DE102005057077B4

DE102005057077B4 - Vorrichtung zum Scannen von Zuständen von Motoröl

Info

Publication number: DE102005057077B4
Application number: DE102005057077A
Authority: DE
Inventors: Jin Hee Suwon Cho
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: US7281414B2; DE102005063543B4; DE102005057077A1; US20060114007A1

Abstract

Vorrichtung zum Scannen von Zuständen von Motoröl, aufweisend:
– ein Öleigenschaftsmessteil zum Messen physikalischer und chemischer Eigenschaften von Motoröl;
– ein Fahrzustandsmessteil zum Messen eines Motorfahrzustandes;
– einen Steuerabschnitt, in dem Zustände von Motoröl entsprechend den Motorfahrzuständen als festgelegte Werte gespeichert sind, zum Auswählen eines festgelegten Wertes für einen Zustand des Motoröls entsprechend dem gemessenen Motorfahrzustand und Berechnen eines Ergebniswertes bezüglich einer Qualität des Motoröls auf der Basis des Vergleichs eines von dem Fahrzustandsmessteil gemessenen Wertes für den Zustand des Motoröls mit dem festgelegten Wert; und
– ein Ausgabeteil zum Ausgeben einer vorbestimmten Ausgabe in Abhängigkeit von dem Ergebniswert,
wobei das Öleigenschaftsmessteil ein komplexer Sensor (10, 100) ist, der aufweist:
– ein Gehäuse (15, 102) mit einem Hohlraum,
– einen Ölstandssensor, einen Öloxidationsgradsensor, einen Ölviskositätssensor (11, 120, 140) und einen Öltemperatursensor (13, 114), die jeweils an dem Gehäuse (15, 102) installiert sind, und...

Description

Für die Anmeldung wird die Priorität der am 30. November 2004 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2004-0099177 und der am 22. November 2005 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2005-0111791 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Scannen von Zuständen von Motoröl eines Fahrzeuges. Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden physikalische Eigenschaften, chemische Eigenschaften und die Menge von Motoröl durch jeweilige Sensoren oder einen komplexen Sensor gemessen, und dann wird die Qualität des Motoröls durch Vergleichen eines gemessenen Wertes der Eigenschaften des Motoröls mit einem vorbestimmten Wert entsprechend den Fahrzuständen oder den Fahrverlaufsinformationen bestimmt und an der Instrumententafel derart angezeigt, dass der Fahrer sieht, ob das Motoröl weiter verwendet werden kann. Außerdem werden der Wechselverlauf, die verbrauchte Menge und Informationen über den Oxidationsverlauf dem Systemscanner bereitgestellt.
Da Motoröl verschiedene Stoffe und Additive aufweisen kann und durch verschiedene Herstellungsverfahren hergestellt werden kann, kann das Motoröl physikalische und chemische Verschiedenheiten haben, und dessen Qualität kann entsprechend dem Oxidationsgrad, dem Zustand des Motors, der Art des verwendeten Kraftstoffs, den Fahrzuständen und den Umweltbedingungen verschiedenartig verändert werden.
Daher sollte eine Vorrichtung oder ein System zum Scannen und Überwachen von Motoröl verschiedene Qualitäten des Motoröls genau und effizient messen und den Momentanzustand, den Nachfüllzeitpunkt und den Wechselzeitpunkt des Motoröls anzeigen.
Im Allgemeinen dient Motoröl zum Reduzieren von Reibung, Abkühlen des Motors, Verteilen von Gewicht, Abdichten, Reinigen, und Verhindern von Rost. Jedoch sind bei der Benutzung des Motoröls die oben genannten Funktionen weniger wirksam.
Da Motoröl unter der hohen Temperatur in der Brennkammer benutzt wird, wird das Motoröl oxidiert, und einige Stoffe, die durch die Verbrennung erzeugt werden, sind in dem Motoröl enthalten. Außerdem kann Kraftstoff, wie Benzin oder Diesel, der an der Einspritzdüse leckt, das Motoröl verdünnen, und Metallstücke infolge von Abrieb der Reibungsteile des Motors können sich in dem Motoröl absetzen oder verbreiten. Außerdem kann bei Auftreten von Problemen in dem Motor Frostschutzmittel oder Wasser über ein Verbindungsteil des Motors, wie zum Beispiel eine Dichtung, in das Motoröl fließen.
Da die Benutzungszeit des Motoröls länger wird, erhöht sich im Allgemeinen die Viskosität des Motoröls unter normalen Bedingungen, wenn kein Problem in dem Motor auftritt. Daher kann während der Fahrt die erhöhte Viskosität des Motoröls problematisch übermäßige Reibungsverluste mit sich bringen.
Jedoch sinkt beim Betrieb des Motors die Viskosität des Motoröls, wenn Kraftstoff durch die Einspritzdüse leckt oder Wasser in das Motoröl eindringt. Dann kann ein übermäßiger Abrieb an den Reibungsteilen des Motors auftreten. Daher ist die Viskosität eine der wichtigen physikalischen Eigenschaften des Motoröls und sollte genau gemessen werden.
Jedoch benutzen die herkömmlichen Vorrichtungen zum Messen von physikalischen Eigenschaften von Motoröl ein Verfahren zum bloßen Messen der elektrischen Kapazität einer Spule, die in einem Sensor installiert ist, oder Messen der elektrischen Kapazität durch einen Sensor mit einer Netzstruktur, die durch Bearbeitung eines Halbleiters hergestellt wird. Daher ist es schwierig, die Viskosität des Motoröls richtig zu messen.
Es ist auch schwierig, chemische Eigenschaften des Motoröls durch Messen der elektrischen Kapazität zu messen und die Haltbarkeit des Sensors sicherzustellen, da sich Metallstücke, die in dem Motoröl enthalten sind, an dem Sensor festsetzen.
Ein herkömmliches Verfahren zum Messen eines Motorölstandes ist einmanuelles Verfahren unter Verwendung des bloßen Auges mit einem installierten Ölmessstab. Jedoch ist ein solches Verfahren sehr unbequem, und es ist unmöglich, den Ölstand beim Fahren zu messen.
Im Allgemeinen leuchtet eine in einer Instrumententafel installierte Druckabfallwarnlampe auf, wenn der Ölstand unter einem Ölpumpenaufnahmerohr liegt. Wenn der Öldruck viel geringer als der allgemeine Druck von 5 atm ist, zum Beispiel geringer als 0,5 atm, wird die Druckabfallwarnlampe betätigt. Jedoch kann, selbst wenn der Fahrer den Betrieb des Motors stoppt, sobald er das Aufleuchten der Druckabfallwarnlampe erkannt hat, der Motor bereits ernsthaften Schaden genommen haben.
Selbst in einer sehr kurzen Zeit können die Reibungsteile des Motors ernsthaft beschädigt werden, und der Schaden kann nicht durch Nachfüllen von Motoröl rückgängig gemacht werden. Daher ist es wichtig, einen Ölstandssensor vorzusehen, durch welchen eine Überwachung des Motorölstandes immer möglich ist.
Die GB 2 345 342 , US 5 831 154 , DE 100 13 590 A1 , US 5 592 395 und US 5 382 942 beschreiben jeweils eine Vorrichtung zum Scannen von Zuständen von Motoröl, aufweisend ein Öleigenschaftsmessteil zum Messen physikalischer und chemischer Eigenschaften von Motoröl, ein Fahrzustandsmessteil zum Messen eines Motorfahrzustandes, einen Steuerabschnitt zum Auswählen eines festgelegten Wertes für einen Zustand des Motoröls entsprechend dem gemessenen Motorfahrzustand und Berechnen eines Ergebniswertes bezüglich einer Qualität des Motoröls auf der Basis des Vergleichs eines von dem Fahrzustandsmessteil gemessenen Wertes für den Zustand des Motoröls mit dem festgelegten Wert, und ein Ausgabeteil zum Ausgeben einer vorbestimmten Ausgabe in Abhängigkeit von dem Ergebniswert.
Die US 2006/0218996 A1 , US 5 929 754 , US 3 827 300 , DE 41 31 969 A1 und DE 101 12 433 A1 beschreiben diverse Ölstandssensoren, Öloxidationssensoren, Ölviskositätssensoren und Öltemperatursensoren.
Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Scannen von Zuständen von Motoröl eines Fahrzeuges geschaffen, mit der dem Fahrer oder Techniker genau gemessene Zustände des Motoröls angezeigt werden und die Fehlerfreiheit und Haltbarkeit verbessert werden.
Dies wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung zum Scannen von Zuständen von Motoröl nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Untersprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockschema einer Vorrichtung zum Scannen von Motoröl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Schema eines DSP (Digitalsignalprozessor) in der Vorrichtung zum Scannen von Motoröl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
3 ein schematischer Schnitt eines komplexen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ölviskositätssensors, der in dem komplexen Sensor aus 3 installiert ist;
5 ein schematischer Schnitt des Ölviskositätssensors aus 4;
6 eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Berechnung eines Digitalwertes eines Ölstandes und eines Oxidationsgrades von Motoröl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
7 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Scannen von Motoröl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
8 einen Schnitt eines komplexen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
9 eine perspektivische Ansicht eines Stützteils und einer Ölstandselektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
10 ein Schema eines Ölstandssensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
11 einen vergrößerten Schnitt eines in 8 gezeigten Ölviskositätssensors; und
12 einen Schnitt eines Ölviskositätssensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Mit Bezug auf die Zeichnung werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich, bezeichnet das Bezugszeichen 20 einen DSP (Digitalsignalprozessor), welcher eine elektronische Vorrichtung ist. Der DSP verarbeitet Digitalsignale mit Eingangswerten, die durch Messen von Veränderungen physikalischer Eigenschaften und chemischer Eigenschaften von Motoröl mit einem Öleigenschaftsmessteil erlangt werden. Das Öleigenschaftsmessteil kann von jeweiligen Sensoren 11 bis 14 oder einem komplexen Sensor 10 gebildet werden, in dem die Sensoren 11 bis 14 kombiniert sind. Der DSP speichert den Verlauf von Motorzuständen, und Eigenschaften von Motoröl, umfassend einen Oxidationsgrad, Wechselzeitpunkt, Änderungsverlauf und Motorölstand. Der DSP gibt die gespeicherten Informationen an eine Instrumententafel 40, einen Systemscanner 50 oder eine ECU 30 ab und berechnet die Informationen.
Außerdem ist die ECU 30 eine elektronische Steuervorrichtung mit einem Programm zur Steuerung eines Motors. Die ECU 30 ist etwa dieselbe wie die bei einem herkömmlichen Fahrzeug verwendete ECU. Die ECU 30 ist über eine üblicherweise verwendete Schnittstelle mit dem DSP 20 verbunden, um Signale an den DSP 20 zu übertragen.
Der Steuerungsabschnitt, der in der Zeichnung nicht gezeigt ist, weist die ECU 30 und den DSP 20 auf und stellt eine Vorrichtung zur Speicherung und anschließenden Berechnung von Daten dar.
Die ECU 30 ist wie die herkömmliche ECU mit jeweiligen Fahrzustandssensoren 31 bis 36 zum Aufnehmen verschiedener Informationen über Fahrzustände verbunden. Ein Fahrzustandsmessteil weist einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 31 zum Messen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges, einen Luftstromsensor 32 zum Messen der Menge von Ansaugluft, die in den Motor strömt, einen Kurbelwinkelsensor 33 zum Messen der Motordrehzahl, einen TPS (Drosselpositionssensor) 34 zum Messen der Betätigung des Drosselventils, einen Leerlaufschalter 35 zum Bestimmen des Leerlaufzustandes des Motors, und einen Schalter 36 zum Bestimmen, ob ein Zündschlüssel gedreht ist.
Die von den Fahrzustandssensoren 31 bis 36 gemessenen Informationen werden in die ECU 30 eingegeben, und die eingegebenen Informationen werden für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, des Zündzeitpunkts und der Zusatzgeräte, wie zum Beispiel Generator, Servolenkung, Klimaanlage, usw., verwendet. Diese Informationen werden von der ECU 30 an die DSP 20 geliefert, wenn sie von der DSP 20 angefordert werden.
Wie in 2 gezeigt, weist die DSP 20 eine CPU 21, einen Flash-Speicher 22, einen Ein-Ausgabe-Baustein 23, einen ROM 24, einen RAM 25, einen Timer 26, und einen Konstantspannungsschaltkreis 27 auf. Die CPU 21 vergleicht den gemessenen Wert der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Motoröls, welcher von den Sensoren 11 bis 14 des Öleigenschaftsmessteils eingegeben wird, mit einem vorbestimmten Satz von Werten, die adäquaten Eigenschaften entsprechend dem Fahrzustand des Motors zugeordnet sind, um Verschiedenes zu bestimmen. Der Flash-Speicher 22 speichert gemessene Werte, die von den jeweiligen Sensoren 11 bis 14 des Öleigenschaftsmessteil geliefert werden, und der Ein-Ausgabe-Baustein 23 liefert ein Digitalsignal der physikalischen und chemischen Eigenschaften, die von den jeweiligen Sensoren 11 bis 14 des Öleigenschaftsmessteils gemessen werden, an die CPU 21. Der ROM 24 hat ein Programm zum Durchführen einer Berechnung in der CPU 21, der RAM 25 speichert temporär Parameter, die in dem Berechnungsprozess der CPU 21 erzeugt werden, und der Timer 26 stellt die Zeitinformationen an die CPU 21 bereit. Der Konstantspannungsschaltkreis 27 stellt eine konstante Spannung bereit.
Die jeweiligen Sensoren 11 bis 14 des Öleigenschaftsmessteils können zum Zwecke eines effizienteren Scannens des Motoröls in einen komplexen Sensor 10 derart integriert sein, dass sie einen Körper bilden. Ein Signal zur Steuerung wird von einer PWM (Pulsbreitenmodulation) zwischen dem komplexen Sensor 10 und dem DSP 20 geliefert.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 3 bis 5 ein komplexer Sensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Der komplexe Sensor 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist einen Ölviskositätssensor zum Messen physikalischer Eigenschaften des Motoröls, einen Ölstandssensor, einen Öltemperatursensor und einen Öloxidationsgradsensor zum Messen chemischer Eigenschaften des Motoröls auf, um das Ausmaß der Änderung von Eigenschaften des Motoröls zu messen, welche in den DSP 20 eingegeben werden. Das heißt, der Ölviskositätssensor, der Ölstandssensor, der Öltemperatursensor und der Öloxidationsgradsensor sind in einem rohrförmigen Gehäuse 15 vorgesehen.
Zuerst ist eine rohrförmige Eingangselektrode 16 in dem Gehäuse 15 angeordnet.
Eine rohrförmige Ölstandselektrode 12 mit einem kleineren Durchmesser als dem der Eingangselektrode 16 ist in der Eingangselektrode 16 im Abstand von deren Innenfläche angeordnet.
Daher weist der Ölstandssensor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Ölstandselektrode 12 und die Eingangselektrode 16 auf.
Eine Öloxidationsgradelektrode 14 ist unter der Ölstandselektrode 12 angeordnet, und ein Isolationsrohr 17 ist zwischen der Ölstandselektrode 12 und der Öloxidationsgradelektrode 14 angeordnet. Die Öloxidationsgradelektrode 14 hat eine Rohrform mit einem kleineren Durchmesser als dem der Eingangselektrode 16 und ist im Abstand von deren Innenfläche angeordnet.
Daher weist der Öloxidationsgradsensor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Öloxidationsgradelektrode 14 und die Eingangselektrode 16 auf.
Ein Ölviskositätssensor 11 zum Messen der Viskosität des Motoröls ist in der Öloxidationsgradelektrode 14 angeordnet, und ein Öltemperatursensor 13 ist außerhalb des Gehäuses 15 vorgesehen.
In der Seitenwand des Gehäuses 15 und der Eingangselektrode 16 sind eine Mehrzahl von Ölöffnungen 15a und 16a derart ausgebildet, dass das Motoröl an der Außenseite des Gehäuses 15 durch die Ölöffnungen hindurch in das Gehäuse 15 hineinströmt.
Die Eingangselektrode 16 ist derart vorgesehen, dass ein elektrischer Strom von der Batterie in die Eingangselektrode 16 fließt und dann von der Eingangselektrode 16 zu der Ölstandselektrode 12 und der Öloxidationsgradelektrode 14 geleitet wird. Der elektrische Strom, der von der Eingangselektrode 16 zu der Ölstandselektrode 12 und der Öloxidationsgradelektrode 14 geleitet wird, wird über eine elektrische Leitung an ein Substrat 18 angelegt.
Der Ölviskositätssensor 11 ist derart vorgesehen, dass ein elektrischer Strom von der Batterie an den Viskositätssensor 11 angelegt wird, und der elektrische Strom fließt über ein Piezoelement 11a zu dem Substrat 18. Der Ölviskositätssensor 11 ist an der Innenseite des Öloxidationsgradsensors mittels eines O-Ringes 19 aus Gummi abgestützt.
Der Ölviskositätssensor 11 zum Messen einer Änderung der Ölviskosität nutzt die Eigenschaft einer Vibration des Piezoelements 11a, um die Viskosität des Motoröls zu messen.
Das heißt, das Piezoelement 11a wird infolge dessen Eigenschaften in Vibration versetzt, wenn eine Spannung daran angelegt wird. Das Piezoelement kann aus PbO, ZrO₂, TiO₂, PbTiO₃ oder PbNb₂O₆ usw. gebildet sein. Das Piezoelement 11a ist derart installiert, dass dessen eine Seite mit dem Motoröl in Kontakt steht und dessen andere Seite mit Luft in Kontakt ist. Die Seite des Piezoelements 11a, die mit dem Motoröl in Kontakt steht, kann eine Metallmembran 11b aufweisen, die zum Abdecken der Außenfläche des Piezoelements 11a vorgesehen ist, um das Piezoelement 11a zu schützen.
Nachfolgend wird ein Prinzip der Messung der Viskosität von Motoröl unter Verwendung des Piezoelements beschrieben. Zuerst wird eine elektrische Spannung an die Elektrode des Piezoelements derart angelegt, dass das Piezoelement 11a in Vibration versetzt wird, um eine Scherkraft eines Fluids zu messen. Hierbei variiert eine Dämpfungskraft entsprechend der Viskosität des kontaktierenden Fluids. Daher kann die Viskosität des Fluids unter Verwendung dieser Eigenschaft bestimmt werden. Ein Schaltkreis eines Sensoranschlusses kann äquivalent zu einer Reihe von Schaltkreisen von Recktanz und Impedanz sein. Das heißt, die Viskosität des Motoröls wird durch Berechnen und Messen einer Änderung der Recktanz und Impedanz gemessen.
Der Ölviskositätssensor 11 hat zusätzlich sowohl eine Selbstreinigungsfunktion als auch die Funktion der Messung der Viskosität von Motoröl. Im Allgemeinen wird innerhalb eines komplexen Sensors 10 der Sensor mit der Zeit durch verschiedene Ablagerungen verunreinigt. Da der Ölviskositätssensor 11 an der Innenseite des rohrförmigen Gehäuses 15 angeordnet ist, kann die Vibration des Piezoelements 11a eine Selbstreinigungsfunktion durchführen.
Das heißt, die von dem Piezoelement 11a erzeugte Vibration bewirkt, wenn durch das Piezoelement 11a periodisch ein elektrischer Strom fließt, eine Bewegung des Motoröls und löst Fremdkörper von der Oberfläche des Sensors.
Eine zusätzliche Funktion des Piezoelements 11a ist eine Funktion der Erhöhung der Genauigkeit der Messung des Motorölstandes. Das heißt, der Ölstand wird durch Messung der Rücklaufzeit einer Ultraschallwelle berechnet, welche periodisch ausgesendet wird. Daher wird der Ölstand überprüft, und die Genauigkeit wird durch Vergleichen des nach einem solchen Verfahren gemessenen Ölstands mit dem mittels des Ölstandssensors gemessenen Ölstand verbessert.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 6 das Prinzip der Messung des Oxidationsgrades und des Ölstandes unter Verwendung des komplexen Sensors ausführlich beschrieben.
Der Oxidationsgrad wird mittels des Öloxidationsgradsensors auf der Basis der Dielektrizitätskonstante gemessen, welche auf der Basis der Kapazität zwischen den beiden rohrförmigen Elektroden 14 und 16 berechnet wird. Außerdem können auch andere chemische Eigenschaften, zum Beispiel der Säurestand, Alkalistand, TBN, usw., mittels des Oxidationssensors auf der Basis der Dielektrizitätskonstante gemessen werden. Die beiden rohrförmigen Elektroden sind aus Metall geformt und haben glatte Oberflächen. Gemäß einem solchen Öloxidationsgradsensor tritt keine Verschlechterung des Sensors infolge einer sekulären Änderung im Vergleich zu einem herkömmlichen Öloxidationsgradsensor auf. Der herkömmliche Öloxidationsgradsensor nutzt ein Verfahren zur bloßen Messung der Kapazität des Öls, und die Oberfläche der Rohre wird infolge der Vibration des Piezoelements periodisch gereinigt. Die Hauptprinzipien für die Messung der Eigenschaften von Motoröl sind wie folgt.
1) Kapazität zwischen zwei Rohren
Die Kapazität eines Kondensators, der von zwei Rohren mit dem größeren Durchmesser D, dem kleineren Durchmesser d und der Länge L gebildet wird und mit einem Material befüllt ist, das eine bestimmte Dielektrizitätskonstante hat, wird gemäß der folgenden Gleichung 1 bestimmt.
Gleichung 1
Das heißt, die Kapazität ist proportional zu der Dielektrizitätskonstante und der Länge des Rohres.
Wenn eine Dielektrizitätskonstante eines Vakuumzustandes gleich 1 ist, sind die Dielektrizitätskonstanten der jeweiligen dielektrischen Materialien in der Tabelle unten gezeigt.

Material Dielektrizitätskonstante (ε) Material Dielektrizitätskonstante (ε)

Luft (1 atm) 1,00054 Wasser (20°C) 80,4

Motoröl 2–6 Wasser (25°C) 78,5
Die Dielektrizitätskonstante von Motoröl variiert entsprechend der Viskosität und proportional zu anderen Additiven, ist jedoch immer kleiner als die von Wasser und größer als die von Luft.
Im Allgemeinen steigt mit der Verringerung von Antioxidationsmitteln die Dielektrizitätskonstante allmählich an.
Außerdem steigt die Dielektrizitätskonstante rapide an, wenn Kühlmittel in das Motoröl fließt.
Auf der Basis einer solchen Erscheinung werden die Eigenschaften von Motoröl wie folgt gemessen.
Wie in 5 gezeigt ist, werden die Öloxidationsgradelektroden 14 in das Motoröl eingetaucht.
Die Kapazität von neuem Motoröl mit einer Dielektrizitätskonstante ε_NEU bei einem ersten Kondensator ist durch die folgende Gleichung 2 gegeben.
Gleichung 2
wobei α konstant ist.
Die Kapazität von benutztem Motoröl mit einer Dielektrizitätskonstante ε_BENUTZT bei dem ersten Kondensator ist durch die folgende Gleichung 3 gegeben.
Gleichung 3
Die Änderung der Kapazität ist durch die folgende Gleichung 4 gegeben.
Gleichung 4 ΔC = C_1,BENUTZT – C_1,NEU = α·(ε_BENUTZT – ε_NEU)
Es wird bestimmt, dass neues Motoröl benötigt wird, wenn die Elektrode 12 des Ölstandssensors zur Luft freigelegt ist, und es wird ein Zeitpunkt zum Motorölwechsel bestimmt, wenn sich die Kapazität während der Fahrt rapide ändert.
Ein Prinzip für die Messung des Ölstandes ist wie folgt.
Der Ölstandssensor weist die Elektrode 12 auf, welche teilweise in das Motoröl eingetaucht ist.
Daher kann der Ölstandssensor derart betrachtet werden, dass zwei Arten eines Kondensators parallel zueinander installiert sind, da der Kondensator zwei Arten von dielektrischen Materialien (Luft, Öl) aufweist.
Die Kapazität des zweiten Kondensators ist durch die folgende Gleichung 5 gegeben.
Gleichung 5
Hierbei ist die Dielektrizitätskonstante von Luft gleich 1, und die Dielektrizitätskonstante von Öl wird von dem ersten Kondensator bestimmt.
Gleichung 6
Der Ölstand wird wie folgt berechnet.
Gleichung 7
Außerdem kann ein Öltemperatursensor 13 ein Widerstandsthermometer sein (zum Beispiel PT1000, NTC, usw.). Die Temperatur wird durch Messen einer Änderung des Widerstandes entsprechend der Temperatur und durch Umwandeln der gemessenen Änderung des Widerstandes in elektrische Signale mittels einer Brückenschaltung gemessen.
Die Werte der Änderung physikalischer und chemischer Eigenschaften des Motoröls, die von einem komplexen Sensor 10 erfasst werden, werden in Digitalsignale umgewandelt und in dem Flash-Speicher 22 gespeichert, der in dem DSP 20 installiert ist. Der Wert der Änderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften wird mit Informationen des Motorbetriebs berechnet, die über einen Ein-Ausgabe-Baustein von der ECU 30 eingegeben werden.
In dem DSP 20 wird ein vorbestimmter Wert festgelegt, um einen Optimalzustand des Motoröls auf der Basis von Informationen des Motorbetriebs, die von der ECU 30 eingegeben werden, zu suggerieren. Ein solcher festgelegter vorbestimmter Wert wird unter Verwendung eines Dynamometers mit einem Motor und durch Analyse von verschiedenen Motorölen und verschiedenen Motorbedingungen experimentell bestimmt.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 8 bis 12 ein komplexer Sensor gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Ein komplexer Sensor 100 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung weist ein Gehäuse 102 mit einer umgekehrten L-Form (_⌉) und eine Kappe 101 auf, die mit dem unteren Teil des Gehäuses 102 verbunden ist, wie in 8 gezeigt ist. An der Innenseite des Gehäuses 102 ist eine rohrförmige Eingabeelektrode 106 vorgesehen. Die Eingabeelektrode 106 ist an der Kappe 101 montiert. An der Innenseite der Eingabeelektrode 106 ist eine Öloxidationsgradelektrode 103 mit einem kleineren Durchmesser als dem der Eingabeelektrode 106 angeordnet. Die Öloxidationsgradelektrode 103 ist ebenfalls an der Kappe 101 montiert.
Der Öloxidationsgradsensor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Öloxidationsgradelektrode 103 und die Eingabeelektrode 106 auf.
An dem oberen Teil der Öloxidationsgradelektrode 103 ist eine Ölstandselektrode 105 angeordnet.
Die Ölstandselektrode 105 hat wie die Öloxidationsgradelektrode 103 einen kleineren Durchmesser als die Eingangselektrode 106. Die Ölstandselektrode 105 hat die Form eines geteilten Rohres, was später beschrieben wird.
An der Innenseite der Ölstandselektrode 105 und der Öloxidationsgradelektrode 103 ist ein rohrförmiges Stützteil 115 angeordnet, und der Ölviskositätssensor 120 und der Temperatursensor 114 sind in dem Stützteil 115 angeordnet.
Nachfolgend wird die Struktur des komplexen Sensors ausführlicher beschrieben.
Zuerst wird die Struktur des Ölstandssensors beschrieben.
Der Ölstandssensor ist in dem Gehäuse 102 angeordnet und weist die rohrförmige Eingangselektrode 106, an die ein elektrischer Strom angelegt wird, und die rohrförmige Ölstandselektrode 105 auf, die im Abstand von der Innenfläche der Eingangselektrode 106 derart installiert ist, dass sie den elektrischen Strom von der Eingangselektrode 106 aufnimmt.
Die Ölstandselektrode 105 ist an dem Außenumfang des Stützteils 115 montiert und kann im Querschnitt die Form eines geteilten Metallrohres haben, wie in 9 gezeigt ist.
9 ist eine perspektivische Ansicht des Stützteils 115 und der Ölstandselektrode 105, die von dem komplexen Sensor getrennt ist.
Hierbei ist das Stützteil 115 ein Rohr zum Abstützen der Ölstandselektrode 105, und die Ölstandselektrode 105 hat die Form eines Rohres, das in vier Teile geteilt ist.
An dem Außenumfang des Stützteils 115 sind vier vertikal vorstehende Teile 115d und vier horizontal vorstehende Teile 115a, die horizontal an dem unteren Teil der vertikal vorstehenden Teile vorstehen.
Zwischen den horizontal vorstehenden Teilen 115a und dem Außenumfang des Stützteils 115 ist eine Einsetznut 115c ausgebildet. Die rohrförmige Ölstandselektrode 105 ist in die Einsetznut 115c fest eingesetzt.
Die vertikal vorstehenden Teile 115d isolieren die jeweiligen benachbarten getrennten Teile der Ölstandselektrode 105.
Die vier horizontal vorstehenden Teile 115a sind im Abstand voneinander angeordnet, und Ölbahnen 115b sind zwischen benachbarten vorstehenden Teilen 115a angeordnet.
Der Ölstandssensor mit einer solchen Struktur weist zusätzlich einen Steuerabschnitt auf, mit dem Ölstand bestimmt wird.
Der Ölstand wird auf der Basis der Kapazität und der Dielektrizitätskonstante berechnet, die zwischen der Ölstandselektrode 105 und der Eingangselektrode 106 gemessen wird.
Bei dieser Ausführungsform isst das Verfahren zum Berechnen des Ölstandes dasselbe wie bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Jedoch wird bei dem Ölstandssensor gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der Ölstand in vier Positionen gemessen. Daher kann unter Verwendung von vier Ölständen in vier Positionen eine Neigung des Fahrzeuges bestimmt werden. Außerdem können unter Verwendung eines solchen Ölstandssensors der Wankwinkel des Fahrzeuges, der Nickwinkel des Fahrzeuges usw. gemessen werden, und die Messung kann für die Steuerung der Stabilität des Fahrzeuges verwendet werden. Außerdem kann auf der Basis der vier Ölstände die Menge des Motoröls bestimmt werden.
10 zeigt ein Schema eines Ölstandssensors gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung an einem Motor, der mit dem Bezugszeichen 131 bezeichnet ist. Die Bezugszeichen 105a und 105b bezeichnen zwei im Abstand voneinander angeordnete Ölstandselektroden.
Hierbei ist y₁ ein Ölstand, der mit der ersten Ölstandselektrode 105a gemessen wird, und y₂ ist ein Ölstand, der mit der zweiten Ölstandselektrode 105b gemessen wird, y_c ist ein Ölstand, der im mittleren Teil des Motors gemessen wird, X ist die Länge einer willkürlichen horizontalen Linie von dem einen Ende zu dem anderen Ende der unteren Fläche des Motors, d₂ ist ein Abstand von dem einen Ende des Motors zu der zweiten Ölstandselektrode, d₁ ist ein Abstand von dem einen Ende des Motors zu der ersten Ölstandselektrode, θ ist die Neigung des Fahrzeuges, Y ist die größte Höhe von der Bodenfläche des Motors, und h ist die niedrigste Höhe von der Bodenfläche des Motors.
Gleichung 8 y₁ – h:d₁ = y₂ – h:d₂
Hierbei sind y₁ und y₂ gemessene Werte des Ölstandes. Die Werte d₁ und d₂ werden bei der Konstruktion des Motors vorbestimmt. Daher kann der Wert h leicht berechnet werden.
Gleichung 9 y₂ – h:d₂ = y_c–h:1/2·X
Da y₂ ein gemessener Wert ist, ist h ein Wert, der durch Gleichung 8 berechnet wird, und X ist ein vorbestimmter Wert, wenn ein Motor konstruiert wird, und y_c kann bestimmt werden. Da y_c ein Wert der Höhe in dem mittleren Teil des Motors ist, wenn das Fahrzeug angekippt ist, kann der Ölstand in dem mittleren Teil des Motors bestimmt werden.
Gleichung 10 tanθ = (Y – h)/X
Außerdem kann die Neigung θ des Fahrzeuges unter Verwendung der Gleichung 10 leicht bestimmt werden.
Wenn die Neigung θ des Fahrzeuges bekannt ist, können der Wankwinkel und der Kippwinkel bestimmt werden. Daher kann die Neigung θ des Fahrzeuges für die Steuerung der Stabilität des Fahrzeuges verwendet werden.
Außerdem kann die Menge des Motoröls durch Multiplizieren von y_c mit der Bodenfläche des Motors berechnet werden.
Die oben erwähnten Gleichungen 8 bis 10 sind beispielhafte Gleichungen zum Berechnen des Motorölstandes, der Menge von Motoröl und der Neigung des Fahrzeuges, und das Verfahren ist nicht auf diese beispielhaften Gleichungen beschränkt.
Nachfolgend wird der Öloxidationsgradsensor beschrieben.
Ein Öloxidationsgradsensor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist eine Eingangselektrode 106 und die Öloxidationsgradelektrode 103 auf.
Das heißt, die Eingangselektrode 106 bildet einen Ölstandssensor mit der Ölstandselektrode 105 und einen Öloxidationsgradsensor mit der Öloxidationsgradelektrode 103.
Die Öloxidationsgradelektrode 103 ist in der Eingangselektrode 106 im Abstand von deren Innenfläche angeordnet. Außerdem ist die Öloxidationsgradelektrode 103 an dem unteren Teil des Stützteils 115 derart montiert, dass sie an dem unteren Teil der Ölstandselektrode 105 angeordnet ist. Die Öloxidationsgradelektrode 103 ist von der Ölstandselektrode 105 infolge des dazwischen angeordneten, horizontal vorstehenden Teils 115a isoliert.
Die Öloxidationsgradelektrode 103 hat einen kleineren Durchmesser als die Eingangselektrode 106 und ist im Abstand von deren Innenfläche angeordnet.
Daher bilden die Öloxidationsgradelektrode 103 und die Eingangselektrode 106 die Form eines Doppelrohres, und ein Raum für das Motoröl wird zwischen den beiden rohrförmigen Elektroden gebildet. Es ist bevorzugt, dass die Öloxidationsgradelektrode 103 wie die Eingangselektrode 106 aus Metall ist.
Wenn dem Motor Motoröl zugeführt wird, tritt das Motoröl in der Reihenfolge durch einen zweiten Einlass 101b, einen zwischen der Eingangselektrode 106 und der Öloxidationsgradelektrode 103 ausgebildeten Raum, und einen zwischen der Eingangselektrode 106 und der Ölstandselektrode 105 ausgebildeten Raum hindurch. Die Luft zwischen der Eingangselektrode 106 und der Ölstandselektrode 105 verlässt den komplexen Sensor über eine Luftöffnung 117.
Da der Öloxidationsgradsensor eine solche Struktur aufweist, kann die Kapazität des Motoröls gemessen werden, das in den Raum zwischen der Eingangselektrode 106 und der Öloxidationsgradelektrode 103 durch den zweiten Einlass 101b hindurch strömt, und chemische Eigenschaften des Motoröls einschließlich des Oxidationsgrades werden auf der Basis der unter Verwendung der Kapazität des Motoröls bestimmten Dielektrizitätskonstante gemessen.
Das Verfahren zur Berechnung der Kapazität und Dielektrizitätskonstante des Motoröls und Berechnung der chemischen Eigenschaften einschließlich des Oxidationsgrades gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist dasselbe wie bei der oben erwähnten Ausführungsform der Erfindung.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 8, 11 und 12 der Ölviskositätssensor 120 ausführlicher beschrieben.
11 ist ein vergrößerter Schnitt des Ölviskositätssensors 120 aus 8.
Der in 11 gezeigte Ölviskositätssensor 120 ist in der Öloxidationsgradelektrode 103 und der Ölstandselektrode 105 installiert. Der Ölviskositätssensor 120 ist an der Innenseite des Stützteils 115 fixiert und hat die Form eines Rohres.
Daher sind die Ölstandselektrode 105 und die Öloxidationsgradelektrode 103 an einem Außenteil des Stützteils 115 montiert, und ein Viskositätssensorgehäuse 126 ist an einem Innenteil des Stützteils 115 montiert.
Das Stützteil 115 ist vorzugsweise aus einem Material, das isoliert werden kann.
Der Ölviskositätssensor 120 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist ein rohrförmiges Piezoelement 122, eine erste Innenelektrode 127a und eine zweite Innenelektrode 127b, die an der Innenfläche des Piezoelements 122 montiert sind, und eine Außenelektrode 125 auf, die an der Außenfläche des Piezoelements 122 montiert ist. Das Piezoelement 122, an dem die erste und die zweite Innenelektrode 127a und 127b und die Außenelektrode 125 montiert sind, ist in einem Viskositätssensorgehäuse 126 installiert. Das Viskositätssensorgehäuse 126 kann aus Metall geformt sein.
Ein unteres Teil des Viskositätssensorgehäuses 126 steht zu der Innenseite vor, und eine Längsmitte der Außenelektrode 125 ist an dem vorstehenden Abschnitt des Viskositätssensorgehäuses 126 fixiert. Da das Piezoelement 122 in Bezug auf dessen Längsmittelabschnitt in Torsionsschwingungen versetzt wird, ist es bevorzugt, dass die Längsmitte des Piezoelements 122 fixiert ist.
Die Innenelektroden 127a und 127b sind in der Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet und jeweils über eine elektrische Leitung 108 mit der äußeren Stromquelle verbunden.
Ein Dichtungselement 121 ist an dem unteren Teil des Ölviskositätssensors montiert, um den Zufluss von Motoröl in den Sensor zu verhindern.
Der untere Teil des Ölviskositätssensors 120 taucht in das Motoröl ein, das über eine erste Einlassöffnung 101a in das Gehäuse 102 hineinströmt, wie in 8 gezeigt ist. Jedoch ist der obere Teil des Viskositätssensors 120 infolge der Dichtungsstruktur zu der Luft freigelegt.
In einem solchen Zustand werden, wenn eine Wechselspannung an die erste und die zweite Elektrode 127a und 127b angelegt wird, der obere Teil des Piezoelements 122 oberhalb einer Linie C-C in 11 und der untere Teil des Piezoelements 122 unterhalb der Linie C-C in 11 entgegengesetzt zueinander in Torsionsschwingungen versetzt. Die Vibration des Piezoelements 122 wird durch eine Dämpfungskraft des Fluids reduziert. Da die Dämpfungskraft des Fluids entsprechend der Viskosität des Fluids variiert, kann die Viskosität des Fluids unter Verwendung der Dämpfungskraft bestimmt werden.
Es ist bevorzugt, eine relative Viskosität durch Vergleichen der Dämpfungskraft der Luft mit der Dämpfungskraft des Motoröls oder durch Vergleichen der Viskosität der Luft mit der Viskosität des Motoröls zu bestimmen. In Falle, dass eine sekuläre Änderung in dem Piezoelement 122 auftritt, wenn bloß die absolute Viskosität des Motoröls gemessen wird, ist die Reduzierung von Fehlern schwierig, die durch die sekuläre Änderung verursacht werden. Jedoch kann, wenn die relative Viskosität von Motoröl zu Luft für die Beurteilung der Qualität des Motoröls verwendet wird, der durch die sekuläre Änderung verursachte Fehler reduziert werden.
Tatsächlich tritt, da das Piezoelement 122 in einem elastischen Bereich vibriert, eine sekuläre Änderung des Piezoelements selten auf. Wenn diese dennoch auftritt, kann die Genauigkeit durch Anpassen eines solchen Verfahrens zur Messung der relativen Viskosität von Motoröl erhöht werden.
Ein Ölviskositätssensor kann wie in 12 gezeigt aufgebaut sein.
Gemäß einem beispielhaften Ölviskositätssensor 140 gemäß der Erfindung, wie in 12 gezeigt ist, erstreckt sich der untere Teil des Viskositätssensorgehäuses 141 nach unten, um ein rohrförmiges Vibrationsrohr 142 bilden. In dem Viskositätssensorgehäuse 141 ist ein ringförmiges Piezoelement 145 angeordnet.
Eine Mehrzahl von Piezoelementen 145 kann zur Vergrößerung eines Vibrationswinkels verwendet werden.
An der oberen und unteren Fläche des Piezoelements 145 sind Ringe 146 zum Anlegen eines elektrischen Stromes an das Piezoelement angeordnet. Die Ringe 146 können aus Kupfer sein. Die Ringe 146 liefern einen elektrischen Strom an das Piezoelement 145 und bewirken eine Vibration des Piezoelements 145 nach oben und unten.
Ein Schwungrad 143 ist an dem Piezoelement 145 vorgesehen, um die Eigenfrequenz einzustellen oder zu steuern. Das Schwungsrad 143 ist am Außenumfang einer Vibrationswelle 144 fest montiert und kann einstückig mit der Vibrationswelle 144 ausgebildet sein.
Die Eigenfrequenz ist eine Funktion eines Trägheitsmoments, das gleich 1/2·mr² ist (m: Masse des Schwungrades, r: Radius des Schwungrades). Daher variiert die Eigenfrequenz entsprechend der Masse und der Größe des Schwungrades 143.
Die Vibrationswelle 144 ist in dem Mittelteil des Viskositätssensorgehäuses 141 in Längsrichtung derart angeordnet, dass sie das ringförmige Piezoelement 145 und das Vibrationsrohr 142 durchdringt.
Ein unterer Teil der Vibrationswelle 144 ist an dem unteren Außenteil des Viskositätssensorgehäuses 141 mit einer Sonde 147 versehen. Die Vibrationswelle 144 und die Sonde 147 können einstückig ausgebildet sein.
Die Sonde 147 ist an dem Vibrationsrohr 142 fixiert und an der Außenseite des Viskositätssensorgehäuses 141 zu dem Motoröl freigelegt, um das Motoröl direkt zu kontaktieren.
Nachfolgend wird das Prinzip des Betriebs des Ölviskositätssensors beschrieben.
Wenn eine Wechselspannung mittels des Ringes 146 an das Piezoelement 145 angelegt wird, wird eine Vibration des Piezoelements 145 über das Schwungrad 143 an die Vibrationswelle 144 abgegeben.
Dann wird die Mikro-Torsionsschwingung der Vibrationswelle 144 an die Sonde 147 und das Vibrationsrohr 142 abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt kann, da die Sonde 147 und das Vibrationsrohr 142 mit dem Motoröl kontaktiert werden, die Vibration von der Sonde 147 und dem Vibrationsrohr 142 an das Motoröl abgegeben werden. Daher kann durch Messung der Dämpfungskraft des Motoröls die Viskosität des Motoröls bestimmt werden.
Das Bezugszeichen 114 in 8, 11 und 12 bezeichnet einen Öltemperatursensor. Der Öltemperatursensor 114 ist ein Widerstandsthermometer (zum Beispiel PT1000, NTC, usw.). Eine Temperatur wird durch Messen einer Änderung des Widerstandes entsprechend der Temperatur und durch Umwandeln der gemessenen Änderung des Widerstandes in elektrische Signale mittels einer Brückenschaltung gemessen.
Die oben beschriebene Eingangselektrode, der Ölstandssensor, der Öloxidationsgradsensor, der Ölviskositätssensor und der Temperatursensor können in einem Gehäuse 102 kombiniert werden, wie in 8 gezeigt ist, um einen komplexen Sensor zu bilden, oder können separat installiert werden, um jeweils unabhängige Sensoren zu bilden.
Das heißt, jeder der Sensoren kann unabhängig verwendet werden, und kann als ein Bauteil des komplexen Sensors verwendet werden, wenn die Sensoren kombiniert werden.
Nachfolgend werden andere Bauteile, die den komplexen Sensor bilden, zusätzlich zu den oben genannten vier Sensoren beschrieben.
Zuerst ist das Gehäuse 102 in Form eines umgekehrten L (_⌉) ausgebildet. Daher kann, wenn der komplexe Sensor an der Seitenwand einer Ölwanne montiert ist, die Montagestruktur stabiler gegen äußere Stöße ausgebildet werden.
Die Kappe 101 ist an dem unteren Teil des Gehäuses 102 montiert.
Das Gehäuse 102 kann über einen O-Ring 111 mittels einer Schraube an der Ölwanne montiert werden.
Der erste Einlass 101a ist in der Mitte der Kappe 101 derart ausgebildet, dass Motoröl in den Ölviskositätssensor strömt, und der zweite Einlass 101b ist an dem Randabschnitt der Kappe 101 derart ausgebildet, dass Motoröl in den Öloxidationsgradsensor (zwischen den beiden Elektroden 103 und 106) und den Ölstandssensor (zwischen den beiden Elektroden 105 und 106) strömt. An der Seitenwand des Gehäuses 102 ist die Luftöffnung 117 zum Auslassen der Luft ausgebildet, wie in 8 gezeigt ist.
Daher strömt Motoröl, das über den ersten Einlass 101a und den zweiten Einlass 101b in das Gehäuse strömt, über die vier Ölbahnen 115b, die an dem Stützteil 115 ausgebildet sind, nach oben, wie in 9 gezeigt ist.
Eine Schaltung 109 ist in dem Gehäuse 102 montiert.
Eine Abdeckung 107 ist an einem Ende des Gehäuses 102 montiert, um die Schaltung 109 zu schützen, und weist einen Kühleranschluss auf, um die von der Schaltung 109 erzeugte Wärme abzustrahlen.
Eine Massefeder 108 ist mit der Schaltung 109 und der Abdeckung 107 verbunden und wirkt als Masse für die Schaltung 109.
Ein flexibles Kabel 110 ist mit dem Ölviskositätssensor 120, dem Temperatursensor 114, dem Öloxidationsgradsensor und dem Ölstandssensor verbunden und liefert ein elektrisches Signal an die Schaltung 109.
Der O-Ring 111 ist an dem Gehäuse 102 montiert und verhindert eine Leckage des Motoröls zwischen der Ölwanne 30 und dem Gehäuse 102.
Ein oberes Stützteil 129 ist an dem Stützteil 115 montiert und stützt den Ölstandssensor und das flexible Kabel 110 ab.
Ein O-Ring 119 ist an dem oberen Stützteil 129 montiert und verhindert einen Rückfluss des Motoröls.
Innerhalb des Gehäuses 102 ist die rohrförmige Eingangselektrode 106 angeordnet. Die Eingangselektrode 106 ist aus leitendem Material, zum Beispiel Metall, und ist an der Kappe 101 montiert.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Scannen von Motoröl unter Verwendung der Vorrichtung zum Scannen von Motoröl mit den oben erwähnten Sensoren beschrieben.
7 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Scannen von Motoröl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Ein Steuerabschnitt mit einem DSP 20 ist programmiert, um die Vorrichtung zum Scannen von Motoröl entsprechend einem Prozess zu steuern, wie in dem Flussdiagramm in 7 gezeigt ist.
Zuerst werden in Schritt S100 physikalische und/oder chemische Eigenschaften von Motoröl gemessen.
Hierbei kann der Prozess des Messens physikalischer Eigenschaften des Motoröls wenigstens einen Prozess zum Messen der Viskosität des Motoröls mit dem Ölviskositätssensor, Messen eines Motorölstandes mit dem Ölstandssensor, und Messen der Öltemperatur mit dem Öltemperatursensor umfassen.
Außerdem kann der Prozess des Messens chemischer Eigenschaften des Motoröls einen Prozess zum Messen einer Dielektrizitätskonstante des Motoröls mit dem Öloxidationsgradsensor umfassen.
In Schritt S200 werden die gemessenen Werte bezüglich der gemessenen Eigenschaften des Motoröls in den DSP eingegeben.
Anschließend werden in Schritt S300 Informationen über Fahrzustände des Motors durch ein in einem Fahrzeug installiertes Fahrzustandsmessteil gemessen, die gemessenen Informationen werden in die ECU eingegeben, und dann werden die Informationen von der ECU in den DSP eingegeben.
Hierbei kann ein Prozess zum Messen von Fahrzuständen des Motors wenigstens einen Prozess zum Messen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, Messen einer Menge von Ansaugluft mit einem Luftstromsensor, und Messen der Motordrehzahl mit einem Kurbelwinkelsensor umfassen.
Anschließend wird in Schritt S500 einer der festgelegten Werte, die im Voraus gespeichert wurden) entsprechend dem Fahrzustand des Motors ausgewählt, und der ausgewählte Wert wird mit dem gemessenen Wert bezüglich physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften des Motoröls verglichen.
Die festgelegten Werte der Motoröleigenschaften entsprechend den Fahrzuständen des Motors werden in dem DSP im Voraus gespeichert. Daher wird, wenn Informationen über die Fahrzustände des Motors eingegeben werden, ein entsprechender festgelegter Wert einer Motoröleigenschaft ausgewählt. Dann wird der ausgewählte festgelegte Wert mit dem gemessenen Wert der gemessenen Motoröleigenschaft verglichen.
In diesem Schritt wird bestimmt, ob der gemessene Wert der Motoröleigenschaft in einem Bereich liegt, wo eine Warnung erforderlich ist.
Das heißt, der DSP 20 vergleicht den gemessenen Wert der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Motoröls, der von dem komplexen Sensor oder den jeweiligen Sensoren gemessen wird, mit dem vorbestimmten festgelegten Wert des Motorölzustandes, der im Voraus gespeichert wird.
Nach dem Vergleichen der Werte leuchtet, wenn der gemessene Wert bezüglich der gemessenen Eigenschaften des Motoröls außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, der in dem DSP 20 gespeichert ist, an dem DSP 20 eine Warnlampe auf. Jedoch leuchtet, wenn der gemessene Wert innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, an dem DSP 20 keine Warnlampe auf.
Hierbei kann in Schritt S400 der festgelegte Wert, welcher in dem DSP aufgezeichnet ist, entsprechend den Eigenschaften oder dem Verlauf des Motoröls geändert werden.
Das heißt, der DSP 20 kann die aufgezeichneten festgelegten Werte entsprechend dem von der ECU 30 gemessenen Fahrzustand ändern.
Die Änderung kann derart durchgeführt werden, dass ein festgelegter Wert der Ölviskosität auf der Basis wenigstens einer Bedingung unter dem Betrag der Änderung der Öltemperatur, dem Betrag der Änderung der Motordrehzahl, dem Betrag der Änderung der Fahrleistung, dem Betrag der Änderung der Ansaugluft, und dem Betrag der Änderung der Luft in einem Leerlaufzustand bestimmt wird.
Wenn der gemessene Wert innerhalb eines Bereichs des festgelegten Wertes liegt, werden in Schritt S600 der gemessene Wert und der geänderte festgelegte Wert in dem DSP gespeichert.
Außerdem werden in Schritt S700 der gemessene Wert und ein Ergebnis des Vergleichs über ein Ausgabeteil ausgegeben.
Der gemessene Wert, der geänderte Wert und der Wert für den Optimalzustand des Motoröls werden in einem Flash-Speicher 22 des DSP 20 gespeichert, und die Werte werden durch das Ausgabeteil angezeigt, so dass der Fahrer oder Techniker Kenntnis davon nehmen kann.
Ein solches Ausgabeteil kann eine Instrumententafel 40 sein und kann ein Monitor eines Systemscanners 50 sein.
Die von dem Systemscanner 50 angezeigten Werte sind eine Viskosität, eine Menge, ein Druck, ein Oxidationsgrad, ein Verschmutzungsgrad, usw. des Motoröls von einer Herstellungszeit bis gegenwärtig. Daher kann der Fahrer oder Techniker die momentane Ölqualität oder den Zustand des Motoröls sowie den Verlauf des Motoröls notieren.
Wenn in Schritt S500 ein Wert der gemessenen Eigenschaften außerhalb des Bereichs liegt, warnt jedoch in Schritt S800 der DSP den Fahrer oder Techniker über die Instrumententafel 40.
Das heißt, der DSP 20 sendet ein Signal zum Aufleuchten einer Motorölwarmlampe.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der DSP 20 programmiert werden, um die Qualität des in einem Motorstoppzustand gemessenen Motoröls mit der Qualität des in dem Motorbetriebszustand gemessenen Motoröls zu vergleichen. In diesem Falle wird die gemessene Öltemperatur t mit einer festgelegten Grenztemperatur t_min und t_max verglichen, und die gemessene Motordrehzahl n wird mit einer festgelegten Grenzdrehzahl n_min und n_max verglichen.
Insbesondere kann ein Durchschnittswert der Werte von Eigenschaften des im Motorstoppzustand und im Motorbetriebszustand gemessenen Motoröls berechnet werden und zum Scannen der Qualität des Motoröls verwendet werden.
Außerdem kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein Verlauf eines Motorbetriebszyklus (von Einschalten bis Ausschalten des Motors) betrachtet werden, um das Motoröl zu scannen.
Das heißt, wenn in Schritt S400 ein in dem Flash-Speicher des DSP 20 festgelegter Wert geändert wird, kann der Grenzwert der Viskosität des Motoröls auf der Basis der gespeicherten Drehzahlen geändert werden.
Außerdem kann der in dem DSP 20 festgesetzte Grenzwert des Oxidationsgrades auf der Basis der gespeicherten Drehzahlen geändert werden.
Gemäß der Erfindung wird ein Sensor infolge der Selbstreinigungsfunktion nicht beschädigt, und die Haltbarkeit wird erhöht.
Außerdem wird der Optimalzustand des Motoröls einem Fahrer oder Techniker angezeigt. Daher wird anstelle der bloßen Anzeige des Motorölwechselzeitpunktes entsprechend der Zeitdauer die optimale Ölqualität und der optimale Ölwechselzeitpunkt entsprechend den verschiedenen Bedingungen dem Fahrer oder Techniker angezeigt.
Außerdem gibt es die Vorteile des Bestimmens, ob die Reparatur eines Reibungsteils erforderlich ist, und des richtigen Beurteilens eines Wertes eines gebrauchten Kraftfahrzeuges im Falle der Reparatur eines Fahrzeuges oder der Bewertung eines Gebrauchtfahrzeuges durch Ermöglichen der Kenntnis über den Verlauf des Motorölwechsels von einem Herstellungszeitpunkt bis heute, die Motorölverlustrate auf der Basis des Verlaufs, die Viskosität, den Oxidationsgrad und die Qualitätsminderungsrate auf der Basis der Fahrleistung.
Außerdem können entsprechend der Mehrzahl von Ölstandselektroden, die in Teile geteilt sind, der Wankwinkel des Fahrzeuges, der Nickwinkel des Fahrzeuges, usw. auf der Basis des von jeder der Ölstandselektroden gemessenen Motorölstandes für die Stabilitätssteuerung erlangt werden.
Außerdem kann entsprechend der Mehrzahl von Ölstandselektroden, die in Teile geteilt sind, die Menge von Motoröl auf der Basis der von jeder der Ölstandselektroden gemessenen Motorölstände gemessen werden.
Da der Ölviskositätssensor ein ringförmiges Piezoelement, eine Vibrationswelle, die das Piezoelement durchdringt, und ein Vibrationsrohr aufweist, kann die Haltbarkeit des Sensors verbessert werden.
Außerdem wird, da das Vibrationsrohr und die untere Fläche der Sonde mit Motoröl kontaktiert werden und die mit Motoröl kontaktierte Fläche zum Erfassen vergrößert ist, ein Verhältnis von Signal/Geräusch verbessert.
Außerdem wird die Messgenauigkeit verbessert, und der Messfehler wird reduziert, wenn der Viskositätssensor eine Struktur mit einem rohrförmigen Piezoelement, zwei Innenelektroden, die an dem Innenumfang des Piezoelements separat montiert sind, und einer Außenelektrode aufweist, die an dem Außenumfang des Piezoelements montiert ist, und das eine Teil zu dem Motoröl freigelegt und das andere Teil zu der Luft freigelegt ist.
Außerdem kann, obwohl eine sekuläre Änderung auftritt, die Wirkung der Änderung der absoluten Viskosität durch Bestimmen der relativen Viskosität erreicht werden.
Außerdem wird, da ein Piezoelement die Form eines Rohres hat, eine Kontaktfläche mit Motoröl vergrößert, und die Genauigkeit der Messung kann verbessert werden.
Außerdem kann, da eine Mehrzahl von ringförmigen Piezoelementen geschichtet sind, die Vibration erhöht werden.
Außerdem kann, da das Gehäuse des komplexen Sensors die Form eines umgekehrten L (_⌉) hat und an der Seitenwand einer Ölwanne montiert ist, der komplexe Sensor stabiler gegen äußere Stöße sein.

Claims

Vorrichtung zum Scannen von Zuständen von Motoröl, aufweisend: – ein Öleigenschaftsmessteil zum Messen physikalischer und chemischer Eigenschaften von Motoröl; – ein Fahrzustandsmessteil zum Messen eines Motorfahrzustandes; – einen Steuerabschnitt, in dem Zustände von Motoröl entsprechend den Motorfahrzuständen als festgelegte Werte gespeichert sind, zum Auswählen eines festgelegten Wertes für einen Zustand des Motoröls entsprechend dem gemessenen Motorfahrzustand und Berechnen eines Ergebniswertes bezüglich einer Qualität des Motoröls auf der Basis des Vergleichs eines von dem Fahrzustandsmessteil gemessenen Wertes für den Zustand des Motoröls mit dem festgelegten Wert; und – ein Ausgabeteil zum Ausgeben einer vorbestimmten Ausgabe in Abhängigkeit von dem Ergebniswert, wobei das Öleigenschaftsmessteil ein komplexer Sensor (10, 100) ist, der aufweist: – ein Gehäuse (15, 102) mit einem Hohlraum, – einen Ölstandssensor, einen Öloxidationsgradsensor, einen Ölviskositätssensor (11, 120, 140) und einen Öltemperatursensor (13, 114), die jeweils an dem Gehäuse (15, 102) installiert sind, und – einen Digitalsignalprozessor DSP (20) zum Berechnen von Werten für physikalische und chemische Eigenschaften des Motoröls auf der Basis von Werten, die von jedem der Sensoren gemessen werden, wobei der Ölstandssensor aufweist: – eine rohrförmige Eingangselektrode (16, 106), die in dem Gehäuse (15, 102) installiert ist und derart ausgebildet ist, dass ein elektrischer Strom an diese angelegt werden kann, und – eine rohrförmige Ölstandselektrode (12, 105), die im Abstand von einer Innenfläche der Eingangselektrode (16, 106) angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass sie einen elektrischen Strom von der Eingangselektrode (16, 106) aufnimmt, wobei der Öloxidationsgradsensor aufweist: – die Eingangselektrode (16 106), und – eine rohrförmige Öloxidationsgradelektrode (14, 103), die an einem unteren Abschnitt der Ölstandselektrode (12, 105) angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass sie einen elektrischen Strom von der Eingangselektrode (16, 106) aufnimmt, und wobei der Ölviskositätssensor (11, 120, 140) ein Piezoelement (11a, 122, 145) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der DSP (20) aufweist: – einen Ein-Ausgabe-Baustein (23) zum Aufnehmen von Informationen durch Verbinden mit dem Öleigenschaftsmessteil, einer elektronischen Steuervorrichtung ECU (30) und dem Ausgabeteil, und zum Ausgeben eines Steuersignals; – eine CPU (21) zum Berechnen einer Qualität des Motoröls auf der Basis eines gemessenen Wertes, der von dem Ein-Ausgabe-Baustein (23) eingegeben wird, und von Informationen des Motorfahrzustandes, die von der ECU (30) eingegeben werden; – einen Flash-Speicher (22) zum Speichern des Verlaufs des Zustandes des Motoröls, der von der CPU (21) berechnet wird, in einer zeitlichen Reihenfolge; und – einen ROM (24) zum Speichern eines Programms für den Betrieb der CPU (21).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuerabschnitt eine Kapazität und eine Dielektrizitätskonstante (ε) des Motoröls zwischen der Eingangselektrode (16, 106) und der Ölstandselektrode (12, 105) auf der Basis des Eingangsstromes der Eingangselektrode (16, 106) und des Ausgangsstromes der Ölstandselektrode (12, 105) berechnet, und einen Ölstand auf der Basis der berechneten Kapazität und Dielektrizitätskonstante (ε) des Motoröls berechnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Steuerabschnitt eine Kapazität des Motoröls zwischen der Eingangselektrode (16, 106) und der Öloxidationsgradelektrode (14, 103) auf der Basis des elektrischen Eingangsstromes der Eingangselektrode (16, 106) und des elektrischen Ausgangsstromes der Öloxidationsgradelektrode (14, 103) berechnet, eine Dielektrizitätskonstante (ε) auf der Basis der berechneten Kapazität berechnet, und einen Ölstand auf der Basis der berechneten Kapazität und Dielektrizitätskonstante (ε) des Motoröls berechnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ausgabeteil eine Instrumententafel (40) oder ein Systemscanner (50) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ölstandselektrode (12, 105) einen kleineren Durchmesser als die Eingangselektrode (16, 106) hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Öloxidationsgradelektrode (14, 103) einen kleineren Durchmesser als die Eingangselektrode (16, 106) hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Piezoelement (11a, 122, 145) des Ölviskositätssensors (11, 120, 140) eine Selbstreinigungsfunktion hat, indem das Motoröl vibriert, wenn der elektrische Strom angelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Ölöffnung (15a), durch welche das Motoröl hindurchtritt, in dem Gehäuse (15) und der Eingangselektrode (16) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Ölviskositätssensor (11) an der Innenseite der Öloxidationsgradelektrode (14) mittels eines O-Ringes (19) aus Gummi montiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Piezoelement (11a) mittels einer Metallmembran (11b) abgedeckt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei – die Ölstandselektrode (105) in eine Mehrzahl von Teilen getrennt ist, und – der Steuerabschnitt eine Mehrzahl von Ölständen mit den jeweiligen getrennten Teilender Ölstandselektrode (105) auf der Basis von Signalen des elektrischen Ausgangsstromes der Ölstandselektrode (105) und des elektrischen Eingangsstromes der Eingangselektrode (106) berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 12, ferner aufweisend ein Stützteil (115) für die Montage der Ölstandselektrode (105), wobei – das Stützteil (115) aus isolierendem Material zu der Form eines Rohres gebildet ist, und – die Ölstandselektrode (105) an einer Außenfläche des Stützteils (115) fixiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei – vier vertikal vorstehende Teile (115d) in Längsrichtung an einer Außenfläche des Stützteils (115) ausgebildet sind, und – die vertikal vorstehenden Teile (115d) zwischen zwei benachbarten getrennten Teilen der Ölstandselektrode (105) derart angeordnet sind, dass sie die jeweiligen getrennten Teile der Ölstandselektrode (105) isolieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Piezoelement (122) rohrförmig ausgebildet ist und der Ölviskositätssensor (120) ferner aufweist: – ein Viskositätssensorgehäuse (126), – eine Innenelektrode (127a, 127b), die an der Innenfläche des Piezoelements (122) montiert ist und vertikal davon getrennt ist, – eine Außenelektrode (125), die an der Außenfläche des Piezoelements (122) montiert ist, und – eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen (108) zum Zuführen von elektrischem Strom zu der Innenelektrode (127a, 127b), wobei – der eine Teil des Piezoelements (122) mit der Außenelektrode (125) zu dem Motoröl freigelegt ist und der andere Teil des Piezoelements (122) mit der Außenelektrode (125) zur Luft freigelegt ist, – wenn ein elektrischer Strom angelegt wird, die beiden Teile des Piezoelements (122) in zueinander entgegengesetzten Richtungen in Torsionsschwingungen versetzt werden, und – der Steuerabschnitt eine relative Viskosität des Motoröls auf der Basis einer gemessenen Dämpfungskraft der Luft und einer gemessenen Dämpfungskraft des Motoröls berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei – eine Innenfläche des Viskositätssensorgehäuses (126) nach innen vorsteht, – eine Längsmitte der Außenelektrode (125) an dem vorstehenden Abschnitt der Innenfläche des Viskositätssensorgehäuses (126) fest montiert ist, und – die Innenelektrode (127a, 127b) an einer Stelle entsprechend einer Befestigungsposition der Außenelektrode (125) an dem Viskositätssensorgehäuse (126) vertikal getrennt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Piezoelement (145) ringförmig ausgebildet ist und der Ölviskositätssensor (140) ferner aufweist: – ein Viskositätssensorgehäuse (141) mit einem sich nach unten erstreckenden Vibrationsrohr (142), – Ringe (146), die derart angeordnet sind, dass sie eine obere Fläche und eine untere Fläche des Piezoelements (145) kontaktieren, und – eine Vibrationswelle (144), an deren mittlerem Teil ein Schwungrad (143) montiert ist und an deren unterem Teil eine Sonde (147) montiert ist, wobei – das ringförmige Piezoelement (145) an der Innenseite des Viskositätssensorgehäuses (141) angeordnet ist, – das Schwungrad (143) an dem Ring (146) fixiert ist, der an dem Piezoelement (145) angeordnet ist, – die Sonde (147) an dem Vibrationsrohr (142) montiert ist, – die Sonde (147) und das Vibrationsrohr (142), die in dem Motoröl freigelegt sind, infolge der Vibration des Piezoelements (145) in Vibration versetzt werden, und – der Steuerabschnitt eine Viskosität des Motoröls auf der Basis der von der Vibration der Sonde (147) und des Vibrationsrohres (142) erzeugten Dämpfungskraft des Motoröls berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei – eine Mehrzahl von Piezoelementen (145) geschichtet sind, und – eine Mehrzahl von Ringen (146) zwischen den Piezoelementen (145) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Ringe (146) aus Kupfer sind.