DE2515960C2

DE2515960C2 - Verfahren und Einrichtungen zur Messung des Ölverbrauchs von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2515960C2
Application number: DE2515960A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7521 Neuthard Fritzsche
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE2515960A1; US4048497A; FR2307257B1; GB1530512A; FR2307257A1

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, di-3 die ersten und zweiten Proben (3,4) in ersten und zweiten Detektoren (1. 2) ausgemessen werden, wobei die ersten und zweiten Detektoren (1, 2) parallel betrieben werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit einem Motor mit einer Luft- und Kraftstoffzuleitung, mit einem ölsumpf für radioaktiv markiertes öl, mit einer Abgasleitung, mit mindestens einer Entnahmestelle für erste Proben in Probenbehältern und mit einer Detektoreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zumischstelle (13) an der Abgasleitung (11) für frisches oder aus dem Ölsumpf (8) stammendes, radioaktiv markiertes Öl vorhanden ist, daß vor der Zumischstelle (13) - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - mindestens die eine Entnahmestelle _VJ5) für erste Proben (3) vorhanden ist, daß hinter der Zumischstelle (13) mindestens eine weitere Entnahmestelle (15) für zweite Proben (4) vorhanden ist, und daß die Detektoreinrichtung (I₁ 2, 5) zur Messung und zum Vergleich der Probenradioaktivität ausgebildet ist

4. Einrichtung mit einem Motor mit einer Luft- und Kraftstoffzuleitung, mit einem Ölsumpf für radioaktiv markiertes öl, mit einer Abgasleitung, mit mindestens einer Entnahmestelle für erste Proben in Probenbehältern und mit einer Detektoreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zumischstelle (13) an der Abgasleitung (11) für frisches oder aus dem Ölsumpf (8) stammendes, radioaktiv markiertes öl vorhanden ist, daß hinter der Zumischstelle (13) - in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - mindestens die eine Entnahmestelle (15) für erste Proben (3) vorhanden ist, daß mindestens eine weitere Entnahmestelle (15) für zweite Proben (4) hinter mindestens der einen Entnahmestelle (15) für erste Proben (3) — in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - vorhanden ist, und daß die Detektoreinrichtung (1,2,5) zur Messung und zum Vergleich der Probenradioaktivität ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtungen zur Messung des Ölverbrauchs von Brennkraftmaschinen, bei dem das öl mit Tritium oder anderen Tracern radioaktiv markiert und das Abgas auf deren Gehalt untersucht wird, wobei aus der Abgasleitung mindestens eine erste Probe entnommen wird.

Es sind bereits Meßmethoden zur Bestimmung des Ölverbrauchs bekannt (MTZ 32 [1971], 3, Seiten 84 bis 90), die hierzu die Messung des ölvolumens oder des ä ölgewichts heranziehen. So werden ebenfalls in der DE-OS 15 48 974 und der US 29 57 986 Verfahren und Einrichtungen zur Messung des Ölverbrauchs von Verbrennungskraftmaschinen beschrieben, bei denen das öl mit z. B. einem Halogenid-Tracer radioaktiv markiert und das Abgas auf dessen Gehalt oder der Gehalt des Isotopes C-14 untersucht wird. Es wird auch aus dem Abgasstrom eine erste Probe und aus einem ölsumpf eine zweite radioaktiv markierte Probe entnommen. Der Gehalt an Radiotracern der ersten und zweiten Probe wird dann miteinander verglichen.

Weiterhin ist die Bestimmung des Ölverbrauchs mit ³H-Tracermarkierung und Messung des ³H-Verbrauchs in der Gasphase bekannt (Automobiltechnische Zeitschrift, 73. Jahrgang, Nr. 3, März 1971, Seiten 75 bis 79).

Da die zuerst genannte Meßart ungenau ist und eine Verfälschung der Ergebnisse durch Kraftstoffverdünnung und ölverschäumung auftritt sowie der FlüchtigkeitseinfluB des Ölverbrauchs nicht richtig bei Markierung des Öls mit Zn- und Na-Tracem oder Untersuchung des C-14-GehaItes zu erfassen ist, muß die zweitgenannte Meßmethode als zur Zeit günstigste für die Messung des Ölverbrauchs angesehen werden.

Sie arbeitet mit -Jer Tritiummarkierung des Öls und dessen Messung in der Gasphase in einem Proportionalzähler, wobei dem Motorabgas kontinuierlich ein Teilstrom entnommen und dem Proportionalzähler gemeinsam mit einem Methanstrom zugeführt wird. Im Sumpf des Motors befindet sich tritiertes Motorenöl. Mit dem Ölverbrauchsstrom gelangt der Aktivitätsstrom ins Abgas und wird von ihm getragen. Es stellt sich eine Aktivitätskonzentration im Abgas ein, die in dem Detektor gemessen werden kann.

Um den Ölverbrauch jedoch berechnen zu können, ist die Bestimmung der Detektoransprechwahrscheinlichkeit, der spezifischen Aktivität i*is Meßöls und des Abgasvolumenstroms nötig, wobei aber zusätzlich zur Bestimmung des Abgasvolumenstroms unter anderem die Meßwerte Volumenstrom der Ansaugluft, Ansaugdruck, Temperatur der Luft, Kraftstoffdichte, Kraft-Stoffverbrauchsstrom, Kraftstofftemperatur, Abgastemperatur und die Abgasdichte erforderlich werden. Weiterhin ist die Detektoransprechwahrscheinlichkeit nicht für alle Betriebsbedingungen des Motors konstant. Sie schwankt in der Größenordnung von über 100%.

Das hängt unter anderem von der unterschiedlichen Ionisierbarkeit, bedingt durch die Abgaszusammensetzung, ab. Für einen Motorlauf ist daher die Ansprechwahrscheinlichkeit für alle interessierenden Betriebspunkte mit einem nicht tritierten Motoröl und

definierten ³H-Zugabe zu ermitteln. Danach muß das gleiche Programm ein zweites Mal mit tritiertem Öl zur Messung des Ölverbrauchs gefahren werden.

Durch das endliche Volumen der Zuleitungen zum Detektor tritt eine Totzeit von ca. zwei Minuten auf.

Durch die Verzögerung bei der Vermischung der Gase im Detektor tritt nach einer Veränderung der stationäre Wert, der dem veränderten Betriebspunkt entspricht, erst nach ca. 10— 12 Minuten ein. Während dieser Zeit wird notwendigerweise die Umwelt mit Tritium beiastet — dies gilt auch für die Meßzeit selbst, denn während der Meßzeit muß der Motor laufen und nur ein winziger Teilstrom kann ja zur Messung herangezogen werden. Auch der Prüflauf des Motors (Investitionen und

Betriebskosten) wird verlängert. Hochspannungsschwankungen am Detektor bewirken Meßfehler.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, ein Verfahren und Einrichtungen zu bieten, die es gestatten, den Ölverbrauch mit kürzerer Motorversuchszeit, Unabhängigkeit von Motorbetriebspunkt und mit geringerem Fehler ohne Kenntnis der Ansaugdaten messen zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darin, daß der Abgasleitung dem öl in der Brennkraftmaschine entsprecheirdes öl oder öl aus dem ölsumpf zugemischt wird, wobei mindestens die erste Probe vor der Zumischung entnommen wird, daß aus der Abgasleitung hinter der Zumischstelle mindestens eine zweite Probe entnommen wird, und daß der Gehalt an Radiotracern der ersten und zweiten Probe oder Mittelwerte dieser Proben miteinander verglichen werden.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die ersten und zweiten Proben in ersten und zweiten Detektoren ausgemessen werden, wobei die ersten und zweiten Detektoren parallel betrieben werden.

Eine erste Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Zumischstelle bei der Abgasleitung für frisches oder aus dem ölsumpf stammendes, radioaktiv markiertes Öl vorhanden ist, daß vor der Zumischstelle — in Strömungsrichtung des Abgases gesehen — mindestens die eine Entnahmestelle für erste Proben vorhanden ist, daß hinter der Zumischstelle mindestens eine weitere Entnahmestelle für zweite Proben vorhanden ist, und daß die Detektoreinrichtung zur Messung und zum Vergleich der Probenradioaktivität ausgebildet ist

Eine zweite mögliche Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Zumischstelle an der Abgasleitung für frisches oder aus dem ölsumpf stammendes, radioaktiv markiertes öl vorhanden ist, daß hinter der Zumischstelle — in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - mindestens die eine Entnahmestelle für erste Proben vorhand.n ist, daß mindestens eine weitere Entnahmestelle für zweite Proben hinter mindestens der einen Entnahmestelle für erste Proben — in Strömungsrichtung des Abgases gesehen - vorhanden ist, und daß die Detektoreinrichtung zur Messung und zum Vergleich der Probenradioaktivität ausgebildet ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels mittels einer schematischen Darstellung der ersten Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in der Figur näher erläutert.

Bei der Herstellung des trittürten Öls wird von ca. 20 hochaktiven, mit ³H markierten ölfraktionen ausgegangen. Je nach Siejelinie des zu verwendenden Öls kann jetzt die Akiivität derart zusammengemischt werden, daß keine Unterschiede in der spezifischen Aktivität einzelner Fraktionen des fertig gemischten Öls auftreten. So ist der Flüchtigkeitseinfluß auf den Ölverbrauch richtig erfaßbar. Ohne größeren Aufwand (Extra-Tritierung) läßt sich jedes öl markieren. So können auch verschiedene Parameter des Öls untersucht werden, wie z. B. die Viskosität und die Flüchtigkeit.

Die Messung erfolgt durch Abgasprobennahme. Die Detektoren 1 und 2 bekannter Bauart für die ersten und zweiten Proben 3 und 4 werden mit Methan gespült und auf 0,75 bar Methan entleert. Zu diesem Methangas wird dann die Abgasprobe 3 bzw. 4 in die Detektoren 1 und 2 gegeben, bis wieder 1 bar herrscht. Beide Detektoren 1 und 2 sind gemeinsam in einem temperierten Raum 5 untergebracht und liegen, zur Verhinderung von Hochspannungs-Schwankungsfehlern, an einer gemeinsamen Hochspannungsquelle 6.

In der Figur ist schematisch die erste Einrichtung dargestellt. Der Motor 7 weist einen ölsumpf 8 auf, der das radioaktiv markierte öl enthält Über die Leitungen 9 und 10 wird Luft bzw. Kraftstoff dem Motor 7 zugeführt. Weiterhin ist an dem Motor eine Abgasleitung 11 angeschlossen, welche in zwei Teilstücke I und Π unterteilt ist und zu einem Kamin 12 führt Die Unterteilung der Abgasleitung 11 erfolgt durch die Zumischstelle 13.

Zur Messung eines Motorbetriebspunktes werden jeweils paarweise erste und zweite Abgasproben 3 und 4 entnommen. Dies erfolgt, nachdem der Motor 7 seinen konstanten Betriebspunkt erreicht hat. Mit Hilfe einer Einspritzpumpe (nicht näher dargestellt) an der Zumischstelle 13 kann dem Abgas<,trom in der Abgasleitung 11 ein konstanter ölstrom mit aktiviertem öl aus dem Sumpf 8 über die Leitung 14 oder ein dem öl im Ölsumpf 8 entsprechendes öl eingesp.'-zi werden. Es wird sichergestellt, daß dieses zusätzliche ö¹ verbrennt und die Aktivität in der Gasphase vorliegt.

Die Einspritzung kann nach der ersten Probenentnahme in der Teilleitung I erfolgen. Im Teilstück I der Abgasleitung 11 befindet sich nur die Aktivität, die aus dem Ölverbrauch im Motor 7 stammt, und im Teilstück II nach der Zungenvorrichtung 13 befindet sich zusätzlich noch die bekannte, kontinuierlich zugemischte Aktivität Die Probennahme der ersten P; oben 3 (eine oder mehrere sind auch möglich) erfolgt hier vor der Zumischstelle 13 in Strömungsrichtung des Abgases gesehen. Sie kann aber auch hinter der Zumischstelle 13 erfolgen, genauso wie die Probennahme der Proben 4 (wiederum eine oder mehrere zweite Proben möglich), jedoch noch vor der Probennahme der Proben 4. Gleichzeitig muß darauf geachtet werden, daß in diesem Fall die Einspritzung an der Zumischstelle 13 erst nach Probenentnahme der ersten Proben 3 erfolgt Lt.

Die Probenentnahme geschieht z. B. durch evakuierte Stahlflaschen, deren Magnetschieber 15 für die Messung geöffne, werden. Auch ist eine Probenentnahme durch Membranpumpen möglich.

Die ersten und zweiten Proben 3 und 4 werden jeweils paarweise zur gleichen Zeit in zwei Detektoren 1 und 2 gemessen. Beide Detektoren 1 und 2 werden von der gleichen Hochspannung 6, wie bereits erwähnt, versorgt. Dadurch können Schwankungen nicht die sonst bekannten Fehler bewirken.

Der Ölverbrauch ergibt sich aus der Messung zu

V = ^Iy ■ 7 Iy₊-Iy

Hierbei Nden V der Ölverbrauch in ml/h, l_v die Impujsrate der Probe 3, Iv₊ die Impulsrate der Probe 4 und Zdie Zuspritzmen^ in ml/h.

Durch diese Vergleichsmessung werden Fehler, die durch unterschiedliche Detektoransprechwahrscheinlichkeit entstehen, vermieden. Da sich die Zumischmenge Zuber die Einspritzpumpe an der Zumischstelle 13 und z. B. deren Drehzahl sehr exakt bestimmen läßt und die einzigen Meßgrößen zwei Zählraten bzw. Impulsraten /vund Iv₊ sind, wird der Fehler bei der Messung des Ölverbrauchs V im wesentlichen nur von der Statistik des radioaktiven Zerfalls bestimmt. Da das Verfahren nicht on-line arbeitet, laut sich dieser Fehler durch längere Meßzeiten noch verkleinern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung des Ölverbrauchs von Brennkraftmaschinen, bei dem das öl mit Tritium oder anderen Tracern radioaktiv markiert und das Abgas auf deren Gehalt untersucht wird, wobei aus der Abgasleitung mindestens eine erste Probe entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasleitung (11) dem Öl in der Brennkraftmaschine (7) entsprechendes öl oder öl aus dem Ölsumpf (8) zugemischt wird, wobei mindestens die erste Probe (3) vor der Zumischung entnommen wird, daß aus der Abgasleitung (11) hinter der Zumischstelle (13) mindestens eine zweite Probe (4) entnommen wird, und daß der Gehalt an Radiotracern der ersten und zweiten Probe (3, 4) oder Mittelwerte dieser Proben (3, 4) miteinander verglichen werden.