DE3904142C2 - Method and device for on-line control of engine oils - Google Patents
Method and device for on-line control of engine oilsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur On-line-Kontrolle von Motorenölen gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 5.The present invention relates to a method and a device for on-line control of engine oils according to claims 1 and 5, respectively.
Motorenöle werden nach derzeitiger Praxis ohne Berück sichtigung ihres wirklichen Alterungs-,Verunreinigungs- und Additiverschöpfungszustands und ohne Berücksichtigung der Betriebsbedingungen nach einer bestimmten Laufleistung gewechselt.According to current practice, engine oils are not considered considering their real aging, pollution and additive depletion state and without consideration the operating conditions after a certain mileage changed.
Es ist bekannt und in einem Merkblatt der Berufsgenossen schaft niedergelegt, daß Motorenöle mit zunehmender Ge brauchsdauer Schadstoffe anreichern, die hinsichtlich möglicher Umweltschäden bedenklich sind. Es sind bisher keine technisch brauchbaren Lösungen erkennbar, wie et waige für Mensch und Umgebung kritische Konzentrationen rechtzeitig erkannt werden können. Es besteht daher die Aufgabenstellung, von diesen üblichen zwar statistisch abgesicherten und von großen Sicherheitszuschlägen ge kennzeichneten Ölwechselfristen abzukommen und eine On- line-Kontrolle von Motorenölen einzuführen.It is known and in a leaflet of the professional deposited that engine oils with increasing Ge accumulate pollutants that possible environmental damage are questionable. So far no technically usable solutions recognizable, as et critical concentrations for people and the environment can be recognized in time. There is therefore the Task, from these usual statistical ones secured and ge of large safety surcharges marked oil change periods and an on- introduce line control of engine oils.
Zuverlässige Methoden zur Ermittlung der Erschöpfung der Schmieröl-Additive aufgrund der thermischen und mechani schen Beanspruchung im Motor fehlen bisher, obgleich minia turisierte Meßgeräte bekannt sind, die es gestatten, einige wichtige Daten, die den chemischen und physikalischen Zu stand des Öls beschreiben, genügend genau zu ermitteln. Es liegt in der Natur der Verunreinigungen (Wasser, Ruß, Glykol, Kraftstoff) und in der Vielfalt der im Öl ver wendeten Additive (VI-Verbesserer, PP-Depressants, Anti oxidantien, Rost- und Korrosionsinhibitoren u. a.m.), daß für jede Leitgröße gesondert ein an sich bekanntes Meß prinzip miniaturisiert werden müßte. Meßgeräte, welche die zahlreichen Parameter erfassen, sind bisher nicht vorhanden.Reliable methods of determining fatigue Lubricating oil additives due to the thermal and mechanical So far there has been no mechanical stress in the engine, although minia Turized measuring devices are known that allow some important data relating to the chemical and physical properties describe the level of the oil, to determine it with sufficient accuracy. It is in the nature of the contaminants (water, soot, Glycol, fuel) and in the variety of ver used additives (VI improvers, PP depressants, anti oxidants, rust and corrosion inhibitors u. a.m.) that a measurement known per se separately for each guide variable principle should be miniaturized. Measuring devices, which So far, the numerous parameters have not been recorded available.
Von großer Bedeutung für die Lebensdauer eines Ver brennungsmotors ist der Verschleißverlauf.Of great importance for the life of a ver internal combustion engine is the course of wear.
Diese technisch wichtige und für den Betreiber wirtschaft lich wichtige Größe bleibt bis jetzt völlig unbeachtet, wenn es um die Begrenzung der Lebensdauer einer Ölfüllung geht. Erforderlich wäre daher eine On-line-Meßmethode, welche auch die Zunahme an metallischen Verunreinigungen, die aus dem Motorenmaterial stammen, zu bestimmen erlaubt.This technically important and for the operator economy important size has so far been completely ignored, when it comes to limiting the life of an oil fill goes. An online measurement method would therefore be required which is also the increase in metallic contaminants, that come from the engine material, allowed to determine.
Eine Methode zum On-line-Messen von festen als Verunreini gung im Schmieröl auftretenden Partikeln und zum Bestimmen von Wasser im Schmieröl ist in "Turbine Bearings and Rotor Dynamics Workshop, EPRI, Electric Power Res. Inst., Dearborn, MI, USA, Inn 1985 4024 (1985) INN, S. 3.1-3.25" (Autor ist Richard C. Elwell) beschrieben.A method of measuring solid as contaminants on-line particles in the lubricating oil and for determination of water in the lubricating oil is in "Turbine Bearings and Rotor Dynamics Workshop, EPRI, Electric Power Res. Inst., Dearborn, MI, USA, Inn 1985 4024 (1985) INN, pp. 3.1-3.25 "(author is Richard C. Elwell).
Die festen Partikel im Schmieröl von Turbinengeneratoren des Georgia Kraftwerks Yates Unit 6 wurden hiernach mit einem HIAC/Royco Gerät und das Wasser mit einem optischen Trübungsmeßgerät der Fa. Monitek, Inc. gemessen.The solid particles in the lubricating oil of turbine generators of the Georgia Yates Unit 6 power plant were subsequently included a HIAC / Royco device and the water with an optical Turbidity meter from Monitek, Inc. measured.
In der Veröffentlichung "Ein Sensor zur On-Line-Charakte risierung von Motorenölen (Alkalität/Viskosität) auf di elektrischer Basis" von G. Hellwig, N. Normann und G. Uhl als MINERALÖLTECHNIK Heft 10/1988 wird ein Sensor auf dielektri scher Basis zur On-line-Charakterisierung von Alkalität und Viskosität von Motorenölen beschrieben. In the publication "A sensor for online characters Rization of engine oils (alkalinity / viscosity) to di electrical base "by G. Hellwig, N. Normann and G. Uhl as MINERALÖLTECHNIK issue 10/1988 becomes a sensor on dielectri basis for on-line characterization of alkalinity and Viscosity of engine oils described.
In "The Wear Particle Analyzer" 41st Meeting of the Mechanical Failures Prevention Group, Oct. 28-30, 1986, Patuxent River, Maryland, wird ein Analysengerät zur Bestimmung Eisen enthaltenden Abriebs in Motorenöl auf der Grundlage magnetischer Abtrennung offenbart. Das Gerät kann auch als On-line-Gerät eingesetzt werden.In "The Wear Particle Analyzer" 41st Meeting of the Mechanical Failures Prevention Group, Oct. 28-30, 1986, Patuxent River, Maryland, will become an analytical device Determination of iron-containing abrasion in motor oil based on magnetic separation. The device can also be used as an on-line device.
Aus der DE 37 01 348 A1 ist ein Sensor bekannt, der die Leitfähigkeit und Kapazität des Motorenöls erfaßt, um sie in Bezug zu Normaleigenschaften auszuwerten.From DE 37 01 348 A1 a sensor is known that the Conductivity and capacity of the engine oil are recorded to them to evaluate in relation to normal properties.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur On-line-Erfassung von für die Schmierwirkung wichtigen Parametern in einem in Betrieb befindlichen Motor zu schaffen, wie Viskositätszunahme durch Ölalterung, Verdampfungsverlust oder Feststoffe, Veränderung, Abbau und Erschöpfung der Additive, wie z. B. der Korrosionsschutz additive, Rostinhibitoren, Detergents, Dispersants, Anti oxidantien u. a., Verdünnung durch Kraftstoff, Änderung der Basenzahl und andere wichtige Einflüsse.The invention has for its object an improved Process for the on-line detection of the lubricating effect important parameters in an operating Creating an engine, such as viscosity increase due to oil aging, Loss of evaporation or solids, change, degradation and exhaustion of additives such. B. corrosion protection additives, rust inhibitors, detergents, dispersants, anti oxidants and a., dilution by fuel, change in Base number and other important influences.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 5 beschrieben.This object is achieved by a method according to claim 1 solved. A device for performing the method is described in claim 5.
Die Fig. 1 und 2 stellen beispielhaft Sensorenanord nungen dar. Figs. 1 and 2 illustrate by way of example Sensorenanord voltages represent.
Es ist bekannt, daß Biosensoren bereits im medizinischen und Nahrungsmittelbereich Anwendung finden, sowie in der Abwassertechnik. Es handelt sich um Detektoren aus Mikro organismen, wie beispielsweise Viren, Bakterien, Enzymen, Pilzen, Hefen, Flechten oder Algen.It is known that biosensors are already used in medicine and food applications, as well as in the Sewage technology. These are micro detectors organisms, such as viruses, bacteria, enzymes, Mushrooms, yeasts, lichens or algae.
Die Stoffwechselvorgänge in solchen Kulturen, die als Reaktion auf Veränderungen in den sie umgebenden Medien ablaufen, lassen sich elektronisch so erfassen und verstärken, daß bereits außerordentlich geringe Veränderungen nachweisbar sind.The metabolic processes in such cultures that respond run on changes in the media surrounding them, can be electronically recorded and amplified in such a way that already extremely small changes can be detected are.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe, On-line- Verände rungen in Motorenölen zu messen, besteht daher darin, daß in Verbindung mit dem Motorenöl befindliche Biosensor- Kulturen durch spezifische Reaktionen auf Veränderungen von Motorenöl, also z. B. auf Ursachen von Viskositätsverän derungen,Veränderungen der Additive, auf bestimmte Abrieb materialien und dergl. reagieren und diese Veränderungen über elektronische Vorrichtungen laufend anzeigen, so daß auf diese Weise jederzeit eine Bewertung der in Betrieb befindlichen Schmiermittel vorgenommen werden kann.The inventive solution to the problem, on-line changes To measure stanchions in engine oils is therefore that biosensor in connection with the engine oil Cultures through specific reactions to changes of motor oil, e.g. B. on causes of viscosity changes changes, changes in additives, to certain abrasion materials and the like react and these changes display on electronic devices so that in this way at any time an evaluation of the operating lubricant can be made.
Obgleich noch nicht für alle in Motorenölen ablaufenden Veränderungen spezifische Biosensoren zur Verfügung stehen, sind bereits zahlreiche Bakterienstämme, wie Hefen, Schimmel pilze und andere Mikroorganismen bekannt, die in Motoren ölen wachsen können.Although not yet for all those running in engine oils Changes specific biosensors are available are already numerous strains of bacteria, such as yeast, mold Fungi and other microorganisms known in engines oils can grow.
So werden in Dev. Ind. Microbiol. 1982, 23, S. 207-216 Mikro organismen beschrieben, welche sich in Metallbearbeitungs flüssigkeiten vermehren und hierbei die Qualität derselben negativ verändern.In Dev. Ind. Microbiol. 1982, 23, pp. 207-216 micro organisms described, which are in metalworking increase liquids and thereby the quality change them negatively.
Es handelt sich um die Stämme Serratia liquefaciens, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa und Pseudomonas sp.These are the Serratia liquefaciens strains, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas sp.
Die Veränderungen in den Metallbearbeitungsflüssigkeiten wurden infrarot-spektroskopisch verfolgt.The changes in metalworking fluids were followed by infrared spectroscopy.
In Trib. Int. 1975, 81, 253-55 wird der Einfluß von Mikro organismen auf Motorenöle untersucht. Hier wenden die Stämme Bacillus, Corynabacterium, Actinomyces, Micrococcus, Serratia, Citrobacter, Edwardsiella, Pseudomonas, Nocardia, Acinetobacter species, Cladosporium, Aspergillus, Cephalo sporium, Mücor, Monosporium, Penicillium und Saccharomyces genannt.In Trib. Int. 1975, 81, 253-55, the influence of micro organisms examined for engine oils. Here turn the Strains Bacillus, Corynabacterium, Actinomyces, Micrococcus, Serratia, Citrobacter, Edwardsiella, Pseudomonas, Nocardia, Acinetobacter species, Cladosporium, Aspergillus, Cephalo sporium, mucor, monosporium, penicillium and saccharomyces called.
Es werden solche und andere Mikroorganismen in der Weise genutzt, daß sie mit kleinen Mengen des in Betrieb befind lichen Motorenöls in Kontakt gebracht werden und die hier bei auftretenden Stoffwechselvorgänge elektronisch regi striert werden.There are such and other microorganisms in the way used that they are in operation with small amounts of engine oil and those here when metabolic processes occur electronically regi be treated.
Der Kontakt kann hierbei kontinuierlich im Ölnebenstrom erfolgen oder beispielsweise durch einen zeitlich begrenz ten Kontakt vor Antritt oder nach Beendigung einer Fahrt. Hierbei können für jede Bestimmungsart, z. B. veränderte Additive, veränderte Viskosität, Anreicherung bestimmter Metalle wie Fe, Cu oder Al im Motorenöl, jeweils einzelne Sensoren mit dem Öl in Kontakt gebracht werden, um auf diese Weise die Qualität des Öls über einen längeren Zeitraum kontrollieren zu können.The contact can be continuously in the secondary oil flow take place or for example by a time limit contact before starting or after a journey. Here, for each type of determination, for. B. changed Additives, changed viscosity, enrichment of certain Metals such as Fe, Cu or Al in motor oil, each one Sensors are brought into contact with the oil on this Way the quality of the oil over a long period of time to be able to control.
Die spezifischen Sensoren können beispielsweise auch zu Sensorenpaketen bzw. Batterien zusammengepackt sein, wobei nacheinander einzelne Sensoren mit dem Öl in Kontakt gebracht werden.The specific sensors can also, for example Sensor packages or batteries must be packed together successive individual sensors in contact with the oil to be brought.
Die kleinen Mengen an in die Sensoren eingebrachtem Öl können in einem Behälter gesammelt werden.The small amounts of oil brought into the sensors can be collected in a container.
Auch eine Rückführung in den Schmiermittelkreislauf ist möglich, wobei jedoch die Mikroorganismen bevorzugt durch Filter vor dem Eintritt in den Kreislauf abgetrennt werden sollten.There is also a return to the lubricant circuit possible, but the microorganisms are preferred by Filters are separated before entering the circuit should.
Durch eine Prinzipfigur 1, die jedoch nur als ein stark vereinfachtes Beispiel anzusehen ist, soll dies zusätzlich erläutert werden.By a principle figure 1, however, only as a strong Simplified example is to be seen, this should also are explained.
(1) stellt eine Motorenölwanne dar, (2) den Ölsumpf (3), (4), (5), (6) und (7) sind spezifische Sensorenbatterien. ( 1 ) represents an engine oil pan, ( 2 ) the oil sump ( 3 ), ( 4 ), ( 5 ), ( 6 ) and ( 7 ) are specific sensor batteries.
(3) zeigt beispielsweise die Zunahme von Eisen, (4) die Zunahme von Kupfer und (5) die Zunahme von Aluminium an. In (6) wird die Abnahme des Korrosionsinhibitors ange zeigt, in (7) die Viskositätsveränderung.For example, ( 3 ) indicates the increase in iron, ( 4 ) the increase in copper, and ( 5 ) the increase in aluminum. In ( 6 ) the decrease in the corrosion inhibitor is indicated, in ( 7 ) the change in viscosity.
In bestimmten Zeitabständen öffnen sich die Verbindungs leitungen (10), (11), (12), (13) und (14) und es fließt eine kleine Menge Öl in einen einzelnen Sensor der spezi fischen Sensorenbatterien (3), (4), (5), (6) und (7). Durch elektronische Meßmethoden werden die Stoffwechselverände rungen bzw. die Zunahme oder Abnahme der Mikroorganismen angezeigt. Die erhaltenen Meßwerte können direkt als Ver änderungen der Metallgehalte, Korrosionsmittelgehalte oder Viskositätsänderung abgelesen werden.At certain intervals, the connecting lines ( 10 ), ( 11 ), ( 12 ), ( 13 ) and ( 14 ) open and a small amount of oil flows into a single sensor of the speci cal sensor batteries ( 3 ), ( 4 ), ( 5 ), ( 6 ) and ( 7 ). The metabolic changes or the increase or decrease of the microorganisms are indicated by electronic measuring methods. The measured values obtained can be read off directly as changes in the metal content, corrosion agent content or change in viscosity.
Nach der Messung fließt die kleine Menge Öl in einen Sammel behälter (8) ab, dieser kann über ein Mikroorganismenfilter (9) mit (2) verbunden sein, so daß das Öl in den Kreislauf rückgeführt werden kann.After the measurement, the small amount of oil flows into a collecting container ( 8 ), this can be connected to ( 2 ) via a microorganism filter ( 9 ) so that the oil can be returned to the circuit.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Prinzipfigur 2 dargestellt. Hier befinden sich die Sensoren in einer (Wegwerf-)Leiste, die, nachdem sie die Ölzustandskriterien registriert hat, auf einfache Weise entfernt und beispielsweise zum Zeitpunkt des Ölwechsels durch eine neue Leiste ersetzt werden kann.Another embodiment of the present invention is shown in principle figure 2. Here are the sensors in a (disposable) bar, which after they has registered the oil condition criteria in a simple manner removed and for example at the time of the oil change can be replaced by a new bar.
Über die in den Figuren näher beschriebenen Ausgestaltungen hinaus sind zahlreiche andere Anordnungen möglich.About those described in more detail in the figures Refinements beyond are numerous others Arrangements possible.
In Fig. 2 stellt (1) eine Motorenölwanne dar, (2) den Ölsumpf, (3) eine (Wegwerf-)Sensorenleiste und (4), (5) (6), (7) und (8) verschiedene spezifische Sensoren. Über (9) werden elektrische Signale abgegeben. (10)-(14) stellen die Ölzuläufe zu den Biosensoren dar.In Fig. 2, ( 1 ) represents an engine oil pan, ( 2 ) the oil sump, ( 3 ) a (disposable) sensor bar, and ( 4 ), ( 5 ) ( 6 ), ( 7 ) and ( 8 ) various specific sensors. Electrical signals are emitted via ( 9 ). ( 10 ) - ( 14 ) represent the oil feeds to the biosensors.
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