DE4204502C2 - Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung des Ölstandes im Ölsumpf einer mit einer Ölwanne versehenen Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung des Ölstandes im Ölsumpf einer mit einer Ölwanne versehenen Brennkraftmaschine, insbesondere eines Schiffs­ dieselmotors, mit elektromagnetischen Sensorelementen mit einem zugehörigen in Abhängigkeit vom Ölstand bewegten Spulenkern für die Erfassung des Ölstandes.

Die Erfassung und Steuerung des Ölstandes im Ölsumpf von Brennkraftmaschinen bietet bei stationären Maschinen keine Schwierigkeiten. Dies ändert sich jedoch, wenn derartige Ma­ schinen zum Antrieb beweglicher Vorrichtungen dienen, die beim Betrieb ständigen Neigungsänderungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise bei Schiffen, Geländefahrzeugen oder dergleichen. Eine zuverlässig arbeitende Überwachung und/oder Steue­ rung für den Ölstand im Ölsumpf von Brennkraftmaschinen für eine Verwendung der vorstehend genannten Art, die insbesondere einfach und billig zu realisieren ist, ist bisher nicht be­ kannt.

So ist aus der DE 40 25 326 A1 ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Füllstandsmessung bekannt geworden, bei dem die Füll­ standsmessung durch mehrere unter dem Boden des Behälters angeordnete Ultraschallwandler erfolgt. Die Ultraschallwandler können dabei auch seitlich am Behälter angeordnet sein. Bevor­ zugt werden mindestens zwei oder mindestens vier Ultraschall­ wandler, die in den Eckbereichen der Bodenfläche des Behälters angeordnet sind. Diese Ultraschallwandler dienen gleichzeitig als Sender und Empfänger für Ultraschallimpulse, die nach dem Durchdringen der Flüssigkeit an deren Oberfläche reflektiert werden. Die Meßergebnisse der einzelnen Ultraschallwandler werden zusammengefaßt, indem der mittlere Füllstand ermittelt wird.

Eine derartige Vorrichtung wird jedoch den rauhen Anforderun­ gen einer Brennkraftmaschine nicht gerecht, mit der zwar eine schnelle Messung möglich erscheint, die aber wegen der Viel­ zahl der sich bewegenden Motorenteile sehr ungenau ist und sehr schwierig abzugleichen ist.

Die US 3 876 037 zeigt eine Sensorvorrichtung zur Bestimmung eines Flüssigkeitsspiegels, bei der ein Thermistor in Höhe des gewünschten Flüssigkeitsspiegels in einem Öltank befestigt ist. Der Öltank ist Bestandteil eines Ölkreislaufes zwischen diesem und einer zu schmierenden Maschine, so daß das Öl bei laufender Maschine eine erhöhte Temperatur aufweist. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel unter das festgelegte Niveau, so ändert sich die Temperatur des Thermistors und eine mit diesem ver­ bundene Steuerschaltung veranlaßt das Nachfüllen des Öltanks aus einem Reserve-Öltank.

Als nachteilig bei dieser Vorrichtung ist anzusehen, daß hier­ mit nur eine äußerst ungenaue Meßmethode angeboten wird, die bei einem bewegten Fahrzeug nur einen ungefähren Anhaltspunkt für den tatsächlichen Ölstand liefern kann.

In der DE 38 33 453 C1 wird eine Anordnung zum Messen des Ölstandes in der Ölwanne des Kurbelgehäuses eines Ver­ brennungsmotors beschrieben, bei der an den Längsseiten außer­ halb der der Ölwanne wenigstens ein Ölstandsmeßgerät angeord­ net ist. Mehrere Ölstandsmeßgeräte sind dabei in Form kommuni­ zierender Röhren miteinander verbunden. Die Ölstandsmeßgeräte enthalten jeweils einen Tauchrohrgeber, die über miteinander verbundene elektrische Leitungen an eine Anzeigeeinheit ange­ schlossen sind. Dadurch wird bei geneigtem Motor die Differenz aus beiden Meßwerten angezeigt, so daß eine prinzipielle Aus­ sage über den Ölstand im Motor als möglich erscheint. Eine Verwendung dieser Vorrichtung für einen Schiffsdieselmotor ist jedoch infolge der notwendigen Länge der Verbindungsrohre und der daraus resultierenden geringen oder fast unmöglichen Öl­ bewegung nicht möglich, da dadurch völlig verfälschte Meßer­ gebnisse zu erwarten wären.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für den Ölstand in der Ölwanne einer Brennkraftmaschine eine geeignete Überwachungs- und/oder Steuerungsvorrichtung zu schaffen, die bei einfacher und robuster Ausbildung sowie sicherer Funktionstüchtigkeit preiswert herstellbar ist.

Die vorstehend geschilderte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung des Ölstandes der eingangs ge­ schilderten Art dadurch gelöst, daß mindestens drei oder vier in Abständen über der Bodenfläche der Ölwanne an deren Umfang verteilt angeordnete Sensorelemente mit linearer oder weit­ gehend linearer Abhängigkeit zwischen Ölstand und Spannung, vorgesehen sind, daß die Sensorelemente mindestens jeweils eine Spule aufweisen, die jeweils mindestens aus einer Primär- und einer Sekundärwicklung besteht, wobei die Primärwicklungen in Reihe geschaltet, mit einer Wechselspannungsquelle verbun­ den sind und die Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet, an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen sind, die aus einer Summiereinrichtung für die Einzelwerte der Sensorelemente, Elementen zur Bildung eines Mittelwertes der Einzelwerte, einer Vergleichseinrichtung zur Überprüfung des Mittelwertes auf Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert und einer vom Ausgang der Vergleichseinrichtung gesteuerten Steuereinrich­ tung besteht.

Der bewegliche Kern der Sensorelemente kann mit einem durch den Ölstand gesteuerten Schwimmer gekoppelt sein. Er kann aber auch selbst als unmittelbar durch den Ölstand gesteuerter Schwimmer ausgebildet sein.

Bei Ausbildung der aus den Primär- und den Sekundärwicklungen bestehenden Spulenanordnung in Form einer langgestreckten Zylinderspule kann der Kern bei seiner Bewegung zur Kopplungs­ änderung mehr oder weniger tief in die Spulenanordnung ein­ dringen. Er kann insbesondere in einem solchen Falle über seine gesamte Länge im wesentlichen gleiche Abmessungen und Materialeigenschaften besitzen, und beispielsweise als Eisen­ stab oder -rohr oder als prismatischer Ferritkern ausgebildet sein.

Bei Verwendung scheibenartig ausgebildeter und aus zwei Wicklungen bestehenden Spulenanordnungen kann ein Schwimmer vorgesehen sein, dessen Abmessungen und/oder Materialeigen­ schaften über die gesamte wirksame Länge unterschiedlich sind. Der bewegliche Schwimmer kann auch bei über seine gesamte Länge gleichbleibenden äußeren Abmessungen auf seiner magnetisch wirksamen Länge eine unterschiedliche magnetische Wirksamkeit, insbesondere eine unterschiedliche Permeabilität, besitzen.

Man kann dies in einfacher Weise dadurch erzielen, daß der Schwimmer auf seiner magnetisch wirksamen Länge eine vorgege­ bene Form, beispielsweise eine konische Form besitzt. Man kann aber auch einen Kern, bzw. einen Schwimmer, der aus dünnwandigem Material, insbesondere Metall, bestehen kann, mit einer dünnen 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 Brennkraftmaschine, 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 Sensorelemente 111, 112, 113, 114 liefern eine dem Öl­ stand an den überwachten Stellen proportionale Spannung. Die Spannungswerte der einzelnen Sensorelemente 111, 112, 113, 114 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 Sensorelemente 111, 112, 113, 114 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 Sensorelemente 111, 112, 113 und 114 Korrekturspan­ nungen, die von einem Tachogenerator 18 abgeleitet sein können, um drehzahlbedingte Fehler auszugleichen, zugelei­ tet werden, um drehzahlbedingte Fehler auszugleichen. Über den Anschluß 19 können der Summiereinrichtung 15 gegebenen­ falls weitere Korrekturspannungen, beispielsweise zum Tempe­ raturausgleich, zugeführt werden. Die gegebenenfalls um den Faktor 4 reduzierte Ausgangsspannung gelangt an eine Steuer­ einrichtung 12 und regelt über diese ein Ventil 14 in der Ölzuführungsleitung 13.

Als Sensorelemente 111, 112, 113, 114 können bei der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung mannigfache Ausführungsformen zum Einsatz kommen. Für den rauhen Betrieb bei Schiffsdieselmotoren dürften mit Vorteil Spulenanordnungen in Frage kom­ men, wie sie in Fig. 2 und 3 als Beispiele dargestellt sind. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind Primär- und Sekundärwicklungen 23, 24 (Fig. 2), bzw. Wicklungen 341, 342 (Fig. 3) induktiv miteinander gekoppelt, und zwar wie in Fig. 2 dargestellt eine durch Wechselstrom erregte Primärwicklung 23 und die von ihr erregte Sekundärwicklung 24, 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 Ferrit­ kern 21 angeordneten zylindrischen Trägerrohr 22 eine Vielzahl von Teilwicklungen angeordnet ist, die zu zwei Gruppen zusammengefaßt sind, von denen die eine die Primär­ wicklung 23 der Gesamtanordnung und die andere deren Sekun­ därwicklung 24 bildet. Die Teilwicklungen beider Gruppen, d. h. der Primär- und der Sekundärwicklung 23, 24, sind jeweils abwechselnd hintereinander geschaltet. Die Teilwick­ lungen der beiden Gruppen bilden langgestreckte Spulen, in deren Trägerrohr 22 der Kern 25 mehr oder weniger tief ein­ führbar ist, wobei er die Kopplung der Primärwicklung 23 mit der Sekundärwicklung 24 ändert und dadurch die in der Sekun­ därwicklung 24 induzierte Spannung beeinflußt. Der Kern 25 kann ein Ferritstab, ein Eisenrohr oder dergleichen sein. Seine Bewegung in Richtung der Spulenachse wird wie durch den Pfeil 26 angedeutet werden soll, durch einen nicht dargestellten Schwimmer gesteuert, dessen Bewegungen pro­ portional dem Ölstand in der Ölwanne des Motors sind. Die Anschlüsse 231 der Primärwicklung 23 sind mit einer Wech­ selstromquelle verbunden. Die dem Ölstand proportionale Ausgangsspannung kann an den Wicklungsenden 241 der Sekun­ därwicklung 24 abgenommen 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 ein geradliniges, im wesentlichen aufrechtes Rohrstück 321 besitzt. Um dieses Rohr­ stück 321 ist ein scheibenförmiger Ferritkern 33 gelegt der zwei ringförmige Ausnehmungen zur Aufnahme von zwei Wicklungen 341 und 342 einer Spulenanordnung 34 besitzt, von denen die eine als Primärwicklung und die andere als Sekundärwicklung dient. In dem Rohrstück 321 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 31 des Motors und dem damit ver­ bundenen Rohr 32 befindet, schwimmt und dabei Schwankungen des Pegels in der Ölwanne 31 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.

Bezugszeichenliste

111 Sensorelement
112 Sensorelement
113 Sensorelement
114 Sensorelement
12 Steuereinrichtung
13 Ölzuführungsleitung
14 Ventil
15 Summiereinrichtung
16 Filtereinrichtung
17 Einrichtung zur Bildung eines zeitlichen Mittelwertes
18 Tachogenerator
19 Anschluß
21 Ferritkern
22 Trägerrohr
23 Primärwicklung
231 Anschluß
24 Sekundärwicklung
241 Wicklungsende
25 Kern
26 Pfeil
31 Ölwanne
32 Rohr
321 Rohrstück
33 Ferritkern
34 Spulenanordnung
341 Wicklung
342 Wicklung
35 Schwimmer
351 Linie
352 Hauptteil
353 Linie

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung des Ölstandes im Ölsumpf einer mit einer Ölwanne versehenen Brennkraftma­ schine, insbesondere eines Schiffsdieselmotors, mit elektromagnetischen Sensorelementen mit einem zugehörigen in Abhängigkeit vom Ölstand bewegten Spulenkern für die Erfassung des Ölstandes, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens drei oder vier in Abstän­ den über der Bodenfläche der Ölwanne an deren Umfang ver­ teilt angeordnete Sensorelemente (111, 112, 113, 114) mit linearer oder weitgehend linearer Abhängigkeit zwischen Ölstand und Spannung, vorgesehen sind, daß die Sensorele­ mente (111, 112, 113, 114) mindestens jeweils eine Spule aufweisen, die jeweils mindestens aus einer Primär- und einer Sekundärwicklung (23, 24) besteht, wobei die Primär­ wicklungen (23) in Reihe geschaltet, mit einer Wechsel­ spannungsquelle verbunden sind und die Sekundärwicklungen (24) in Reihe geschaltet, an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen sind, die aus einer Summiereinrichtung (15) für die Einzelwerte der Sensorelemente (111, 112, 113, 114), Elementen zur Bildung eines Mittelwertes der Ein­ zelwerte, einer Vergleichseinrichtung zur Überprüfung des Mittelwertes auf Abweichungen von einem vorgegebenen Soll­ wert und einer vom Ausgang der Vergleichseinrichtung ge­ steuerten Steuereinrichtung (12) besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bewegliche Kern (25) der Sensor­ elemente (111, 112, 113, 114) mit einem durch den Ölstand gesteuerten Schwimmer gekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bewegliche Kern (25) der Sensor­ elemente (111, 112, 113, 114) als unmittelbar durch den Ölstand gesteuerter Schwimmer ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die aus den Primär- und Sekundärwicklungen (23, 24) bestehende Spulen­ anordnung als langgestreckte Zylinderspule ausgebildet ist, in die der Kern (25) bei seiner Bewegung mehr oder weniger tief eindringt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kern (25) über seine gesamte wirksame Länge im wesentlichen gleiche Abmessungen und Materialeigenschaften besitzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß bei scheiben­ förmiger Ausbildung der aus zwei Wicklungen (341, 342) bestehenden Spulenanordnung ein Schwimmer (35) vorgesehen ist, dessen Abmessungen und/oder Materialeigenschaften über die gesamte wirksame Länge unterschiedlich sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bewegliche Schwimmer (35) in seinem Hauptteil (352) auf seiner magnetisch wirksamen Länge bei über die Länge gleichen Abmessungen eine unter­ schiedliche magnetische Wirksamkeit, insbesondere Permea­ bilität aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (35) auf seiner wirksamen Länge eine konische Form be­ sitzt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kern (25) bzw. der Schwimmer (35) mit einer Auflage aus Nickel versehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stärke der Auflage aus Nickel unterschiedlich ist.