine Flexibilität bei der Aufmischung des Meßöls nowie bei der Meßzeit erhalten wird, ohne dabei eine höhere Umweltbelastung mit Tritiun in Kauf nennen z\i nüssen. Das !Endergebnis, der Ölverbrauch wird durch diese Maßnahne erheblich genauer.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgeiaäß darin, daß aus den Abgasstrom nindestens eine erste Probe entnommen wird, daß den Abgasstrom zusätzlich den öl in der Verbrennungskraftnaschine entsprechendes öl zugenischt wird, daß danach aus den Abgasstron hinter der Zumischstellc mindestens eine zweite Probe entnommen wird, und daß der Gehalt an Radiotracern der ersten und zweiten Probe oder Mittelwerte dieser Proben miteinander verglichen werden.

Eine Weiterbildung des erfindungsgenäßen Verfahrens sieht vor, daß die ersten und zweiten Proben in ersten und zweiten Detektoren ausgemessen werden, wobei die ersten und zweiten Detektoren parallel betrieben werden.

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Eine erste Einrichtung zur Durchführuna des erfindunrrsaemäßen Verfahrens mit einem Motor mit Luft- und Kraftstoffzuleitung, mit ölsumpf für radioaktiv markiertes öl und Abcrasleituna ist gekennzeichnet durch eine Zumischstelle an der Abgasleituna für frisches oder aus den ölsumpf stammendes, radioaktiv markiertes öl, durch eine oder mehrere Entnahmestellen für erste Proben vor der Euinischstelle in Strömunn-srichtuno des Zibgases gesehen, und durch eine oder mehrere weitere Entnahmestellen für zweite Proben hinter der Zumischstelle.

Eine zweite nügliche Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Motor mit Luft- und Kraftstoffzuleitung, mit ölsumpf für radioaktiv markiertes öl und Abcasleituna ist gekennzeichnet durch eine Zumschstelle an der Abgasleituna für frischen oder aus dem ölsumpf stammendes, radioaktiv markiertes öl, durch eine oder mehrere Entnahmestellen für erste Proben hinter der Zumischstelle in Strömungsrichtunn des Abaases gesehen, und durch eine oder mehrere weitere Elntnahmestellen für zweite Proben hinter der ersten Entnahmestelle für die ersten Proben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführunasbeisniels mittels einer schernatischen Darstellung der ersten Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in der Figur näher erläutert.

Bei der Herstellung des tritierten Öls wird von ca. 20 hochakti-

ven, mit H markierten ölfraktionen ausgegangen. Je nach Siedelinie des zu verwendenden öls kann jetzt die Aktivität derart zusammengemischt werden, daß keine Unterschiede in der spezifischen Aktivität einzelner Fraktionen des fertiw gemischten öls auftreten, So ist der Flüchtigkeitseinfluß auf den Ölverbrauch richtig erfaßbar. Ohne größeren Aufwand (Extra-Tritierung) läßt sich jedes öl markieren. So können auch verschiedene Parameter des Öls untersucht werden wie z.B. die Viskosität und die Flüchtigkeit.

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Die Messung erfolgt durch Abgasnrobennahne. Die Detektoren 1 und bekannter Bauart für die ersten und zweiten Proben 3 und 4 v/erden mit Methan gespült und auf 0.75 at Methan entleert. Zu diesen Methangas wird dann die Abgas^robe 3 bzv;. 4 in die Detektoren

1 und 2 gegeben bis wieder 1 at herrscht. Beide Detektoren 1 und

2 sind nemeinsan in einem, temperierten Raum 5 untergebracht und liegen, zur Verhinderung von HochBnannnngs-Schwankungfehlern, an einer geneinsamen ilochspannungsquelle 6.

In der Figxir ist die schettatische erste Einriohtunrr darn-estellt. Der Motor 7 weist einen ölsunpf 3 auf, der das radioaktiv markierte öl enthält, über die Leitungen 9 und 1O wird Luft bzw. Kraftstoff dem Motor 7 zugeführt. Weiterhin ist an dem Motor eine Abgasleitung 11 angeschlossen, welche in zwei Teilstücke I und II unterteilt ist und zu einem Kamin 12 führt. Die Unterteilung der Abgasleitung 11 erfolgt durch die Z\imischstelle 13.

Zur Messung eines Motorbetriebspunktes werden jeweils paarweise erste und zweite Abgasproben 3 und 4 entnommen. Dies erfolgt, nachdem der Motor 7 seinen konstanten Betriebspunkt erreicht hat. Mit Hilfe einer Einspritzpumpe (nicht näher dargestellt) an der Zumischstelle 13 kann den Abgasstrom in der Abgasleitung 11 ein konstanter ölstrom mit aktiviertem öl aus dem Sumpf 8 über die Leitung 14 oder ein dem Öl im ölsumpf 8 entsprechendes öl eingespritzt werden. Es wird sichergestellt, daß dieses zusätzliche öl verbrennt und die Aktivität in der Gasphase vorliegt.

Die Einspritzung kann nach der ersten Probenentnahme in der Teilleitung I erfolgen. Im Teilstück I der Abgasleitung 11 befindet sich nur die Aktivität, die aus dem Ölverbrauch im Motor 7 stammt, und im Teilstück II nach der Zumischvorrichtuna 13 befindet sich zusätzlich noch die bekannte, kontinuierlich zugemischte Aktivität. Die Probennahme der ersten Proben 3 (eine oder mehrere sind auch möglich) erfolgt hier vor der Zumischstelle 13 in Strömungs- - richtung des Abgases gesehen» Sie kann aber auch hinter der Zumischstelle 13 erfolgen, genauso wie die Probennahme- der Proben 4 (wiederum eine oder mehrere zweite Proben möglich), jedoch

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noch vor der Probennahne der Proben 4. Gleichzeitic muß darauf geachtet werden, daß in diesem Fall die Einspritzung an der ZumiGChstelle 13 erst nach Probenentnahme der ersten Proben 3 erfolgt ist.

Die Probenentnahme geschieht z.B. durch evakuierte Stahl flascher., deren Magrietschieber 15 für die Messung geöffnet werden. Auch ist eine Probenentnahme durch Hernbranpurnoen riörlich .

Die ersten und zweiten Proben 3 und 4 worden jeweils paarweise zur gleichen Zeit in zwei Detektoren 1 und 2 gemessen. Beide Detektorer 1 und 2 v/erden von der gleichen Hochspannung· 6, wie bereits erwähnt, versorgt. Dadurch können Schwankungen nicht die sonst bekannten Fehler bewirken.

Der Ölverbrauch ergibt sich aus der Messung zu

¹V

T-T

¹V+ ¹V

Hierbei bilden V der Ölverbrauch in ml/h, I„ die Impulsrate der Probe 3, I„ die Irapulsrate der Probe 4 und Z die Zuspritzmencre in ml/h.

Durch diese Vergleichsnessung werden Fehler, die durch unterschiedliche Detektoransprechwahrscheinlichkeit entstehen, verrieden. Da sich die Zumischrnenge Z über die Einspritzpumpe an der Zumischstelle 13 und z.3. deren Drehzahl sehr exakt bestimeη läßt und die einzigen Meßgrößen zwei Zählraten bzw. Imrmlsraten T^₇. und I_v+ sind, wird der Fehler bei der Messung des Ölverbrauchs V im wesentlichen nur von der Statistik des radioaktiven Zerfalls bestimmt. Da das Verfahren nicht on-line arbeitet, läßt sich dieser Fehler durch längere Meßzeiten noch verkleinern.

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Claims

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 4. April 1975

KERNFORSCHUNG MBH PLA 7513 Ga/sz

P_atentansp_r ü che__:_

' 1. !verfahren zur Messung des Ölverbrauchs von Verbrennunaskraft- -—-^ maschinen, bei dein das öl mit Tritirm oder anderen Tracern radioaktiv markiert und das Abgas auf deren Gehalt untersucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Abgasstro™ (11) mindestens eine erste Probe (3) entnommen wird, daß den Abgasstrom (11) zusätzlich dem öl in "der Verbrennuncrskraf tmaschine (7) entsprechendes Öl zugemi seht wird, daß danach aus dem Abgasstrom (11) hinter der Zumischstelle (13) mindestens eine zweite Probe (4) entnommen wird, und daß der Gehalt an Radiotracern der ersten und zweiten Probe (3 und 4) oder Mittelwerte dieser Proben (3 und 4) miteinander verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Proben (3 und 4) in ersten und zweiten Detektoren (1 und 2) ausgemessen werden, wobei die ersten und zweiten Detektoren (1 und 2) parallel betrieben werden.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Motor mit Luft- und Kraftstoffzuleitung, mit Ölsumpf für radioaktiv markiertes öl und Abgasleitung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Zumischstelle (13) an der Aboasleitung (11, I, II) für frisches oder aus dem Ölsumpf (3) stammendes, radioaktiv markiertes öl, durch eine oder mehrere Entnahmestellen für erste Proben (3, 15) vor der Zumischstelle (13) in Strömungsrichtung des Abgases gesehen, und durch eine oder mehrere weitere Entnahmestellen (15) für zweite Proben (4) hinter der Zumischstelle (13).

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Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit einem Motor mit Luft- und Kraftstoffzuleituna, mit Ölsumpf für radioaktiv markiertes Öl und Abgasleitung/ gekennzeichnet durch eine Zumischstelle (13) an der Abgasleitung (11/ I, II) für frisches oder aus dem Ölsumpf (8) stammendes, radioaktiv markiertes öl, durch eine oder mehrere Entnahmestellen (3, 15) für erste Proben (3) hinter der Sumischstelle (13) in Strömungsrichtung des Abgases (11) gesehen, und durch eine oder mehrere v/eitere Entnahmestellen (4, 15) für zweite Proben (4) hinter den Entnahmestellen (3, 15) der ersten Proben (3) in Strömungsrichtung des Abgases (11) gesehen.

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