DE2753645A1

DE2753645A1 - Vorrichtung zur ueberwachung der schmierung der kurbelwelle einer kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2753645A1
Application number: DE19772753645
Authority: DE
Inventors: Cesare Bassoli; Giorgio Cornetti
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1976-12-02
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1978-06-08
Also published as: SU822770A3; JPS5370240A; IT1072122B; US4109506A; GB1590072A; FR2372960A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr-Ing,H.Liska

8 MÖNCHEN 16, DEN

POSTFACH Ϊ60 820 _ ], Qq₇ *njj MOHLSTRASSE 22, rufnummer" 9« //21/22

FIAT Societa per Azioni

10, Corso Marconi
Turin / Italien

Vorrichtung zur überwachung der Schmierung
der Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine

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Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr.— Tng. H. T.i ska ^PLBA " 8 MÖNCHEN (6, DEN

POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

FIAT Societäper Azioni 1o, Corso Marconi,
Turin, Italien

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur überwachung der Schmierung der Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine .

In der italienischen Patentanmeldung 69 384-A/76 ist eine Vorrichtung zur überwachung der Schmierung einer Kolbenbrennkraftmaschine beschrieben, umfassend eine elektrische Anordnung mit zwei Elektroden, von denen die eine mit dem Maschinenblock und die andere mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine leitend verbunden ist. Die elektrisehe Anordnung umfaßt ferner ein Mittelwertspannungsmeßgerät, dessen Anzeige je nach deren Wert oberhalb oder

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unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes dazu dient, allgemein anzugeben, ob die Schmierung der Brennkraftmaschine ausreichend ist oder nicht, da diese Anzeige von dem elektrischen Widerstand des Öles in den Schmierölkanälen zwischen der Kurbelwelle und den Hauptlagern sowie den Pleuellagern abhängt.

Das Spannungssignal an den Endkleramen dieser elektrischen Anordnung bzw. dieses Meßkreises wird auf einen ersten Kanal eines Oszillographen gegeben, der noch zwei andere Kanäle aufweist. Der eine der beiden letztgenannten Kanäle wird mit einem Signal von einem Druckwandler gespeist, der auf den Druck in einem der Zylinder der Brennkraftmaschine anspricht. Der andere dieser beiden Kanäle wird mit einem Frequenzsignal gespeist, das von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine abgeleitet wird.

Bei Verwendung eines vorstehend beschriebenen Systems ist es möglich, den allgemeinen Zustand der gerade getesteten Brennkraftmaschine zu überprüfen. Ein derartiges System kann als Hilfe zur Diagnostizierung der Ursachen für irgendwelche möglichen Defekte in der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Es liefert jedoch keine quantitativen Ausgangssignale, aufgrund derer eine genaue Bestimmung oder Berechnung des Grades der Wirk samkeit der Schmierung der Brennkraftmaschine erhalten werden kann, da die einzige quantitative Anzeige jene des MittelwertspannungsmeBgerätes ist.

Eine quantitative Anzeige dieser Art würde jedoch von Nutzen sein sowohl für die Entscheidung, ob die Brennkraftmaschine weiter ohne Schaden betrieben werden kann als auch zur Durchführung experimenteller Änderungen

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um die Gestalt des Maschinenschmierkreises zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur überwachung der Schmierung einer Brennkraftmaschine anzugeben, die unmittelbar eine quantitative Anzeige der Wirksamkeit der Schmierung der Brennkraftmaschine entweder in Form eines elektrischen Signales oder einer lesbaren Darstellung, z.B. eine Ziffernanzeige, liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Vorrichtung zur überwachung der Schmierung der Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine, umfassend einen Elektrodenkreis mit zwei Elektroden, deren eine mit der Kurbelwelle und deren andere mit dem Maschinenblock elektrisch verbunden ist, und mindestens eine erste Detektoreinheit mit einem Mittelwertspannungsmeßgerät derart auszubilden, daß die Vorrichtung eine zu dem Mittelwertspannungsmeßgerät parallel geschaltete zweite Detektoreinheit und einen Schwellenwertdiskriminatorkreis aufweist, dessen Ausgang mit einem zweiten Mittelwertspannungsmeßgerät verbunden ist.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Reihenbrennkraftmaschine, die mit einem System zur Überwachung der Schmierung der Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung

versehen ist, und

Fig. 2, 3 und 4 graphische Darstellungen der Form von

Signalen, die in verschiedenen Teilen der Vorrichtung während ihres Betriebes auftreten.

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In Fig. 1 ist eine Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern zur Inspektion auf einen Prüfstand gesetzt und mit einer Bremsvorrichtung 5 verbunden. Die schematische Darstellung der Brennkraftmaschine 1 in Fig. 1 zeigt insbesondere die Kurbelwelle 2 der Brennkraftmaschine 1 mit ihren zugehörigen Lagern 3 und den Pleuellagern 4.

Die Kurbelwelle 2 ist an ihrem vorderen Ende (in Fig. rechts) mit einer Prüfbremse oder einem Dynamometer 5 verbunden.

Die Kupplung zwischen der Kurbelwelle 2 und der Welle der Prüfbremse 5 sollte vorzugsweise so erfolgen, daß die Brennkraftmaschine 1 und die Prüfbremse 5 elektrisch gegeneinander isoliert sind.

Zu diesem Zweck kann zwischen die Kupplungsflansche

eine Scheibe 6 (Fig. 1) aus Isoliermaterial eingelegt werden. Die Kupplungsflansche können in bekannter Weise durch in der Fig. 1 nicht dargestellte Bolzen miteinander verbunden sein, die in Isolierhülsen stecken.

An dem der Prüfbremse 5 fernen Ende ist die Kurbelwelle mit einer Riemenscheibe 7 verbunden, die im Zentrum ihrer freien, d.h. der Brennkraftmaschine 1 abgewandten Fläche eine Vertiefung oder Kerbe aufweist, in die eine Kugel 8 eingepreßt ist, die ihrerseits in ständigem

Kontakt mit einem Kontaktelement 9 aus Kohle oder einem

anderen elektrisch leitenden Material steht. Das Kontaktelement 9 wird dabei durch eine gegenüber der Brennkraftmaschine 1 isolierte Feder gegen die Kugel 8 gedrückt.

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Ein zweites festes Kontaktelement 11 ist mit dem Zylinderblock 12 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das feste Kontaktelement 11 an der ölwanne 13 befestigt.

Zwischen dem Kontaktelement 9 und dem Kontaktelement 11 liegt ein Elektrodenkreis 14 mit einer Batterie oder einer anderen elektrischen Spannungsquelle 15, vorzugsweise einem stabilisierten Netzgerät, die mit den Kontaktelementen 9 und 11 über einen Schalter 16 und einen Präzisionslastwiderstand 17 verbunden ist.

Zwischen den Kontaktelementen 9 und 11 liegt ferner parallel zu dem Elektrodenkreis 14 ein Satz von drei Detektoreinheiten 18, 19 und 2o, die jeweils parallel zueinander geschaltet sind.

Die erste Detektoreinheit 18 umfaßt ein Mittelwertmillivoltmeter 21, die zweite Detektoreinheit 19 umfaßt einen Schwellenwertdiskriminator 22, dessen Ausgang mit einem Mittelwertmillivoltmeter 23 verbunden ist, und die dritte Detektoreinheit 2o weist einen Diskriminator 24 auf, dessen Ausgang mit einem Mittelwertmillivoltmeter 25 verbunden ist.

Die Diskriminatoren 22 und 24 bestehen aus Schwellwertschal tungsanordnungen bekannten Aufbaus, deren Ausgangssignale den binären Pegel 1 oder 0 haben, je nachdem ob das jeweilige Eingangssignal kleiner oder größer als ein vorbestimmter kritischer Schwellenwert ist.

In der vorliegenden Erfindung ist der Spannungsschwellenwert des Diskriminator 22 auf einen höheren Wert eingestellt, als der Spannungsschwellenwert des Diskriminator-

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kreises 24, dessen Schwellenwert auf einen etwas oberhalb von Null liegenden Wert eingestellt ist.

Die vorstehend beschriebene überwachungseinrichtung arbeitet in der folgenden Weise:

Das Mi Hi voltmeter 21 mißt den Spannungsabfall an dem Lastwiderstand 17, der Spannungsquelle 15 und dem Schalter 16 des Elektrodenkreises 14. Dieses Signal wird durch die Kurve 26 in Fig. 2 wiedergegeben, in der die Spannung auf der Ordinate und die Zeit auf der Abszisse aufgetragen ist. Die gestrichelte Linie 27 gibt den Mittelwert des Signales an, der dem von dem Millivoltmeter 21 angezeigten Wert entspricht. Die Nullinie wird durch das Bezugszeichen 28 bezeichnet.

Wenn die Anzeige des MilIivoltmeters 21 unter einem vorbestimmten Wert liegt, heißt das, daß die Spannung an den Endklemmen des Elektrodenkreises niedrig ist und daß daher ein hoher Strom durch diesen Kreis fließt. Das zeigt an, daß der Widerstand des gesamten Kreises einschließlich des Schmierölfilmes, der zwischen der Kurbelwelle 2 und dem Maschinenblock in den Kurbelwellenlagern 3 vorhanden sein sollte, gering ist. Dies wiederum bedeutet, daß die Schmierölkanäle dünn sind und daher die Schmierung nicht fehlerfrei erfolgt.

Wenn auf der anderen Seite die an dem Millivoltmeter 21 angezeigte mittlere Spannung über dem genannten Schwellenwert liegt, heißt dies, daß die Schmierung in ordnungsgemäßer Weise erfolgt.

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Fig. 3 zeigt die von der Detektoreinheit 19 erzeugten Signale wiederum über der Zeit aufgetragen. Die Kurve 29 der Figur 3 stellt das Eingangssignal zu der Einheit dar, wobei das Signal dasselbe ist wie das vorher diskutierte Signal 26, welches dem momentanen Spannungsabfall an dem Elektrodenkreis 14 entspricht. Das Eingangssignal 29 wird dem Diskriminator 22 zugeführt, dessen kritischer Schwellwert durch die gestrichelte Linie 3o in Fig. 3 angegeben wird. Die Nullinie wird mit 31 bezeichnet.

Der Diskriminator 22 liefert an seinem Ausgang ein Signal 32, dessen binärer Nullpegel in Fig. 3 mit 33 bezeichnet ist. Der binäre Nullpegel wird erzeugt, wenn das Signal 29 einen Wert oberhalb des kritischen Schwellenwerts 3o aufweist, während ein Ausgangssignal mit dem binären Pegel 1 erzeugt wird, wenn das Signal 29 einen Wert unterhalb des kritischen Schwellenwertes hat. Die Dauer der Impulse mit dem binären Pegel 1 des Signales 32 hängt deshalb von dem Anteil der Gesamtzeit ab, während welcher das Signal 29 einen Wert unterhalb des kritisehen Schwellwertes des Diskriminators 22 besitzt.

Der Mittelwert des Signales 32 zeigt somit diesen Zeitanteil an. Der Mittelwert wird von dem Millivoltmeter geliefert, dem das Ausgangssignal des Diskriminators 22 zugeführt wird. Da es sich um ein Mittelwertinstrument handelt, liefert es eine Anzeige, welche den Anteil an der Gesamtzeit wiedergibt, während welcher das Signal 29 einen Wert unterhalb des kritischen Schwellenwertes besitzt. Dieser Schwellenwert wird experimentell als der Wert ermittelt, unterhalb dessen die Schmierung bekanntermaßen fehlerhaft ist. Der Schwellenwert variiert für verschiedene Typen von Brennkraftmaschinen.

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Die Detektoreinheit 19 liefert daher eine direkt ablesbare Anzeige, die angibt, ob die Schmierung der Brennkraftmaschine ausreichend oder fehlerhaft ist. Es ist jedoch notwendig, für jeden Maschinentyp experimentell den Zeitanteil zu bestimmen, innerhalb dessen das Signal einen Wert oberhalb des kritischen Schwellwertes haben muß, unterhalb dessen die Schmierwirkung der Brennkraftmaschine nicht mehr annehmbar ist.

Schließlich zeigt Fig. 4 eine graphische Darstellung, ϊο welche die in der Detektoreinheit 2o auftretenden Signale wiedergibt, wobei die Signale wiederum über der Zeit t aufgetragen sind. Wiederum ist das Eingangssignal 34 mit dem Signal 26 identisch, welches den momentanen Wert des Spannungsabfalls an dem Elektrodenkreis 14 wledergibt. Dieses Signal 34 wird einem Nulldiskriminator 24 zugeführt, dessen Schwellwert auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, der durch die nahe der Nullinie verlaufende gestrichelte Linie 35 in Fig. 4 wiedergegeben ist, während der Nullpegel selbst in Fig. 4 durch die Linie 36 bezeichnet ist.

Der Diskriminator 24 liefert an seinem Ausgang ein binäres Signal 37, dessen Nullpegel bei 38 wiedergegeben ist. Das Signal 37 hat den Wert Null, wenn das Signal einen Wert oberhalb des kritischen Wertes 35 besitzt. Das Signal 37 hat den Wert 1, wann immer das Signal 34 einen Wert unterhalb des kritischen Wertes 35 besitzt.

Die Dauer der Impulse des Signales 37 mit dem binären Pegel 1 geben somit den Anteil der Gesamtzeit an, währenddessen das Signal 34 einen Wert unterhalb des kritischen Wertes 35 hat. Daher kann wiederum der

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Mittelwert des Signales 37 dazuwrwendet werden, den Anteil der Gesamtzeit darzustellen, währenddessen das Signal 34 einen Wert unterhalb des Schwellenwertes 35 aufweist.

Hierzu wird das Ausgangssignal von dem Diskriminator 24 einem Mittelwertmillivoltmeter 25 zugeführt, welches auf diese Weise eine direkte Ablesung des Zeitanteils gestattet, währenddessen das Signal 37 einen Wert unterhalb des Schwellwertes 35 hat.

Dieser Schwellenwert wird experimentell so bestimmt, daß bei einem Abfall des Signales 34 unter den Schwellenwert die Schmierung eindeutig fehlerhaft ist, beispielsweise in der Weise, daß entweder ein Schmierölkanal gebrochen oder abgerissen ist oder daß eine ernsthafte Blockierung des Schmierölkreises vorliegt, die beispielsweise durch Abrieb oder Späne erzeugt wurde.

Für einen genauen Betrieb der erfindungsgemäßen überwachungsvorrichtung, in der die den Detektoreinheiten zugeführten Spannungssignale dem durch den Elektrodenkreis und die Schmierölkanäle fließenden Strom umgekehrt proportional ist, ist es ratsam, für den Lastwiderstand 17 des Elektrodenkreises 14 einen Widerstandswert zu wählen, der relativ zu dem Widerstand des restlichen Kreises einschließlich der Schmierölkanäle sehr groß ist, so daß in dem Arbeitsbereich das Verhalten dieses Elektrodenkreises so linear ist, wie dies praktisch möglich ist.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in vorteilhafter Weise durch Anordnung

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eines mit gestrichelten Linien in Fig. 1 eingezeichneten Filters 29 abgeändert werden, wenn dieJfctriebsübertragung von der Kurbelwelle Über ein Getriebe erfolgt. Wie man einsieht, enthält das dem Spannungsabfall am Elektrodenkreis entsprechende Spannungssignal Schwingungskomponenten, die u.a. von dem Verhalten des Getriebes herrühren.

Wenn der Filter 39 in geeigneter Weise eingestellt ist, können die vom Getriebe herrührenden Schwingungskomponenten eliminiert oder auf andere Weise vom übrigen Signal getrennt werden, so daß das Verhalten der Getrieberäder ,ihrer Wellen und Lager analysiert werden kann.

Anstatt zwei unabhängige Diskriminatoranordnungen 22, 24 vorzusehen, wäre es auch möglich, einen einzigen Diskriminator mit zwei unterschiedlichen Schwellwerten zu verwenden, die denen der Diskriminatoren 22 und 24 entsprechen. Indem man den Diskriminator nacheinander auf diese beiden Schwellwerte umschaltet, wäre es möglich, nacheinander zwei Ablesungen der Zeitanteile zu erhalten, während derer das von dem Elektrodenkreis erzeugte Signal einen Wert hat, der jeweils unterhalb der beiden Schwellwerte liegt.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, DiPL₁-PhYs. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

^PLBA 8 MÜNCHEN »6, DEN

POSTFACH «60 «20 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Patentansprüche

(1.j Vorrichtung zur Überwachung der Schmierung der Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine, umfassend einen Stromkreis mit zwei Elektroden, deren eine mit der Kurbelwelle und deren andere mit dem Maschinenblock elektrisch verbunden ist, sowie mindestens eine erste Detektoreinheit mit einem Mittelwertspannungsmeßgerät, dadurch gekennzeichnet , daß eine zu dem Mittelwertspannungsmeßgerät (21) parallel geschaltete zweite Detektoreinheit (19) vorgesehen ist, die eine Schwellenwertdiskriminatoranordnung (22) aufweist, deren Ausgang mit einem zweiten Mittelwertspannungsmeßgerät (23) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß sie eine dritte Detektoreinheit (2o) aufweist, die parallel zu der ersten Detektoreinheit (18) geschaltet ist und eine zweite Schwellenwertdiskriminatoranordnung (24) aufweist, deren Schwellenwert auf einen von dem Schwellenwert der Diskriminatoranordnung (22) der zweiten Detektoreinheit (19) verschiedenen Schwellenwert eingestellt ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Schwellenwertdiskriminatoranordnung (22) der zweiten Detektoreinheit (19) eine Vorrichtung mit zwei getrennten Schwellwertpegeln ist und Mittel zum Umschalten des Diskriminators aufweist, um diesen mit dem einen oder dem anderen Schwellwertpegel zu betreiben.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Stromkreis (14) und den Detektoreinheiten (18, 19, 2o) ein elektrisches Filter (39) angeordnet ist.

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