DE4204502A1 - Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen des oelstandes im oelsumpf einer verbrennungskraftmaschine o. dgl., insbesondere eines schiffsdieselmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Ölstandes im Ölsumpf von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Schiffsdieselmotoren, sowie eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Regelung des Ölstandes, die ins­ besondere zur Durchführung dieses Verfahrens ausgebildet ist und Sensoren zur Ermittlung des Ölstandes und von die­ sen gesteuerte Steuer- bzw. Regeleinrichtungen zur selbst­ tätigen Regulierung des Ölstandes besitzt.

Die Erfassung und Überwachung des Ölstandes im Öl­ sumpf von Verbrennungskraftmaschinen bietet bei stationären Maschinen keine Schwierigkeiten. Dies ändert sich jedoch, wenn derartige Maschinen zum Antrieb beweglicher Vorrichtun­ gen dienen, die beim Betrieb ständigen Neigungsänderungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise bei Schiffen, Gelände­ fahrzeugen oder dergleichen. Eine zuverlässig arbeitende Überwachung und/oder Regelung für den Ölstand im Ölsumpf von Verbrennungskraftmaschinen für eine Verwendung der vor­ stehend genannten Art, die insbesondere einfach und billig zu realisieren ist, ist bisher nicht bekannt.

Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung eines ge­ eigneten Überwachungs- und/oder Regelungsverfahrens, das die Erstellung von einfachen und billigen Überwachungs- und/oder Regelungseinrichtungen ermöglicht. Eine solche Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch ein Überwachungs- bzw. Regelungs­ verfahren für den Ölstand im Ölsumpf einer Verbrennungs­ kraftmaschine in erster Linie dadurch zu lösen, daß der Öl­ stand an zumindest drei, vorzugsweise mindestens vier, über die Bodenfläche des Ölsumpfes der Maschine verteilten Stel­ len fortlaufend, gegebenenfalls über vorgegebene Zeitab­ schnitte gemittelt, oder in vorgegebenen zeitlichen Abstän­ den erfaßt und aus den ermittelten Werten ein Durchschnitts­ wert gebildet wird, der auf Abweichungen von einem vorgege­ benen Sollwert überprüft wird, und daß der Differenzwert bei Überschreiten vorgegebener Abweichungen zur Einregelung des Ölstandes auf den Sollwert verwendet wird. Hierbei sollten zur Erfassung des Ölstandes an den einzelnen Stellen des Öl­ sumpfes Sensorelemente verwendet werden, die dem Ölstand proportionale Spannungswerte liefern, wobei mit Vorteil für lineare oder weitgehend lineare Abhängigkeit zwischen Öl­ stand und Spannung Sorge getragen werden sollte. Hierdurch wird die Verwendung einfacher Vorrichtungen zur Bildung des Durchschnittswertes für den Ölstand möglich, die die von den Sensoren erfaßten Einzelwerte summieren und auf einen Mittelwert reduzieren, der gegebenenfalls noch durch Aus­ gleichsspannungen, beispielsweise zum Ausgleich von Tempe­ ratureinflüssen oder drehzahlbedingten Ölstandsschwankun­ gen, korrigiert werden kann.

Zur Lösung der vorstehend geschilderten Aufgabe sieht die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung des Ölstandes im Ölsumpf einer Verbrennungskraft­ maschine, insbesondere eines Schiffsdieselmotors, mit Sen­ soren für die Erfassung des Ölstandes vor, bei der eine Gruppe von zumindest drei, insbesondere mindestens vier, über die Bodenfläche in Abständen verteilt angeordneten Sensoren und eine Auswerteinrichtung für die Ausgangswerte der Sensoren vorgesehen sind, die eine Summiereinrichtung für die Einzelwerte der Sensoren, Einrichtungen zur Bildung eines Mittel- bzw. Durchschnittswertes, Vergleichseinrich­ tungen zur Überprüfung des Mittelwertes auf Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert und vom Ausgang der Ver­ gleichseinrichtung gesteuerte Regeleinrichtungen für den Öl­ stand besitzt. Hierbei können als Sensorelemente Spulenan­ ordnungen mit Primär- und Sekundärwicklungen vorgesehen sein, bei denen die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung bzw. -wicklungen durch einen beweglich angeordneten Spulen- bzw. Wicklungskern änderbar ist, dessen Stellung im Vergleich zu den Wicklungen dem Ölstand propor­ tional ist. Der bewegliche Spulenkern kann mit einem durch den Ölstand gesteuerten Schwimmer gekoppelt sein. Er kann aber auch selbst als unmittelbar durch den Ölstand gesteuer­ ter Schwimmer ausgebildet sein.

Bei Ausbildung der Spulenanordnung in Form einer lang­ gestreckten Zylinderspule kann der Spulenkern bei seiner Be­ wegung zur Kopplungsänderung mehr oder weniger tief in die Spule eindringen. Er kann insbesondere in einem solchen Falle über seine gesamte wirksame Länge im wesentlichen gleiche Abmessungen und Materialeigenschaften besitzen, und beispielweise als Eisenstab oder -rohr oder als prismati­ scher Ferritkern ausgebildet sein. Bei Verwendung scheiben­ artig ausgebildeter Spulenanordnungen kann ein Spulenkern vorgesehen sein, dessen Abmessungen und/oder Materialeigen­ schaften über die gesamte wirksame Länge unterschiedlich sind. Der bewegliche Spulenkern kann auch bei über seine gesamte Länge gleichbleibenden äußeren Abmessungen auf sei­ ner magnetisch wirksamen Länge unterschiedliche Materialei­ genschaften, insbesondere eine unterschiedliche Permeabili­ tät, besitzen. Man kann dies in einfacher Weise dadurch er­ zielen, daß der Kern auf seiner magnetisch wirksamen Länge eine vorgegebene Form, beispielsweise eine konische Form, besitzt. Man kann aber auch einen Kern, der aus dünnwandigem Material, insbesondere Metall, bestehen kann, mit einer dün­ nen äußeren Nickelschicht versehen, deren Schichtdicke über die Kernlänge hinweg unterschiedlich sein kann.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 an Hand eines stark schematisiert dargestell­ ten Geräts ein Beispiel für eine erfindungs­ gemäße Überwachungsvorrichtung,

Fig. 2 ebenfalls stark schematisiert, die zum Ver­ ständnis wesentlichen Teile eines Ausfüh­ rungsbeispiels für einen Ölstandssensor, der in Verbindung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 verwendbar ist, und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Ölstandssensor mit den zum Verständnis wesentlichen Teilen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel für eine Vorrichtung zum Überwachen des Ölstandes im Ölsumpf einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Schiffsdie­ selmotors, ist davon ausgegangen, daß bei dem zu überwa­ chenden Motor in dessen Ölwanne an über den Boden in Abständen verteilten Stellen oder an der Außenseite der Ölwanne in rund um den Umfang verteilten Abständen vier Sensorelemente 111, 112, 113 und 114 angeordnet sind, die den Ölstand an den zugehörigen Stellen erfassen. Aufbau­ möglichkeiten für diese Sensoren sind weiter unten als Beispiele beschrieben. Alle Sensoren liefern eine dem Öl­ stand an den überwachten Stellen proportionale Spannung. Die Spannungswerte der einzelnen Sensoren werden addiert, so daß sich ein praktisch lage- und neigungsunabhängiges Signal ergibt, wenn man zwischen Ölstand und Ausgangssignal eine weitgehend lineare Abhängigkeit unterstellt, die durch die Ausbildung der Sensoren bzw. entsprechende Korrekturen ihrer Ausgangswerte erzielbar ist. Die Gesamtspannung wird einer Summiereinrichtung zugeleitet, nachdem sie gegebenen­ falls noch eine Filtereinrichtung 16, wie einen Tiefpaß, einen Hochpaß oder einen Bandpaß und/oder eine Einrich­ tung 17 zur Bildung eines zeitlichen Mittelwertes aus wäh­ rend vorgegebener Zeitspannen erfaßter Meßwerte durchlaufen haben. Der Summiereinrichtung 15 können außer der Summen­ spannung der Sensoren 111, 112, 113 und 114 Korrekturspan­ nungen, die von einem Tachogenerator 18 abgeleitet sein können, um drehzahlbedingte Fehler auszugleichen, zugelei­ tet werden. Über den Anschluß 19 können der Summiereinrich­ tung gegebenenfalls weitere Korrekturspannungen, beispiels­ weise zum Temperaturausgleich, zugeführt werden. Die gege­ benenfalls um den Faktor 4 reduzierte Ausgangsspannung ge­ langt an eine Steuereinrichtung 12 und regelt über diese ein Ventil 14 in der Ölzuführungsleitung 13.

Als Sensorelemente können bei der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung mannigfache Ausführungsformen zum Einsatz kommen. Für den rauhen Betrieb bei Schiffsdiesel­ motoren dürften mit Vorteil Spulenanordnungen in Frage kom­ men, wie sie in Fig. 2 und 3 als Beispiele dargestellt sind. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind zwei Spulen oder Wicklungen induktiv miteinander gekoppelt, und zwar eine durch Wechselstrom erregte Primärwicklung und die von ihr erregte Sekundärwicklung, deren Kopplung durch einen beweg­ lichen Spulenkern änderbar ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist in einem nicht dargestellten Gehäuse ein zylindrischer Ferritkern 21 angeordnet, innerhalb dessen auf einem koaxial zum Mantel­ kern 21 angeordneten zylindrischen Träger 22 aus magnetisch neutralem Material eine Vielzahl von Teilwicklungen ange­ ordnet ist, die zu zwei Gruppen 23 und 24 zusammengefaßt sind, von denen die eine die Primärwicklung 23 der Gesamt­ anordnung und die andere deren Sekundärwicklung 24 bildet. Die Teilwicklungen beider Gruppen sind abwechselnd hinter­ einander geschaltet. Die Teilwicklungen der beiden Gruppen bilden langgestreckte Spulen, in deren Trägerrohr 22 ein Kern 25 mehr oder weniger tief einführbar ist, wobei er die Kopplung der Primärwicklung mit der Sekundärwicklung ändert und dadurch die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung beeinflußt. Der Spulenkern kann ein Ferritstab, ein Eisenrohr oder dergleichen sein. Seine Bewegung in Richtung der Spulenachse wird, wie durch den Pfeil 26 an­ gedeutet werden soll, durch einen nicht dargestellten Schwimmer gesteuert, dessen Bewegungen proportional dem Ölstand in der Ölwanne des Motors sind. Die Anschlüsse 231 der Primärwicklung 23 sind mit einer Wechselstromquelle verbunden. Die dem Ölstand proportionale Ausgangsspannung kann an den Wicklungsenden 241 der Sekundärwicklung abge­ nommen werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der Zeichnung ist an der Außenseite der Ölwanne 31 eines nicht dargestell­ ten Motors ein Rohr 32 befestigt, das einen geradlinigen, im wesentlichen aufrechten Teil 321 besitzt. Um dieses Rohrstück 321 ist ein scheibenförmiger Ferritkern 33 ge­ legt, der zwei ringförmige Ausnehmungen zur Aufnahme von zwei Wicklungen 341 und 342 einer Spulenanordnung 34 be­ sitzt, von denen die eine als Primärwicklung und die ande­ re als Sekundärwicklung dient. In dem Rohrstück 321, das aus magnetisch neutralem Material besteht, ist ein Schwim­ mer 35 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ange­ ordnet, dessen Gewicht so abgestimmt ist, daß er in dem Öl, welches sich in der Ölwanne des Motors und dem damit ver­ bundenen Rohr 32 befindet, schwimmt und dabei Schwankungen des Pegels in der Ölwanne folgt. Der Schwimmer 35 kann an seinem oberen Ende einen durch die gestrichelten Linien 351 abgegrenzten Schwimmkopf und in seinem Hauptteil 352 eine nach unten hin abnehmende Permeabilität besitzen, wie durch die nach unten konvergierenden, gestrichelten Linien 353 angedeutet werden soll. Ein entsprechendes Ergebnis kann man durch Aufbringen einer sehr dünnen, nach unten zuneh­ menden Nickelschicht auf einem Metallzylinder als Schwimmer erzielen.

Claims (19)

1. Verfahren zum Überwachen und/oder Einregeln des Ölstandes im Ölsumpf von Verbrennungskraftmaschinen, ins­ besondere Schiffsdieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölstand an zumindest drei, insbesondere an zumindest vier, über die Bodenfläche des Ölsumpfes der Maschine ver­ teilten Stellen ermittelt und aus den ermittelten Werten ein Durchschnittswert gebildet wird, der auf Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert überprüft wird, und daß der Differenzwert bei Überschreiten vorgegebener Abweichungen zur Einregelung des Ölstandes auf den Sollwert verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Ölstandes kontinuierlich, gegebenen­ falls über vorgegebene Zeitabschnitte gemittelt, vorgenom­ men wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ermittlung des Ölstandes in zeitlichen Abstän­ den vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ermittlung des Ölstandes in einem vorgegebenen Zeittakt vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung bzw. Erfassung des Öl­ standes an den einzelnen Stellen des Ölsumpfes Sensorele­ mente verwendet werden, die dem Ölstand proportionale Spannungswerte liefern.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß für die Ermittlung des Ölstandes Sensoren verwen­ det werden, die einen vom Ölstand linear abhängigen Aus­ gangswert liefern.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Verwendung von eine nichtlineare Abhängigkeit des Ausgangswertes vom Ölstand aufweisenden Sensoren vor der Weiterverarbeitung der Ausgangswerte eine Linearisierung vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sensoren ermittel­ ten Ausgangswerte summiert und danach auf einen Mittelwert reduziert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Durchschnitts­ werte in gewissen Grenzen, insbesondere zum Ausgleich von Temperatureinflüssen, Drehzahleinflüssen oder dergleichen korrigiert werden.

10. Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung des Ölstandes im Ölsumpf einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Schiffsdieselmotors, mit Sensoren für die Erfassung des Ölstandes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppe von zumindest drei, insbesondere mindestens vier, in Abständen über die Bodenfläche des Ölsumpfes ver­ teilt angeordneten Sensoren und eine Auswerteinrichtung für die von den Sensoren gelieferten Ausgangswerte vorgesehen ist, die eine Summiereinrichtung für die Einzelwerte der Sensoren, Elemente zur Bildung eines Mittel- bzw. Durch­ schnittswertes der Einzelwerte, eine Vergleichseinrichtung zur Überprüfung des Mittelwertes auf Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert sowie vom Ausgang der Vergleichsein­ richtung gesteuerte Regeleinrichtungen für den Ölstand besitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Sensorelemente Spulenanordnungen mit Primär- und Sekundärwicklungen vorgesehen sind, bei denen die induktive Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwick­ lung bzw. -wicklungen durch einen beweglich angeordneten Spulen- bzw. Wicklungskern änderbar ist, dessen Stellung im Vergleich zu den Wicklungen dem Ölstand proportional ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Spulenkern mit einem durch den Ölstand gesteuerten Schwimmer gekoppelt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Spulenkern als unmittel­ bar durch den Ölstand gesteuerter Schwimmer ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung als langge­ streckte Zylinderspule ausgebildet ist, in die der Spulen­ kern bei seiner Bewegung mehr oder weniger tief eindringt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spulenkern über seine gesamte wirksame länge im wesentlichen gleiche Abmessungen und Materialeigen­ schaften besitzt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei scheibenartiger Ausbildung der Spulenanordnung ein Spulenkern vorgesehen ist, dessen Abmes­ sungen und/oder Materialeigenschaften über die gesamte wirk­ same Länge unterschiedlich sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bewegliche Spulenkern auf seiner magne­ tisch wirksamen Länge bei über die Länge gleichen Abmessun­ gen unterschiedliche magnetische Wirksamkeit, insbesondere Permeabilität, besitzt.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern auf seiner wirksamen Länge eine konische Form besitzt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 18, gekennzeich­ net durch einen Kern mit einer Auflage aus Nickel odgl.