WO2017152900A1 - Verfahren und einrichtung zur kalibrierung eines ölverbrauchsmessgeräts - Google Patents

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WO2017152900A1
WO2017152900A1 PCT/DE2017/100112 DE2017100112W WO2017152900A1 WO 2017152900 A1 WO2017152900 A1 WO 2017152900A1 DE 2017100112 W DE2017100112 W DE 2017100112W WO 2017152900 A1 WO2017152900 A1 WO 2017152900A1
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burner
evaporator
oil
combustion engine
calibration
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PCT/DE2017/100112
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Inventor
Johannes Plückers
Arnim ROBOTA
Original Assignee
Federal-Mogul Burscheid Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2882—Markers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0606—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support
    • G01N15/0618—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support of the filter type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating an oil consumption meter for an internal combustion engine.
  • No. 7,428,838 B2 discloses a method and a device for calibrating an oil consumption meter. According to the method, the configuration is to be brought about by analyzing the exhaust gas by removing a partial flow from the exhaust gas train of the internal combustion engine. Oil is added to this partial flow and burned, whereby sulfur is to be detected in the partial flow.
  • EP 1 723 320 B2 discloses a method for determining the oil consumption resulting from an oil separation system in the circuit for recycling the casing gases of an internal combustion engine, the casing gases resulting from the escape of the combustion gases from the combustion chamber,
  • the lubricating oil of the engine is marked by introducing at least one radioactive tracer into the oil
  • the casing gases leaving the engine block and loaded with lubricating oil are passed through an oil separation system where at least part of the oil contained in the gases is separated, collected and returned to the oil sump,
  • the oil, which is not separated from the housing gas exiting the oil separation system, is deposited in an oil separation apparatus located downstream of the oil separation system, by means of a detector located in the vicinity of the oil separation apparatus and sensitive to or through the oil separation apparatus radioactive tracer ionizing radiation emitted, the radioactivity of the oil not separated in the oil separation system and retained in the oil separation device is measured, the detector being protected with a material which is resistant to radiation, adapted to be emitted by the lubricating oil circulating in the nearby engine, is adjusted so that the detector exclusively measures the radioactivity accumulated in the separator and the results of that measurement are transmitted to a computer capable of starting From these results, calculate the consumption of lubricating oil not separated in the separation system.
  • DE 1 1 2008 001 335 T5 discloses a system and a method for producing diesel exhaust gases for testing aftertreatment devices for diesel engines. Proposed is a method of producing exhaust gas containing particulate matter (PM) using a burner-based system that simulates the PM generated by a diesel-powered internal combustion engine, comprising:
  • an oxygen nozzle to inject a predetermined amount of oxygen into the exhaust gas to thereby provide the exhaust gas having an oxygen content of 2-10 vol.%
  • This prior art is not a method for calibrating an oil consumption meter using a calibration mixture.
  • DE 10 2013 014 356 A1 discloses a method for calibrating an oil consumption meter for an internal combustion engine by installing a device for evaporating an oil in the exhaust line of the internal combustion engine, wherein a defined amount of oil and a radioactive tracer are introduced into the device, as seen in the exhaust gas flow direction , behind the device, a particulate filter is provided in the exhaust system, which is evaporated by the hot exhaust gases of the internal combustion engine, the intended proportion of active oil, respectively burned and measured in the downstream particulate filter particles measured by a sensor and the measurement result of a protocol and evaluation available is provided.
  • the oil consumption of an internal combustion engine is an important feature for the functional quality of the piston and piston ring assembly. This oil consumption depends very much on the operating point of the respective engine. It is therefore of great importance to be able to use a suitable measuring method in order to be able to create an oil consumption map for the respective engine in a very short time.
  • the invention has for its object to provide a method for calibrating an oil consumption meter, by which the actual oil consumption of an internal combustion engine can be analyzed by simple means, so that for the series use of this engine type a clear prediction of the respective oil consumption can be made.
  • the invention is further based on the object of providing a device for calibrating an oil consumption meter, by means of which it is ensured that the calibration mixture can be completely incinerated without the formation of deposits.
  • the first part of the object is achieved by a method for calibrating an oil consumption meter for an internal combustion engine by outside of the internal combustion engine
  • a container for a calibration mixture consisting of oil and a radioactive tracer is provided
  • the calibration mixture is fed to an evaporator / burner
  • the air is supplied to the evaporator / burner
  • the calibration mixture in the evaporator / burner is evaporated / burned, such that the oil components with the tracer through the preheated
  • a particulate filter is provided in the exhaust line, which collected in the particulate filter containing the radioactive tracer
  • Combustion residues are measured by means of an activity meter
  • the measurement result is made available to a protocol and evaluation unit.
  • the first subtask can also be solved by a method for calibrating an oil consumption meter for an internal combustion engine by operating outside the internal combustion engine
  • a container for a calibration mixture consisting of oil and a radioactive tracer is provided,
  • the calibration mixture is fed to an evaporator / burner, the air is supplied to the evaporator / burner,
  • the calibration mixture in the evaporator / burner is evaporated / burned, such that the oil components are vaporized with the tracer through the preheated air and burned immediately after,
  • the combustion residues collected in the particulate filter and containing the radioactive tracer are measured by means of an activity meter;
  • the internal combustion engine is co-operated, wherein the combustion residues from the evaporator / burner are fed into the main exhaust gas flow of the internal combustion engine before the particle filter.
  • the method for calibrating an oil consumption meter is based on the measurement of the radioactivity of a radioactive tracer consumed with the oil.
  • the tracer in question is a hydrocarbon to which the radioisotope GE 69 is chemically bound.
  • the second sub-problem is solved by a device for calibrating an oil consumption meter for an internal combustion engine, including an outside of the internal combustion engine provided, with a calibration mixture, consisting of an oil and a radioactive tracer, operable evaporator / burner,
  • an activity measuring device provided in the region of the particle filter, an evaluation and protocol unit.
  • the radioactively tracerated oil (calibration mixture), which advantageously has the same composition as the oil filling of the internal combustion engine, is injected under pressure into an evaporator / burner via a metering unit (injection unit),
  • the amount of calibration mixture injected by the injection unit is known either in its total injected mass or in an adjustable but constant injection rate
  • an air heater is located upstream of the evaporator / burner, as seen in the gas flow direction, but so close in space that the vaporized oil components with the tracer are substantially completely vaporized and burned by the hot gas,
  • the air / calibration mixture ratio in the evaporator / burner is adjusted with enough excess air to provide enough oxygen for the oxidation of the evaporated calibration mixture, the combustion residues from the burner can be fed directly by means of a Y or T pipe section on the one hand to the exhaust pipe of the internal combustion engine behind the exhaust manifold and, if necessary, an existing exhaust gas turbocharger / exhaust gas treatment device of the engine.
  • combustion residues from the evaporator / burner without branching can be fed directly to the particle filter, so that the engine does not have to be operated in parallel.
  • the evaporator / burner and the connecting pipe to the Y or T pipe section is advantageously kept at the temperature above the boiling point (typically> 450 ⁇ C) of the oil used by means of insulation or, if necessary, an additionally supplied heating power.
  • the calibration can be done by means of the device in two ways
  • a non-constant calibration factor for example, different factors for very small or very large oil consumption.
  • Fig. 1 functional diagram of a device for calibrating a
  • Fig. 3 graphical representation of the tracer decay (time course of the
  • FIG. 1 shows a functional diagram of a device 1 for calibrating an oil consumption meter. Shown is an internal combustion engine 1 ', as used, for example, on an engine test stand, a cooperating tubular exhaust system 2, which terminates in an exhaust pipe 2', a container 3 for oil and a radioactive tracer (calibration mixture) and an air supply device 4, that with a mass flow controller 4 '(MFC) interacts. Via a line 5, air is supplied to an air heater 6. In the vicinity of an evaporator / burner 7, the air heater 6 is provided and connected via a line 8 therewith. The calibration mixture provided in the container 3 is fed via a line 9 to an injection device 10, which injects the calibration mixture into the evaporator / burner 7 in metered form. If necessary, the calibration mixture still diesel fuel for the purpose of dilution be mixed.
  • a central control unit 1 1 controls the respective Heil-Kalibriergemischmenge.
  • the evaporator / burner 7 is connected in this example via a line 12 to the exhaust line (Y or T-pipe section) 2 of the internal combustion engine 1 '.
  • the functional diagram is to be understood here as a type of test stand, wherein the activity measuring device 16 formed as a protocol and evaluation unit or whose calculated values / parameters are used to calibrate the oil consumption meter.
  • the measured values of the respective internal combustion engine 1 'determined on the test stand are state variables which can be taken into account in series operation of this internal combustion engine 1'.
  • the calibration mixture is vaporized / burnt in the evaporator / burner 7, in which case temperatures above the autoignition temperature of the calibration mixture injected into the evaporator / burner 7 are given. This temperature usually amounts to a value above 450 ° C. This measure ensures that the injected calibration mixture can be completely burned by the hot gases of the evaporator / burner 7.
  • Combustion residues from the evaporator / burner 7 are fed into the exhaust gas line 2 of the engine 1 'traveling at a predefinable operating speed, whereby the combustion residues containing the radioactive tracer accumulate in the particle filter 14.
  • the Measurement of the radioactivity takes place - as already mentioned - via the detector 15, which is connected to the activity meter 16.
  • the calibration of the oil consumption meter can in this case be carried out until no change in activity is given in the particulate filter 14.
  • Fig. 2 shows an alternative method for calibrating an oil consumption meter. Identical components are provided with the same reference numerals. Notwithstanding Fig. 1, the combustion residues containing hot fuel gas from the evaporator / burner 7 is not the exhaust line 2 of the internal combustion engine 1 'abandoned, but introduced directly into the particulate filter 14, via the line 12'. With this change, the internal combustion engine 1 'does not have to be co-operated. The measuring method takes place in analogy to FIG. 1.
  • FIGS. 3 to 5 are graphs associated, on the one hand, with the decay of the radioactive tracer and, on the other hand, with the measurement of tracer decay.
  • the sequence of the method according to claim 9 is shown in Fig. 3 by the sequence of 4 modes of engine and calibration.
  • the motor is operated at a steady-state operating point all the time.
  • Points 1 and 4 which have the slopes (dA / dt) i and (dA / dt) 4 , are operated without activated injection of the oil / tracer mixture. If necessary, a slope (dA / dt) i and (dA / dt) 4 not equal to zero, which is due to activity in the internal combustion engine, but corresponds to an oil consumption of zero in the sense of the calibration.
  • the activity curve shown in the curve in the time range between the beginning of the measurement and ti shows a slope of the non-zero curve, which is due to activities in the internal combustion engine. From the time ti the described calibration device 1 is operated in addition to the internal combustion engine 1 'injected a known amount delta moi on the injection 10 and evaporates / burns this amount in the evaporator / burner 7. The thus introduced activity is retained in the particulate filter and leads an increase in the activity signal between ti and t 2 . After the time period t 2 , the activity signal returns to the same slope as before time ti.
  • the difference in the delta-cps activity between the solid line and the dashed line after time t 2 corresponds to the activity of precisely the amount of oil in the calibration mixture Delta-moi.

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Abstract

Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem außerhalb des Verbrennungsmotors ein Behältnis für ein Kalibriergemisch, bestehend aus Öl und einem radioaktiven Tracer, vorgesehen wird das Kalibriergemisch einem Verdampfer/Brenner zugeführt wird, dem Verdampfer/Brenner Luft zugeführt wird, das Kalibriergemisch im Verdampfer/Brenner verdampft/verbrannt wird, dergestalt, dass die Olbestandteile mit dem Tracer durch die vorgewärmte Luft verdampft und in unmittelbarem Anschluss verbrannt werden, die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingebracht werden, in Abgasströmungsrichtung gesehen, hinter der Aufgabestelle der Verbrennungsrückstände ein Partikelfilter im Abgasstrang vorgesehen wird, die im Partikelfilter gesammelten, den radioaktiven Tracer enthaltenden Verbrennungsrückstände mittels eines Aktivitätsmessgeräts gemessen werden, das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt wird.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor.
Der US 7,428,838 B2 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts zu entnehmen. Verfahrensgemäß soll die Konfiguration durch Analyse des Abgases herbeigeführt werden, indem dem Abgasstrang des Verbrennungsmotors ein Teilstrom entnommen wird. Diesem Teilstrom wird Öl zugegeben und verbrannt, wobei im Teilstrom Schwefel nachgewiesen werden soll.
Die EP 1 723 320 B2 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des Ölverbrauchs, der von einem in den Kreislauf zum Recycling der Gehäusegase eines internen Verbrennungsmotors befindlichen System zur Olabtrennung herrührt, wobei die Gehäusegase aus dem Entweichen der Verbrennungsgase aus dem Brennraum resultieren, wobei
das Schmieröl des Motors durch Einführen von mindestens einem radioaktiven Tracer in das Öl markiert wird,
die den Motorblock verlassenden und mit Schmieröl beladenen Gehäusegase durch ein System zur Olabtrennung befördert werden, wo mindestens ein Teil des in den Gasen enthaltenen Öls abgetrennt, gesammelt und zum Ölsumpf zurückgeführt wird,
das Öl, das nicht von dem aus dem System zur Olabtrennung austretenden Gehäusegasen abgetrennt wird, in einer stromabwärts des Systems zur Olabtrennung befindlichen Ölabscheidevorrichtung abgeschieden wird, mit Hilfe eines Detektors, der in der Nähe der Ölabscheidevorrichtung angeordnet wird und empfindlich gegenüber der durch den oder die radioaktiven Tracer emittierten ionisierenden Strahlung ist, die Radioaktivität des nicht in dem System zur Olabtrennung abgetrennten und in der Ölabscheidevorrichtung zurückbehaltenen Öls gemessen wird, wobei der Detektor mit einem Material geschützt wird, das gegenüber der Strahlung, die durch das im in der Nähe angeordneten Motors umlaufende Schmieröl emittiert wird, so angepasst wird, dass der Detektor ausschließlich die Radioaktivität misst, die sich in der Abscheidevorrichtung akkumuliert und die Ergebnisse dieser Messung an einen Computer übermittelt werden, der in der Lage ist, ausgehend von diesen Ergebnissen den Verbrauch an nicht in dem System zur Abtrennung abgetrennten Schmieröls zu berechnen.
Durch Vergleichsmessungen mit und ohne Öl im Abgasstrang werden über eine Auswerteinheit Kalibrierungskoeffizienten gebildet.
Der DE 1 1 2008 001 335 T5 ist ein System und ein Verfahren zur Erzeugung von Dieselabgasen zum Testen von Nachbehandlungsvorrichtungen für Dieselmotoren zu entnehmen. Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Erzeugung von Abgas, das unter Verwendung eines Brenner-gestützten Systems partikelförmiges Material (PM) enthält, welches das PM simuliert, welches von einem dieselgetriebenen Verbrennungsmotor erzeugt wird, aufweisend:
Verwenden eines Brenners zur Aufnahme von Luft und Kraftstoff und zur Verbrennung der Luft sowie des Kraftstoffs, um Abgas und frei werdendes PM im Abgas zu erzeugen,
Verwenden eines Wärmetauschers, um das Abgas stromabwärts des Brenners auf eine Temperatur < 650<C abzukühlen,
Verwenden einer Sauerstoffdüse, um eine vorbestimmte Menge Sauerstoff in das Abgas einzublasen, um damit das Abgas mit einem Sauerstoffgehalt von 2 - 10 Vol.% bereitzustellen,
Verwenden eines Quenchers stromabwärts der Sauerstoffdüse, um das Abgas auf eine Temperatur abzukühlen, die ausreichend niedrig ist, um die Zusammensetzung des PM zu fixieren, und Verwenden eines computergesteuerten Regelsystems zur Regelung der Menge und der Terminierung der Zufuhr von Kraftstoff und Sauerstoff zum Brenner und zur Sauerstoffdüse.
Bei diesem Stand der Technik handelt es sich nicht um ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts unter Einsatz eines Kalibriergemisches.
Die DE 10 2013 014 356 A1 offenbart ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem eine Einrichtung zur Verdampfung eines Öls in den Abgasstrang des Verbrennungsmotors eingebaut wird, wobei in die Einrichtung eine definierte Ölmenge sowie ein radioaktiver Tracer eingebracht werden, in Abgasströmungsrichtung gesehen, hinter der Einrichtung ein Partikelfilter im Abgasstrang vorgesehen wird, wobei durch die heißen Abgase des Verbrennungsmotors der vorgesehene Anteil des aktiven Öls verdampft, respektive verbrannt wird und die im nachgeschalteten Partikelfilter gefilterten Partikel mittels eines Sensors gemessen und das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt wird.
Der Ölverbrauch eines Verbrennungsmotors ist ein wichtiges Merkmal für die Funktionsqualität der Kolben und Kolbenringbestückung. Dieser Ölverbrauch hängt hierbei sehr stark vom Betriebspunkt des jeweiligen Motors ab. Daher ist es von großer Bedeutung, ein geeignetes Messverfahren einsetzen zu können, um innerhalb kürzester Zeit ein Ölverbrauchskennfeld für den jeweiligen Motor erstellen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts bereitzustellen, durch welches mit einfachen Mitteln der tatsächliche Ölverbrauch eines Verbrennungsmotors analysiert werden kann, so dass für den Serieneinsatz dieses Motortyps eine eindeutige Vorhersage des jeweiligen Ölverbrauchs getroffen werden kann. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts bereitzustellen, mittels welchem sichergestellt wird, dass das Kalibriergemisch ohne Bildung von Ablagerungen vollständig verbrannt werden kann.
Der erste Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem außerhalb des Verbrennungsmotors
ein Behältnis für ein Kalibriergemisch, bestehend aus Öl und einem radioaktiven Tracer, vorgesehen wird
das Kalibriergemisch einem Verdampfer/Brenner zugeführt wird,
dem Verdampfer/Brenner Luft zugeführt wird,
das Kalibriergemisch im Verdampfer/Brenner verdampft/verbrannt wird, dergestalt, dass die Ölbestandteile mit dem Tracer durch die vorgewärmte
Luft verdampft und im unmittelbaren Anschluss verbrannt werden,
die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner in den
Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingebracht werden,
in Abgasströmungsrichtung gesehen, hinter der Aufgabestelle der
Verbrennungsrückstände ein Partikelfilter im Abgasstrang vorgesehen wird, die im Partikelfilter gesammelten, den radioaktiven Tracer enthaltenden
Verbrennungsrückstände mittels eines Aktivitätsmessgeräts gemessen werden,
das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt wird.
Die erste Teilaufgabe kann alternativ auch gelöst werden durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem außerhalb des Verbrennungsmotors
ein Behältnis für ein Kalibriergemisch, bestehend aus Öl und einem radioaktiven Tracer, vorgesehen wird,
das Kalibriergemisch einem Verdampfer/Brenner zugeführt wird, dem Verdampfer/Brenner Luft zugeführt wird,
das Kalibriergemisch im Verdampfer/Brenner verdampft/verbrannt wird, dergestalt, dass die Ölbestandteile mit dem Tracer durch die vorgewärmte Luft verdampft und im unmittelbaren Anschluss verbrannt werden,
die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner einem nachgeschalteten Partikelfilter aufgegeben werden,
die im Partikelfilter gesammelten, den radioaktiven Tracer enthaltenden, Verbrennungsrückstände mittels eines Aktivitätsmessgeräts gemessen werden,
das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit (15) zur Verfügung gestellt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der alternativen erfindungsgemäßen Verfahren sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei Alternative 1 wird der Verbrennungsmotor mitbetrieben, wobei die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner in den Hauptabgasstrom des Verbrennungsmotors vor dem Partikelfilter aufgegeben werden.
Bei Alternative 2 werden die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner unmittelbar dem Partikelfilter zugeführt, so dass der Verbrennungsmotor zur Aktivitätsmessung nicht mitbetrieben werden muss.
Das Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts beruht auf der Messung der Radioaktivität eines mit dem Öl verbrauchten radioaktiven Tracers. Der betreffende Tracer ist ein Kohlenwasserstoff, an den das Radioisotop GE 69 chemisch gebunden ist.
Die zweite Teilaufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, beinhaltend einen außerhalb des Verbrennungsmotors vorgesehenen, mit einem Kalibriergemisch, bestehend aus einem Öl sowie einem radioaktiven Tracer, betreibbaren Verdampfer/Brenner,
ein das Kalibriergemisch beinhaltendes Behältnis,
eine außerhalb des Verbrennungsmotors vorgesehene, dem
Verdampfer/Brenner vorgeschaltete Luftheizeinrichtung,
eine Dosiereinrichtung für das Kalibriergemisch,
ein dem Verdampfer/Brenner nachgeschaltetes Partikelfilter,
ein im Bereich des Partikelfilters vorgesehenes Aktivitätsmessgerät, eine Auswerte- und Protokolleinheit.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in etwa wie folgt wiedergegeben werden
das radioaktiv getracerte Öl (Kalibriergemisch), welches vorteilhafterweise die gleiche Zusammensetzung wie die Ölbefüllung des Verbrennungsmotors aufweist, wird über eine Dosiereinheit (Einspritzeinheit) unter Druck in einen Verdampfer/Brenner eingespritzt,
die Menge des durch die Einspritzeinheit eingespritzten Kalibriergemischs ist entweder in seiner eingespritzten Gesamtmasse oder in einer einstellbaren aber konstanten Einspritzrate bekannt,
eine Luftheizeinrichtung ist, in Gasflussrichtung gesehen, vor dem Verdampfer/Brenner angeordnet, jedoch räumlich so nahe, dass die verdampften Ölbestandteile mit dem Tracer durch das heiße Gas im Wesentlichen vollständig verdampft und verbrannt werden,
das Luft-Kalibrierungsgemisch-Verhältnis im Verdampfer/Brenner wird mit so viel Luftüberschuss eingestellt, dass immer genügend Sauerstoff für die Oxidation des verdampften Kalibriergemischs zur Verfügung steht, die Verbrennungsrückstände aus dem Brenner können direkt mittels eines Y- oder T-Rohrstücks einerseits dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors hinter dem Abgaskrümmer und bedarfsweise einem vorhandenen Abgasturbolader/einer Abgasnachbehandlungseinrichtung des Motors zusätzlich zugeführt werden.
Alternativ können die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner ohne Verzweigung direkt dem Partikelfilter zugeführt werden, so dass der Motor nicht parallel betrieben werden muss.
Der Verdampfer/Brenner und das Verbindungsrohr zum Y- bzw. T-Rohrstück wird vorteilhafterweise mittels einer Isolierung oder bedarfsweise einer zusätzlich zugeführten Heizleistung auf der Temperatur oberhalb der Siedetemperatur (typisch > 450<C) des eingesetzten Öls gehalten.
Die Kalibrierung kann mit Hilfe der Vorrichtung über zwei Wege vorgenommen werden
a) Absolutkalibrierung, indem eine absolute Menge des Kalibriergemischs in einer bekannten Masse an Öl in Relation zu einer Differenz im Aktivitätssignal am Aktivitätsmessgerät eingesetzt wird. Hierbei wird über den gesamten Wertebereich der Messgröße ein Kalibrierfaktor ermittelt. b) Kalibrierkurvenverfahren, wobei bei der Einspritzung des Kalibriergemisches mehrere Steigerungswerte (dA/dt)i des Aktivitätsanstiegs ermittelt werden können. Mittels einer Kalibrierkurve kann der Zusammenhang zwischen der gemessenen Größe (Aktivitätszuwachs) (dA/dt)i in cps/h und zu kalibrierender Größe (Ölverbrauch) in g/h hergestellt werden.
Gegenüber dem unter a) genannten Verfahren kann mit b) ein nicht konstanter Kalibrierfaktor Berücksichtigung finden, z.B. unterschiedliche Faktoren bei sehr kleinen bzw. sehr großen Ölverbräuchen. Mit der Anordnung der Einspritzung des Gemisches in den Abgasstrang nach Austritt aus dem Motor ist gesichert, dass die gesamte, in einer Probe vorhandene Aktivität in den Partikelfilter transportiert wird. Indem abgesichert wird, dass das eingespritzte Kalibriergemisch durch zusätzliche Lufteinblasung und zusätzliche Zündquelle vollständig verbrannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass sämtliche Ge-69-Atome zu GeO oder GeO2 aufoxidiert und damit als Feststoffpartikel im Filter vollständig zurückgehalten werden. Die sich durch die direkte Einspritzung in den Gasstrom des strömungsoptimierten Verdampfers/Verbrenners ergebenden höheren Strömungsgeschwindigkeiten sorgen für eine Unterdrückung der Ablagerungsbildung im Verdampfer/Brenner.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 Funktionsschema einer Einrichtung zur Kalibrierung eines
Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor;
Fig. 2 alternatives Funktionsschema;
Fig. 3 grafische Darstellung des Tracer-Zerfalls (Zeitverlauf des
Aktivitätssignals);
Fig. 4 grafische Darstellung einer Kalibrierkurve;
Fig. 5 Schaubild des Tracerzerfalls bei einer Absolutkalibrierung.
Fig. 1 zeigt ein Funktionsschema einer Einrichtung 1 zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts. Dargestellt ist ein Verbrennungsmotor 1 ', wie er bspw. auf einem Motorprüfstand eingesetzt wird, ein damit zusammenwirkender rohrförmig ausgebildeter Abgasstrang 2, der in einem Abgasrohr 2' ausläuft, ein Behältnis 3 für Öl und einem radioaktiven Tracer (Kalibriergemisch) sowie eine Luftzufuhreinrichtung 4, die mit einem Mass-Flow-Controller 4' (MFC) zusammenwirkt. Über eine Leitung 5 wird Luft einer Luftheizeinrichtung 6 zugeführt. In räumlicher Nähe eines Verdampfers/Brenners 7 ist die Luftheizeinrichtung 6 vorgesehen und über eine Leitung 8 damit verbunden. Das im Behältnis 3 vorgesehene Kalibriergemisch wird über eine Leitung 9 einer Einspritzeinrichtung 10 zugeführt, die das Kalibriergemisch in dosierter Form in den Verdampfer/Brenner 7 einspritzt. Bedarfsweise kann dem Kalibriergemisch noch Dieselkraftstoff zum Zwecke der Verdünnung beigemischt werden. Ein zentrales Steuergerät 1 1 steuert die jeweilige Luft-Kalibriergemischmenge.
Der Verdampfer/Brenner 7 ist in diesem Beispiel über eine Leitung 12 mit dem Abgasstrang (Y- oder T-Rohrstück) 2 des Verbrennungsmotors 1 ' verbunden. Hinter der Aufgabestelle 13, d.h. in Gasströmungsrichtung gesehen (Pfeil), befindet sich ein nachgeschalteter Partikelfilter 14 sowie ein, einen Detektor 15 enthaltendes Aktivitätsmessgerät 16. Das Funktionsschema ist hierbei als eine Art Prüfstand zu verstehen, wobei das als Protokoll- und Auswerteeinheit ausgebildete Aktivitätsmessgerät 16, respektive dessen errechnete Werte/Parameter zur Kalibrierung des Ölverbrauchsmessgeräts verwendet werden. Die prüfstandsseitig ermittelten Messwerte des jeweiligen Verbrennungsmotors 1 ' sind Zustandsgrößen, wie sie im Serienbetrieb dieses Verbrennungsmotors 1 ' berücksichtigt werden können. Das Kalibrierungsgemisch wird im Verdmpfer/Brenner 7 verdampft/verbrannt, wobei hier Temperaturen oberhalb der Selbstzündungstemperatur des in den Verdampfer/Brenner 7 eingespritzten Kalibriergemisches gegeben sind. Diese Temperatur beläuft sich üblicherweise auf einen Wert oberhalb von 450<C. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass das eingespritzte Kalibriergemisch durch die heißen Gase des Verdampfers/Brenners 7 vollständig verbrannt werden kann.
Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner 7 werden in den Abgasstrang 2 des mit vorgebbarer Betriebsdrehzahl mitlaufenden Verbrennungsmotors 1 ' aufgegeben, wobei sich die, den radioaktiven Tracer beinhaltenden, Verbrennungsrückstände im Partikelfilter 14 ansammeln. Die Messung der Radioaktivität erfolgt - wie bereits angesprochen - über den Detektor 15, der mit dem Aktivitätsmessgerät 16 verbunden ist. Die Kalibrierung des Ölverbrauchsmessgeräts kann hierbei solange durchgeführt werden, bis keine Aktivitätsänderung mehr im Partikelfilter 14 gegeben ist.
Fig. 2 zeigt ein alternatives Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Abweichend zu Fig. 1 wird das die Verbrennungsrückstände beinhaltende heiße Brenngas aus dem Verdampfer/Brenner 7 nicht dem Abgasstrang 2 des Verbrennungsmotors 1 ' aufgegeben, vielmehr direkt in den Partikelfilter 14 eingebracht, und zwar über die Leitung 12'. Bei dieser Änderung muss der Verbrennungsmotor 1 ' nicht mitbetrieben werden. Das Messverfahren erfolgt in Analogie zu Fig. 1 .
Die Figuren 3 bis 5 zeigen Schaubilder, die einerseits mit dem Zerfall des radioaktiven Tracers und andererseits mit der Messung des Tracerzerfalls einhergehen.
Der Ablauf des Verfahrens nach Anspruch 9 wird in Fig. 3 durch die Abfolge von 4 Betriebsarten von Motor und Kalibriereinrichtung dargestellt. Der Motor wird die gesamte Zeit in einem stationären Betriebspunkt betrieben. Punkt 1 und 4, welche die Steigungen (dA/dt)i und (dA/dt)4 aufweisen, werden ohne aktivierte Einspritzung des Öl/Tracer-Gemischs betrieben. Es stellt sich ggf. eine Steigung (dA/dt)i und (dA/dt)4 ungleich Null ein, die durch Aktivität im Verbrennungsmotor begründet ist, aber einem Ölverbrauch von Null im Sinne der Kalibrierung entspricht. In den Punkten 2, repräsentiert durch (dA/dt)2 bzw. den Punkt 3, repräsentiert durch (dA/dt)3, wird jeweils ein Öl/Tracer-Gemisch in den Verdampfer eingespritzt, im Punkt 2 mit einer geringeren Einspritzrate bzw. im Punkt 3 mit einer höheren Einspritzrate. Da die Einspritzrate an Öl/Tracer-Gemisch bekannt ist, können die entsprechenden Punkte in eine Kalibrierkurve wie in Fig. 4, zusammen mit den Steigungen aus Fig. 3 ermittelt, eingetragen werden. Fig. 5 zeigt über die Zeit den Zerfall eines radioaktiven Isotops, z.B. des Germanium-69 Isotops. Dargestellt ist der Vorgang einer Absolutkalibrierung gemäß Anspruch 8. Der in der Kurve dargestellte Aktivitätsverlauf im Zeitbereich zwischen Beginn der Messung und ti zeigt eine Steigung der Kurve ungleich Null, die durch Aktivitäten im Verbrennungsmotor begründet ist. Ab dem Zeitpunkt ti wird die beschriebene Kalibriereinrichtung 1 zusätzlich zum Verbrennungsmotor 1 'betrieben, spritzt eine bekannte Menge Delta-moi über die Einspritzung 10 ein und verdampft/verbrennt diese Menge im Verdampfer/Brenner 7. Die dadurch eingebrachte Aktivität wird im Partikelfilter zurückgehalten und führt zu einem Anstieg im Aktivitätssignal im Zeitraum zwischen ti und t2. Nach dem Zeitraum t2 kehrt das Aktivitätssignal auf die gleiche Steigung wie vor dem Zeitpunkt ti zurück. Die Differenz in der Aktivität Delta-cps zwischen der durchgezogenen Linie und der gestrichelten Linie nach dem Zeitpunkt t2 entspricht der Aktivität genau der Menge Öl im Kalibriergemisch Delta-moi. Der absolute Kalibrierfaktor k kann mit diesen beiden Größen als Quotient ermittelt werden mit k = Delta-möi/Delta-cps
Bezugszeichenliste
1 Einrichtung
1 ' Verbrennungsmotor
2 Abgasstrang
2' Abgasendrohr
3 Behältnis
4 Luftzufuhreinrichtung
4' Mass-Flow-Controller (MFC)
5 Leitung
6 Luftheizeinrichtung
7 Verdampfer/Brenner
8 Leitung
9 Leitung
10 Einspritzeinrichtung
1 1 Steuergerät
12 Leitung
12' Leitung
13 Aufgabestelle
14 Partikelfilter
15 Detektor
16 Aktivitätsmessgerät

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem außerhalb des Verbrennungsmotors (1 ')
ein Behältnis (3) für ein Kalibriergemisch, bestehend aus Öl und einem radioaktiven Tracer, vorgesehen wird,
das Kalibriergemisch einem Verdampfer/Brenner (7) zugeführt wird, dem Verdampfer/Brenner (7) Luft zugeführt wird,
das Kalibriergemisch im Verdampfer/Brenner (7) verdampft/verbrannt wird, dergestalt, dass die Olbestandteile mit dem Tracer durch die vorgewärmte Luft verdampft und in unmittelbarem Anschluss verbrannt werden,
die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner (7) in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors (1 ') eingebracht werden, in Abgasströmungsrichtung gesehen, hinter der Aufgabestelle (13) der Verbrennungsrückstände ein Partikelfilter (14) im Abgasstrang (2) vorgesehen wird,
die im Partikelfilter (14) gesammelten, den radioaktiven Tracer enthaltenden Verbrennungsrückstände mittels eines Aktivitätsmessgeräts (16) gemessen werden,
das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt wird.
2. Verfahren zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, indem außerhalb des Verbrennungsmotors (1 ')
ein Behältnis (3) für ein Kalibriergemisch, bestehend aus Öl und einem radioaktiven Tracer, vorgesehen wird,
das Kalibriergemisch einem Verdampfer/Brenner (7) zugeführt wird, dem Verdampfer/Brenner (7) Luft zugeführt wird,
das Kalibriergemisch im Verdampfer/Brenner (7) verdampft/verbrannt wird, dergestalt, dass die Olbestandteile mit dem Tracer durch die vorgewärmte Luft verdampft und im unmittelbaren Anschluss verbrannt werden,
die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner (7) einem nachgeschalteten Partikelfilter (14) aufgegeben werden,
die im Partikelfilter (14) gesammelten, den radioaktiven Tracer enthaltenden, Verbrennungsrückstände mittels eines Aktivitätsmessgeräts (16) gemessen werden,
das Messergebnis einer Protokoll- und Auswerteeinheit (15) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft- Kalibriergemisch-Verhältnis im Verdampfer/Brenner (7) mit so viel Luftüberschuss eingestellt wird, dass genügend Sauerstoff für die Oxidation des verdampften Kalibriergemischs zur Verfügung steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Öl für das Kalibriergemisch die gleiche Zusammensetzung wie die Ölbefüllung des Verbrennungsmotors (1 ') eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriergemisch über eine Dosiereinheit unter Druck in den Verdampfer/Brenner (7) eingespritzt wird, dergestalt, dass die Menge des eingespritzten Kalibriergemischs entweder seiner eingespritzten Gesamtmasse entspricht oder aber als einstellbare, jedoch konstante Einspritzrate vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftheizeinrichtung (6), in Gasflussrichtung gesehen, vor dem Verdampfer/Brenner (7) räumlich so nahe angeordnet wird, dass die verdampften Olbestandteile mit dem Tracer im Verdampfer/Brenner (7) vollständig verbrannt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsrückstände aus dem Verdampfer/Brenner (7) mittels eines Y-oder T-Rohrstücks dem Abgasrohr (2') des Verbrennungsmotors (1 '), respektive dem Partikelfilter (14), zugeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung als absolute Kalibrierung vorgenommen wird, indem eine absolute Menge des Kalibriergemischs in Relation zu einer Differenz im Aktivitätssignal am Aktivitätsmessgerät (16) gesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung durch unterschiedliche Einspritzraten bei der Einspritzung des Kalibriergemischs in den Verdampfer/Brenner (7) vorgenommen wird, dergestalt, dass mehrere Steigerungswerte des Aktivitätsanstiegs ermittelt werden, wobei mittels einer Kalibrierkurve der Zusammenhang zwischen der gemessenen Größe, nämlich des Aktivitätszuwachses und der zu kalibrierenden Größe, nämlich des Ölverbrauchs, hergestellt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Tracer ein Kohlenstoff, an den das Radioisotop Ge-69 chemisch gebunden ist, eingesetzt wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriergemisch über eine beheizte Kapillare eingespritzt wird.
12. Vorrichtung zur Kalibrierung eines Ölverbrauchsmessgeräts für einen Verbrennungsmotor, beinhaltend
einen außerhalb des Verbrennungsmotors (1 ') vorgesehenen, mit einem Kalibriergemisch, bestehend aus einem Öl sowie einem radioaktiven Tracer, betreibbaren Verdampfer/Brenner (7), ein das Kalibriergemisch beinhaltendes Behältnis (3), eine außerhalb des Verbrennungsmotors (1 ') vorgesehene, dem
Verdampfer/Brenner (7) vorgeschaltete Luftheizeinrichtung (6), eine Dosiereinrichtung für das Kalibriergemisch,
ein dem Verdampfer/Brenner (7) nachgeschaltetes Partikelfilter (14), ein im Bereich des Partikelfilters (14) vorgesehenes
Aktivitätsmessgerät (16),
eine Auswerte- und Protokolleinheit.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl für das Kalibriergemisch die gleiche Zusammensetzung wie die Ölbefüllung des Verbrennungsmotors (1 ') aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Tracer ein Kohlenwasserstoff, an den das Radioisotop Ge-69 chemisch gebunden ist, einsetzbar ist.
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