DE2718295B2 - Vorrichtung zur Messung des Ölstandes in Kurbelwannen von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

a) die Halterung (25) als durch einen Rohrstutzen (22) einer ölwanne (24) einführbarer, an sich bekannter, ölmeßstab ausgebildet ist,

b) der ölmeßstab am unteren Ende einen Innenraum (13) mit mindestens einer öffnung (12) aufweist,

c) im Innenraum (13) der Widerstandsleiter als Widerstandsdraht (10) zwischen dem maximalen (MAX) und dem minimalen (MIN) Ölstand durchgehend angeordnet ist, und

d) der Widerstandsdraht (10) durch eine Feder (16) gespannt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (13) durch eine den Widerstandsleiter (10) allseitig umgebende Hülse (U) begrenzt ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsleiter (10) als gestreckter, in Betriebsstellung senkrecht ausgerichteter Widerstandsdraht ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsleiter (10) einseitig elektrisch leitend an der Halterung (25) befestigt ist, die als elektrischer Anschluß dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (10) einen Durchmesser von ca. 0,1 mm und eine Heizleistung von größenordnungsmäßig 1 Watt hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsleiter (10) auf seiner gesamten Länge mit einem Wärmespeicher (27) in wärmeleitender Verbindung steht.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Ölstand von Verbrennungsmotoren schwankt aufgrund praktisch unvermeidbarer Ölverluste und in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen portionsweise nachgefüllter ölmengp.n zwischen einem minimalen und einem maximalen ölstand, wobei die zulässige ölstandsdifferenz von Motorenhersteller vorgegeben ist und bei PKW-Motoren zwischen 10 und 40 Millimetern schwankt. Die minimalen und maximalen ölstände sind durch Kerben oder Striche auf den üblichen, aus Blech oder Draht bestehenden ölmeßstäben angezeigt. Beim Herausziehen dieser ölmeßstäbe läßt sich aufgrund der Benetzung feststellen, an welcher Stelle sich der ölspiegel befindet. Es handelt sich hierbei

um eine sogenannte Analoganzeige des ölstandes.

Zusätzlich ist der ölstand nicht nur vom Belastungszustand des Motors wie von der Drehzahl und der Temperatur, sondern auch von größeren Kräften bei Kurvenfahrten, Beschleunigungs- und Bremsvorgängen und anderweitig bedingten Schräglagen des Fahrzeugs abhängig. Schließlich wird bei Kolbenmotoren ein Teil des Schmieröls in der Kurbelwanne herumgeschleudert, nachdem es aus den Lagerstellen der Kurbelwelle ίο ausgetreten ist Von Einfluß auf den augenblicklichen Ölstand ist auch die temperaturabhängige Viskosität des Öls und — nach dem Stillsetzen des Motors — die bis zur Messung verstreichende Zeit, da sich der Ölstand nur langsam und asymptotisch wieder dem Endwert annähert. All diese inneren und äußeren Einflüsse gestalten eine exakte und kontinuierliche Überwachung des ölstandes schwierig.

Bei Kraftfahrzeugmotoren ist es überwiegend üblich, eine ölstandskontrolle im Motorraum mittels eines Ölmeßstabes bei stehendem Motor und stehendem Fahrzeug vorzunehmen. Die Kontrolle ist umständlich und mit einer Gefahr der Verschmutzung von Kleidungsstücken verbunden. Die Praxis hat daher gezeigt daß eine Ölstandskontrolle in der Regel nur selten und dann beim Aufsuchen einer Werkstatt oder Tankstelle durchgeführt wird.

Wünschenswert ist bei Kraftfahrzeugen eine Ölstandskontrolle mit einer Anzeige am Armaturenbrett Bei einer solchen »Fernmessung« ist es von Bedeutung,

i» daß der Bereich zwischen dem maximalen und dem minimalen ölstand im allgemeinen nur etwa 20 mm beträgt Für die Anzeige muß also ein außerordentlich empfindliches Gerät verwendet werden. Durch die DE-PS 17 98 094 ist ein pneumatisches Meßgerät

» bekannt, welches eine leicht ansprechende Kissenmembran mit einem entsprechenden Meßwerk enthält. Auch mit diesem Gerät ist eine zuverlässige Messung nur bei stillstehendem Motor möglich, da die Messung durch die wechselnden Druckverhältnisse im Kurbelwellenraum

'<> des Motors beeinflußt würde. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß ein Teil der Verbrennungsgase durch Undichtigkeiten zwischen Kolben, Kolbenringen und Zylinder in den Kurbelwellenraum gelangt, so daß dieser seinerseits über eine Unterdruckleitung an die

^4r> Saugleitung des Motors angeschlossen ist. Eine Kompensation dieser starken Veränderungen unterliegenden Vorgänge hat sich als problematisch erwiesen. Außerdem wird aufgrund des Funktionsprinzips des bekannten Meßgeräts eine Luftpumpe benötigt, mit der

5« eine geringe Luftmenge in einen Verbindungsschlauch zwischen einem eingetauchten Meßröhrchen und einem Anzeigegerät gepumpt werden muß.

Durch die DE-OS 23 08 823, die DE-OS 14 73 132 und die US-PS 33 24 722 sind Flüssigkeitsstandsmeßeinrichtungen bekannt, bei denen der Temperaturunterschied zwischen den von der Flüssigkeit benetzten und den außerhalb der Flüssigkeit liegenden Teillängen des Meßwiderstands und der sich daraus ergebende Gesamtwiderstand zur Bestimmung des Flüssigkeitspegels herangezogen wird. Die bekannten Meßsonden sind meist in Form einer Widerstandswendel auf einen Tragkörper gewickelt und dienen entweder für Dampfkessel, für Reaktoren oder für andere großvolumige Behälter.

ω Die DE-OS 2140 963 betrifft eine Einrichtung /ur Kontrolle des Füllstandes von Flüssigkeiten, insbesondere zur Kontrolle des ölstandes in Brennkraftmaschinen. Die Einrichtung enthält zwei Kaltleiter-Widerstän-

20

25

30

de, von denen der eine außerhalb und der andere innerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist. Abgesehen davon, daß hiermit keine kontinuierliche Messung, sondern nur eine Ja-Nein-Messung durchführbar ist, wird nur ein bereits bestehender ölmange. angezeigt, nicht aber ein Überfüllen mit ÖL Auch eine Vorwarnung im Hinblick auf einen sich der unteren Marke nähernden ölstand erfolgt nicht Die bekannte Vorrichtung ist zum testen Einbau in die Kurbelwanne eines Verbrennungsmotors mittels eines Schraubgewindes vorgesehen, nicht aber als Sblicher ölmeßstab.

Durch die DE-PS 6 75 195 ist ein Flüssigkeitsstandsanzeiger für Braupfannen bekannt der ein in die Braupfanne eingebautes Rohr mit einem darin untergebrachten Meßwiderstand besitzt Weder das Rohr noch der Widerstandsdraht können ohne weiteres aus der Braupfanne ausgebaut werden, weil der Widerstandsdraht am unteren Ende des Rohres isoliert durch die Pfannenwand hindurchgeführt ist Es ist nicht möglich, einen serienmäßigen Verbrennungsmotor nachträglich mit einem derartigen Flüssigkeitsstandsanzeiger auszurüsten.

Durch die DE-AS 11 72 870 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes tiefsiedender Flüssigkeiten bekannt, die in bezug auf den Flüssigkeitsspiegel einen praktisch punktförmig angeordneten Meßwiderstand besitzt Ein solches Widerstandselement erstreckt sich nicht zwischen den minimal und maximal möglichen Flüssigkeitsständen und erlaubt auch keine Analoganzeige des Flüssigkeitsstandes zwischen diesen Werten. Vielmehr ermöglicht der Meßwiderstand nur eine Anzeige dahingehend, ob er in die Flüssigkeit eingetaucht ist oder nicht Die bekannte Vorrichtung kann also nicht feststellen, wie weit der Flüssigkeitsspiegel unterhalb oder oberhalb des Meßwiderstandes liegt, « Damit ist eine Frühwarnung ausgeschlossen, wie sie bei Kraftfahrzeugmotoren ohne kontinuierliche Nachfüllung unerläßlich ist. Bei der bekannten Vorrichtung soll sogar eine permanente Benetzung des Meßwiderstandes mit der Flüssigkeit vermieden werden. Die 4« permanente Benetzung des Meßwiderstandes durch die Flüssigkeit ist hingegen bei einer proportionalen bzw. Analoganzeige unerläßlich.

Durch die DE-AS 12 53 927 ist eine Einrichtung zur Überwachung eines Wasserstandes bekannt, bei der die *^r> Achse des Fühlerrohres und damit die Längsausdehnung des Wärmefühlers waagrecht verläuft. Daraus ergibt sich, daß die Länge des Fühlers nicht zur Erzeugung eines proportionalen Signales dienen kann. Vielmehr soll ein Signal erst dann erzeugt werden, wenn to das Wasser den Fühler erreicht. Die bekannte Anordnung ist nur imstande festzustellen, ob das Wasser den Fühler benetzt oder nicht. Weichen Abstand der Wasserspiegel vom Fühler hat, vermag auch diese bekannte Einrichung nicht anzuzeigen. v>

Durch die DE-OS 15 48 956 ist ein Flüssigkeitsstandsanzeiger für ölbehälter bekannt, dessen Sonde im Hinblick auf die Flüssigkeitsmenge praktisch punktförmig ausgebildet ist. Dabei geht es im wesentlichen auch nur darum, ein Überfüllen des Flüssigkeitsbehälters zu vermeiden. Sobald der gewünschte und einstellbare Füllstand erreicht ist, soll die Förderpumpe abgeschaltet werden. Die Sonde erstreckt sich also nicht zwischen dem minimalen und dem maximalen Füllstand und erzeugt infolgedessen auch kein dem Füllstand propor- ft5 tionales Signal. Die bekannte Sonde vermag nicht festzustellen, in welchem Abstand sich der ölspiegel unterhalb oder oberhalb der Sonde befindet. Mittels einer Längsverschiebung der Sonde ließe sich zwar die Lage des ölspiegels orten. Dies würde jedoch eine zusätzliche Meß- und Anzeigeeinrichtung für die relative Lage der Sonde zum Gehäuse erforderlich machen. Außerdem würde die Bedienung dadurch wesentlich erschwert

Demgegenüber liegt dem Erfindungsgegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung für den ölstand in Kurbelwannen anzugeben, durch welche dieser ölstand, der innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, proportional angezeigt werden kann, und die an die Stelle eines herkömmlichen ölmeßstabes in einen serienmäßigen Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung anzugeben, mit der eine kontinuierliche Anzeige auch bei einem fahrenden Kraftfahrzeug am Armaturenbrett möglich ist

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Kombination der Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.

Mit dem Erfindungsgegenstand sind die Vorteile verbunden, daß jeder herkömmliche Verbrennungsmotor mit einem üblichen ölmeßstab ohne weiteres und sofort d. h. durch reinen Austausch des ölmeßstabes auf eine Fernanzeige am Armaturenbrett umgerüstet werden kann. Die konstruktiven Voraussetzungen beim Verbrennungsmotor gehen nicht über denjenigen hinaus, die für eine Ölstandsmessung herkömmlicher Art ohnehin bereits vorhanden sein müssen. Der ölmeßstab ist in den genannten Rohrstutzen von oben abgedichtet einführbar und natürlich auch wieder herausnehmbar. Er kann also auch zu einer ganz normalen Ablesung im Motorraum verwendet werden, ohne daß die Zündung eingeschaltet werden müßte, was für eine Fernanzeige in der Regel Voraussetzung ist. Mit dem Herausnehmen des ölmeßstabes wird aber auch wieder eine Möglichkeit des Ölwechsels geschaffen, für den die meisten Tankstellen ausgerüstet sind; diese besitzen eine Sauganlage für die Absaugung des Motoröls durch den Rohrstutzen hindurch, durch den üblicherweise der ölmeßstab eingeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet ohne bewegliche Teile am Meßort und daher vollständig verschleißfrei und genau. Erschütterungen haben keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit, desgleichen nicht eine unruhige Oberfläche des Öls, da der Widerstandsleiter aufgrund einer geringfügigen Wärmeträgheit offenbar eine integrierende Wirkung ausübt. Die Anzeige kann infolgedessen kontinuierlich durchgeführt werden. Ein sich über dem Meßmedium aufbauender Unter- oder Überdruck hat keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit. Auch im öl enthaltene Gasblasen, die das ölvolumen scheinbar vergrößern, haben keinen schädlichen Einfluß auf das Meßergebnis, da der Widerstandsleiter diesen Einfluß selbsttätig kompensiert.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß das e¹ findungsgemäße Meßverfahren selbst unter den kurzzeitig stark wechselnden Betriebsbedingungen und Betriebsparametern eines Kraftfahrzeugmotors voll zufriedenstellend funktionsfähig ist, insbesondere dann, wenn der Widerstandsleiter allseitig bis auf die kleine Ein- und Austrittsöffnungen für das Meßmedium, die die Wirkung von Drosselbohrungen haben, gegen direkte ölspritzer und gegen ein starkes Schwappen des Öls geschlitzt ist. Dies kann in besonders einfacher und zuverlässiger Weise dadurch erreicht werden, daß die

Halterung für den Widerstandsleiter als eine den Widerstandsleiter allseitig umgebende, mit Ein- und Austrittsöffnungen für die Flüssigkeit versehene Hülse ausgebildet ist. Es genügt dabei im Prinzip je eine öffnung am unteren und am oberen Ende der Hülse, so daß deren Innenraum mit der Umgebung eine Art kommunizierendes Gefäß bildet. Die Hülse ist in jedem Fall ein wirksames Dämpfungselement für starke Flüssigkeitsbewegungen sowie ein wirksamer Spritzschutz. Die Hülse kann dabei das Ende des rohrförmigen ölmeßstabes bilden.

Dabei ermöglicht der Erfindungsgegenstand aber auch die für eine Frühwarnung unbedingt erforderliche Proportionalanzeige des ölstandes: Durch die Anzeige der relativen Lage des Ölspiegels zu Maximal- und Minimaiwerten erhält erhält die Bedienungsperson sowohl Informationen über eine Überfüllung als auch frühzeitig über einen Mangel an öl. Dies hat den weiteren Vorteil, daß öl aus Sicherheitsgründen nicht bis zum maximalen Füllstand aufgefüllt werden muß, sondern daß der ölpegel in der Mitte des Bereichs gehalten werden kann. Hierbei haben nämlich die meisten Motoren einen niedrigeren Ölverbrauch.

Schließlich kann die Messung auch mit Nullpunktunterdrückung durchgeführt werden, so daß eine starke Spreizung des Meßbereichs nach Art eines Lupeneffekts vorgenommen werden kann.

Als Material für den Widerstandsleiter kommt dabei bevorzugt ein dünner Nickeldraht mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm in Frage, der zwischen dem w maximalen und dem minimalen Flüssigkeitsstand ausgespannt wird. Durch die Feder wird der Widerstandsleiter trotz seiner temperaturabhängigen Längenausdehnung stets zuverlässig gespannt gehalten. Nicke! hat einen für den geforderten Zweck besonders s'> geeigneten, großen, positiven Temperaturkoeffizienten (PTC), ist hinreichend billig, gestattet eine einfache Verarbeitung auch bei dünnen Querschnitten und kann durch Stromdurchfluß bis auf Temperaturen von etwa 60O⁰C aufgeheizt werden. Bei einer derartigen Tempe- 4» raturerhöhung vergrößert sich der elektrische Widerstand auf das Mehrfache des Wertes bei Raumtemperatur, ein Vorgang, der beispielsweise mittels einer bekannten Brückenschaltung und einem entsprechend geeichten Spannungsmeßgerät zur Anzeige gebracht werden kann.

Größenordnungsmäßig soll die Heizleistung des Widerstandsleiters 1 Watt betragen. Diese Angabe besagt, daß die zu überwachende Flüssigkeitsmenge nicht merklich aufgeheizt werden soll, daß andererseits jedoch eine genügend hohe Temperatur des nicht von der Flüssigkeit benetzten Teils des Widerstandsleiters erreicht wird, die zu einer entsprechenden Widerstandserhöhung und damit zu einem gut auswertbaren Meßsignal führt Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Temperatur des Meßmediums, d. h. der Flüssigkeit ihrerseits natürlich das Meßergebnis beeinflußt Dies ist beispielsweise von Bedeutung bei der Überwachung des Ölstandes von Verbrennungsmotoren, da die öltemperatur zwischen Start und Vollast zwischen etwa — 20⁰C bo und 120⁰C schwanken kann. Der Einfluß der Temperatur des Meßmediums ist dabei um so geringer, je höher die Betriebstemperatur des nicht benetzten Teils des Widerstandsleiters gewählt wird. Eine Dimensionierung des Widerstandsleiters im Sinne der obigen Angaben und eine Betriebstemperatur oberhalb 400° C bis maximal etwa 600⁰C haben sich jedoch als für den geforderten Zweck vollständig ausreichend erwiesen.

Die Wirkung eines derart dimensionierten und beheizten Widerstandsleiters beruht darauf, daß dieser an der Stelle der Benetzung durch das Meßmedium die geringe Wärmeleistung sofort an das Meßmedium verliert, d. h. nur unwesentlich erwärmt wird, so daß der Widerstand entsprechend gering bleibt. Auf seiner nicht vom Meßmedium benetzten Teillänge kann der Widerstandsleiter jedoch ohne weiteres entsprechend hohe Temperaturen annehmen, wodurch der Widerstand nach Maßgabe der Werkstoffkonstanten entsprechend stark zunimmt. Der Gesamtwiderstand des Widerstandsleiters ist gleich der Summe der Teilwiderstände des vom Meßmedium benetzten und des nicht benetzten Teils. Je größer die eingetauchte Teillänge des Widerstandsleiters ist, um so geringer ist der Gesarntwidersiand und umgekehrt. Dieses Verhalten läßt sich auf die oben angegebene Weise beispielsweise in einer Brückenschaltung meßtechnisch auswerten, wobei die Skala des Anzeigegeräts in der Weise geeicht wird, daß bei völlig unbenetztem Widerstandsleiter die Anzeige »LEER« erfolgt und bei vollständig benetztem Widerstandsleiter die Anzeige »Voll«.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend an Hand der Figur näher erläutert, die einen Axialschnitt durch eine als Ölmeßstab ausgebildete Meßvorrichtung in der ölwanne eines Verbrennungsmotors zeigt.

Ein Widerstandsleiter 10 ist als dünner Nickeldraht mit einem Durchmesser von 0,1 mm ausgeführt und hat die Länge, die geringfügig größer ist als der Abstand zwischen dem maximalen Flüssigkeitsstand »MAX« und dem minimalen Flüssigkeitsstand »MIN«, der auch als Meßbereich B bezeichnet werden kann. Der Widerstandsleiter ist allseitig von einer koaxialen, rohrförmigen Hülse Il umgeben, deren Länge die Länge des Widerstandsleiters aus den nachstehend angegebenen Gründen übersteigt. In der Hülse 11 sind mehrere Ein- und Austrittsöffnungen 12 mit Drosselwirkung angeordnet, so daß der Innenraum 13 der Hülse 11 mit der Umgebung ein System gedämpft kommunizierender Gefäße bildet. Hinter den Öffnungen 12 ist auf einem Teiiumfang ein gleichfalls koaxiales Leitblech 14 angeordnet, welches die Dämpfungswirkung der öffnungen 12 weiter erhöht. Dieses Leitblech hat jedoch nicht zwingend erforderlich.

Im Bereich des unteren Randes ist aus der Hülse 11 eine schmale Zunge 15 herausgestanzt und radial bis über die Mittenachse einwärts gebogen. Diese Zunge dient als Halterung und als elektrische Zuleitung des Heizstromes zum Widerstandsleiter 10, und zwar über eine Zugfeder 16, die mit dem Widerstandsleiter 10 in Reihe geschaltet ist. Das der Zunge 15 abgekehrte Ende der Zugfeder 16 ist mit dem Widerstandsleiter 10 an der Stelle 17 elektrisch leitend verbunden. Das andere Ende des Widerstandsleiters 10 ist an eine Zuleitung 18 angeschlossen, die koaxial in einer Isolierhülle 19 gehalten ist. Die Isolierhülle 19 ist von einem rohrförmigen Stab 20 umgeben, der aus Metall besteht und mit der Hülse 11 elektrisch leitend verbunden ist. Das jenseitige Ende des Stabes 20 ist in einer zylindrischen Büchse 21 befestigt, die dem Innendurchmesser eines Rohrstutzens 22 angepaßt ist, der normalerweise zur Aufnahme und Halterung des üblichen ölmeßstabes dient Der Innendurchmesser eines solchen Rohrstutzens liegt meistens bei 6,4 oder 8 oder 12 mm und ist an Masse gelegt Auf die angegebene Weise ist die Büchse 21 einer der Anschlüsse für die Leitung des Heiz- und Meßstromes

durch den Widerstandsleiter 10. Der andere Anschluß 23 stellt die Verlängerung der Zuleitung 18 dar und führt zur Brückenschaltung und von dort zu dem nicht dargestellten Anzeigeinstrument am Armaturenbrett.

Die Meßvorrichtung befindet sich in der gleichen Lage und an der gleichen Stelle wie der übliche öimeßstab in einer ölwanne 24 eines Verbrennungsmotors. Auf die dargestellte Weise ist es möglich, jede Veränderung des Flüssigkeitsstandes S innerhalb des Meßbereiches »B« — und geringfügig darüber — auf das Anzeigegerät zu übertragen. Zusätzlich ist natürlich die in der Figur dargestellte Anordnung wie ein herkömmlicher öimeßstab benutzbar, dann nämlich, wenn entsprechende Markierungen »MAX« und »MIN« auf dem Außenmantel der Hülse 11 angebracht sind. Hülse 11 und Stab 20 bilden zusammen eine Halterung 25 für die räumliche Fixierung des Widerstandsleiters 10 im öl 26.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung des ölstandes in Kurbelwannen von Verbrennungsmotoren, bestehend aus einer Halterung mit einem dem öl zugänglichen Innenraum, in dem ein Widerstandsleiter mit temperaturabhängigem Widerstand angeordnet ist, der mittels der Halterung zwischen dem maximalen und dem minimalen ölstand anbringbar und durch direkten Stromdurchgang heizbar ist, wobei die Halterung elektrische Anschlüsse für die Leitung eines Heiz- und Meßstromes durch den Widersiandsleiter aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß