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DE4131969A1 - LUBRICANT OIL MONITORING DEVICE - Google Patents

LUBRICANT OIL MONITORING DEVICE

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DE4131969A1
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DE
Germany
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lubricating oil
chip
silicon
oil
determined
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DE19914131969
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German (de)
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Karl Haberger
Reinhold Buchner
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Abstract

Described is a method of determining the time at which lubricating oil, in particular lubricating oil in thermal engines, should be changed. The invention is characterized in that the lube-oil pressure, temperature and viscosity are measured in situ, the measured values being fed to a processing unit which determined the current status of the oil. The measured status of the oil is compared with a pre-determined reference status and the difference between the measured status and reference status is indicated on a display and/or, if the difference between the measured status and reference status exceeds pre-determined tolerance limits, an alarm signal is generated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Zeitpunktes für einen Wechsel von Schmierölen, insbe­ sondere in Wärmekraftmaschinen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for determining the Time for a change of lubricating oils, esp especially in heat engines, as well as a device to carry out this procedure.

Üblicherweise wird ein Wechsel von Schmierölen, insbe­ sondere in Wärmekraftmaschinen, dann vorgenommen, wenn ein vom Hersteller der Wärmekraftmaschine oder des Schmieröls pauschal vorgegebener Zeitpunkt erreicht wird. Dieser Zeitpunkt kann zum einen durch eine be­ stimmte Betriebsdauer der Wärmekraftmaschine vorgegeben sein, oder, bei einem Kraftfahrzeugmotor, durch die zurückgelegte Fahrstrecke. Ein solch vorgegebener Zeit­ punkt für einen Wechsel von Schmierölen berücksichtigt jedoch nicht die individuellen Betriebsbedingungen, denen das Schmieröl in den verschiedensten Wärmekraft­ maschinen unterliegt. Dies kann zum einen dazu führen, daß unter extrem harten Betriebsbedingungen nicht früh­ zeitig genug das Schmieröl gewechselt wird, und somit die Lebensdauer der Wärmekraftmaschine herabgesetzt wird, und zum anderen, bei einer geringen Beanspruc­ hung, der Schmierölwechsel unnötigerweise zu früh vor­ genommen wird. Letzteres ist nicht nur unwirtschaft­ lich, sondern hat auch eine unnötige Umweltbelastung zur Folge bzw. das noch verwendungsfähige Schmieröl muß als Sondermüll speziell und aufwendig entsorgt werden.Usually a change of lubricating oils, esp especially in heat engines, made when one from the manufacturer of the heat engine or the Lubricating oil reached a generally predetermined time becomes. This point in time can be  agreed operating time of the heat engine be, or, in a motor vehicle engine, by the distance traveled. Such a given time point for changing lubricating oils but not the individual operating conditions, which the lubricating oil in various thermal power machines is subject. On the one hand, this can lead to that not early under extremely harsh operating conditions the lubricating oil is changed early enough, and thus the service life of the heat engine is reduced and, secondly, with a low stress hung, the lubricating oil change unnecessarily early is taken. The latter is not just uneconomical Lich, but also has an unnecessary environmental impact result or the still usable lubricating oil must be disposed of as special waste in a special and complex manner.

In dem gattungsgemäßen Stand der Technik, der DE-OS 32 28 195 A1, ist bereits ein Verfahren zur Überwachung des Zeitpunktes des Schmierölwechsels für einen Kraft­ fahrzeugmotor geoffenbart, mit dem der richtige und optimale Zeitpunkt für einen Schmierölwechsel bestimmt werden soll, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Bei diesem Verfahren wird der Alte­ rungszustand des Schmieröls aufgrund der Menge an Ver­ unreinigungen im Schmieröl ermittelt, wobei als Verun­ reinigung mit dem Schmieröl vermischter oder in diesem suspendierter Ruß angegeben ist. Dabei wird die im Schmieröl während des Motorbetriebs suspendierte Ruß­ menge aus der mit einem ersten Fühler erfaßten Anzahl der Motorumdrehungen pro Zeiteinheit und der mit einem zweiten Fühler erfaßten Motorlast, in einer Rechenein­ richtung ermittelt und in einer Speichereinrichtung aufaddiert, bis bei einem vorbestimmten Wert ein Alarm­ signal zur Vornahme des Schmierölwechsels erzeugt wird. Ein solches Verfahren ist, wie in der DE-OS 32 28 195 A1 angegeben, insbesondere bei einem Dieselmotor von Vorteil.In the generic prior art, the DE-OS 32 28 195 A1, is already a method for monitoring the time of changing the lubricating oil for a force vehicle engine with which the right and optimal time for a lubricating oil change determined to be, as well as a device for performing this procedure. In this process, the old one condition of the lubricating oil due to the amount of Ver impurities in the lubricating oil determined, where as Verun cleaning mixed with or in the lubricating oil suspended soot is specified. The im Lubricating oil suspended soot during engine operation quantity from the number recorded with a first sensor the engine revolutions per unit of time and the one second sensor detected engine load, in a calculation direction determined and in a storage device added up until an alarm at a predetermined value  signal for performing the lubricating oil change is generated. Such a method is, as in DE-OS 32 28 195 A1 specified, especially for a diesel engine from Advantage.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die im Schmieröl suspendierte Rußmenge nur rechnerisch unter Zuhilfenahme einer empirischen Gleichung ermittelt wird, und nicht die Eigenschaften des Schmieröls selbst mittels Sensoren in situ erfaßt werden. Ferner besteht die Vorrichtung aus dem gattungsgemäßen Stand der Tech­ nik aus mehreren getrennten Einzelteilen, wie z. B. Lastfühler, Motordrehzahlfühler, Zeitgeber und Schalter SW1 bis SW3, die einzeln an die Steuereinheit ange­ schlossen sind.However, this method has the disadvantage that the im Lubricating oil suspended amount of soot only arithmetically below Using an empirical equation and not the properties of the lubricating oil itself can be detected in situ using sensors. There is also the device from the generic state of the art nik from several separate items, such as. B. Load sensors, engine speed sensors, timers and switches SW1 to SW3, which are individually sent to the control unit are closed.

Demgegenüber liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung des Zeitpunkts für einen Wechsel von Schmierölen, insbesondere in Wärmekraftma­ schinen, anzugeben, bei dem die Eigenschaften des Schmieröls in situ mittels Sensoren erfaßt und ausge­ wertet werden und aufgrund der Auswerteergebnisse dem Betreiber der Wärmekraftmaschine der optimale Zeitpunkt für den Schmierölwechsel in Abhängigkeit von den indi­ viduellen Betriebsbedingungen und der Art des verwende­ ten Schmieröls angezeigt wird. Dabei soll die Tatsache ausgenutzt werden, daß Schmieröle in der Regel aus langkettigen Kohlenwasserstoffen bestehen, die eine vergleichsweise geringe relative Dielektrizitätskon­ stante (≈3) aufweisen, und daß Ölalterung neben der Kettenverkürzung durch thermische Einflüsse und/oder Scherkräfte auch eine Oxidation des Öls, also den Ein­ bau von O- bzw. OH-Gruppen in die Moleküle bedeutet, wodurch der polare Charakter des Moleküls und damit die Dielektrizitätskonstante Epsilon steigt.In contrast, the invention is based on the problem a method of determining the timing for one Change of lubricating oils, especially in terms of thermal power seem to indicate where the characteristics of the Lubricating oil in situ detected by sensors and out be evaluated and based on the evaluation results Operator of the heat engine the optimal time for changing the lubricating oil depending on the indi vidual operating conditions and the type of use lubricating oil is displayed. The fact is be exploited that lubricating oils usually from long chain hydrocarbons, which are one comparatively low relative dielectric con constant (≈3), and that oil aging in addition to the Chain shortening due to thermal influences and / or Shear forces also oxidize the oil, i.e. construction of O or OH groups into the molecules means whereby the polar character of the molecule and thus the  Dielectric constant epsilon increases.

Ferner hat die Erfindung zur Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzu­ geben, die mit bekannten Verfahren aus der Silizium- Technologie und der IC-Fertigung in kostengünstiger Weise herstellbar ist und bei der die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Sensoren, sowie die Elek­ tronik zur Aufbereitung und Auswertung der Sensorsigna­ le auf einem Chip integriert sind, so daß Verbindungs­ kabel und damit verbundene Signalfälschungen praktisch vermieden werden. Dabei soll die erfindungsgemäße Vor­ richtung eine Temperaturbeständigkeit aufweisen, die im Bereich von ca. -30° C bis ca. +200° C liegt, wobei für die obere Temperatur eine Betriebsdauer von mindestens 10.000 Stunden erreicht werden soll.Another object of the invention is a device to carry out the method according to the invention give that with known methods from the silicon Technology and IC manufacturing in less expensive Way is producible and in which to carry out the necessary sensors, as well as the elec electronics for processing and evaluating the sensor signal le are integrated on a chip, so that connection cables and associated signal falsifications are practical be avoided. Here, the front according to the invention direction have a temperature resistance that in Range from approx. -30 ° C to approx. + 200 ° C, whereby for the upper temperature has an operating time of at least 10,000 hours should be reached.

Weiterhin soll die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgestaltet sein, daß sie ohne bauliche Veränderungen an der Wärmekraftmaschine eingesetzt werden kann, z. B. bei einem Kraftfahrzeugmotor an die Stelle des dort verwendeten Öltemperaturfühlers oder Öldruckfühlers.Furthermore, the device according to the invention should be such be designed so that they have no structural changes can be used on the heat engine, e.g. B. in a motor vehicle engine in the place of there used oil temperature sensor or oil pressure sensor.

Die Lösung der ersten zuvor genannten Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ange­ gebenen Merkmale. Besondere Ausgestaltungen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 geoffenbart. Die Lösung der zweiten zuvor genann­ ten Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere hinsichtlich der weiteren Anforderungen an die Erfindung, sind in den Unteransprüchen 7 bis 15 angegeben. The first task mentioned above is solved by the in the characterizing part of claim 1 given characteristics. Special refinements of the inventions The method according to the invention are in subclaims 2 revealed to 5. The solution of the second mentioned before th task is performed by the in the characterizing part of claim 6 specified features. Beneficial Refinements of the device according to the invention, especially with regard to further requirements the invention are in the subclaims 7 to 15 specified.  

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Schmieröl selbst und dessen schmierungsrelevante Parameter konti­ nuierlich in situ überwacht und ausgewertet werden, so daß der momentane, tatsächliche Zustand des Schmieröls selbst ermittelt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat gegenüber dem Stand der Technik den wesentlichen Vorteil, daß sie in ko­ stengünstiger Weise mit bekannten Methoden aus der Silizium-Technologie und der IC-Fertigung in kleiner und kompakter Ausführung herstellbar ist und daß dabei die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Sensoren sowie die Elektronik zur Aufbereitung und Auswertung der Sensorsignale in einem Chip integriert sind, wodurch unnötiger Verbindungskabelaufwand und dabei möglicherweise entstehende Signalverfälschungen vermieden werden.The advantages of the invention are in particular that with the method according to the invention the lubricating oil itself and its lubrication-relevant parameters be monitored and evaluated in situ that the current, actual condition of the lubricating oil itself is determined. The device according to the invention to carry out the procedure compared to the state the technology has the main advantage that it is in ko most favorably with known methods from the Silicon technology and IC manufacturing in small and compact design can be manufactured and that those necessary to carry out the procedure Sensors and electronics for processing and Evaluation of the sensor signals integrated in a chip are, whereby unnecessary connection cable expenditure and signal distortions that may arise be avoided.

Ein weiterer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielter Vorteil ist die Temperaturbeständigkeit des Chips für Betriebstemperaturen von ca. -30° C bis ca. +200° C, wobei für die obere Temperatur eine Betriebs­ dauer von mindestens 10.000 Stunden erreicht werden kann.Another with the device according to the invention The advantage achieved is the temperature resistance of the Chips for operating temperatures from approx. -30 ° C to approx. + 200 ° C, with an operating for the upper temperature duration of at least 10,000 hours can.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der zuvor genann­ ten Integration dahingehend, daß die Vorrichtung ohne besonderen Aufwand in ihren Außenabmessungen baugleich mit bereits vorhandenen Komponenten wie Ölthermometer oder Öldruckfühler ausgebildet werden kann, so daß für den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine baulichen Veränderungen an der Wärmekraftmaschine not­ wendig sind.Another advantage arises from the aforementioned ten integration in that the device without special effort in their external dimensions of identical construction with existing components such as oil thermometers or oil pressure sensor can be formed so that for no use of the device according to the invention structural changes to the heat engine not are agile.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels näher beschrieben.The invention is based on an embodiment Example described in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Aufsicht, Fig. 1, the device according to the invention in top view,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Schnitt­ darstellung, montiert auf einem mechanischen Träger einer bereits vorhandenen Komponente, wie z. B. Öldrucksensor. Fig. 2 shows the device according to the invention in a sectional view, mounted on a mechanical support of an existing component, such as. B. Oil pressure sensor.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden gleichzeitig die Parameter Druck, Temperatur und Viskosität sowie in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel auch der pH-Wert des Schmieröls in situ erfaßt. Die Sensorsignale werden sodann in an sich bekannter Weise aufbereitet und einer Auswerteeinheit zugeführt. In der Auswerte­ einheit werden sodann der aus den Parametern des Schmieröls ermittelte Ist-Zustand mit dem in einer Speichereinheit gespeicherten vorgegebenen Soll-Zustand verglichen und die Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustand über eine Anzeigeeinrichtung dargestellt. Vorteilhafterweise wird bei einer Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustand von ebenfalls in der Spei­ chereinheit abgespeicherten, vorgegebenen Toleranzgren­ zen ein Alarmsignal erzeugt.In the method according to the invention, at the same time the parameters pressure, temperature and viscosity as well as in the embodiment described here also the pH value of the lubricating oil recorded in situ. The sensor signals are then processed in a manner known per se and fed to an evaluation unit. In the evaluation unit will then be derived from the parameters of the Lubricating oil determined actual state with that in one Storage unit stored predetermined target state compared and the deviation of the actual state from Desired state shown on a display device. In the event of a deviation of the Actual state of the target state also in the Spei predefined tolerance limits zen generates an alarm signal.

Die zur Durchführung dieses Verfahrens in den Fig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung besteht (siehe Fig. 2) aus einem silizium-Chip 1, mit einer Kantenlänge von typischerweise 10 mm, der aus einer Silizium-Nutzschicht 15 von etwa 1 µm Schichtdicke, einer darunterliegenden Isolationsschicht 16 und einem Silizium-Trägerkörper 17 aufgebaut ist. Der Silizium- Trägerkörper 17 weist eine von hinten freigeätzte Aus­ nehmung 20 auf, in deren Bereich auch die Isolations­ schicht 16 ganz oder lediglich teilweise weggeätzt ist. Dieser Bereich der Silizium-Nutzschicht 15 dient als Drucksensormembran 2, deren Durchbiegung mittels in dieser Membran integrierter piezoresistiver Widerstände 3 detektiert wird.The device according to the invention shown in FIGS . 1 and 2 for carrying out this method consists (see FIG. 2) of a silicon chip 1 , with an edge length of typically 10 mm, which consists of a silicon wear layer 15 of a layer thickness of approximately 1 μm, an underlying insulation layer 16 and a silicon carrier body 17 is constructed. The silicon carrier body 17 has a recess 20 etched free from the rear, in the region of which the insulation layer 16 is completely or only partially etched away. This area of the silicon wear layer 15 serves as a pressure sensor membrane 2 , the deflection of which is detected by means of piezoresistive resistors 3 integrated in this membrane.

In der in Fig. 1 dargestellten Aufsicht ist die Bele­ gung der Nutzschicht 15 dargestellt. Über die elektri­ schen Anschlüsse 13 erfolgt die Zufuhr der Versor­ gungsspannung und die Entnahme des für die Anzeigeein­ richtung vorgesehenen Ausgangssignals. In der Mitte des Chips befindet sich die Drucksensormembran 2 mit den integrierten piezoresistiven Widerständen 3. Im oberen Bereich sind der aus einer pn-Diode und einer Platin­ wendel bestehende Temperatursensor 4 und der aus einem MOS-Transistor mit H⁺-sensitivem Gate bestehende pH-Sensor 5 angeordnet. Rechts daneben sind die zur Aufbe­ reitung der von dem pH-Sensor 5 und vom Drucksensor 2, 3 erzeugten Signale erforderlichen Elemente 12, nämlich Verstärker und A/D-Wandler sowie Spannungsregelung angeordnet. Im linken Bereich des Chips befinden sich die zur Ermittlung der Viskosität erforderlichen Sen­ sorstrukturen. In dem hier dargestellten Ausführungs­ beispiel erfolgt die Bestimmung der Viskosität über die kapazitive Ermittlung der Dielektrizitätskonstanten des Schmieröls bei mindestens zwei erheblich voneinan­ der abweichenden Frequenzen, vorzugsweise mit einer Frequenz im kHz- und einer im MHz-Bereich. Da die Die­ lektrizitätskonstante oder Polarisierbarkeit im wesent­ lichen als Funktion der Molekülgröße und inneren Visko­ sität von der Frequenz abhängt und "lange" Moleküle bei hohen Frequenzen der Richtungsänderung des elektrischen Feldes langsamer folgen als kurze, kann somit eine Aussage über den Anteil schmierungsrelevanter lang­ kettiger Moleküle im Verhältnis zu dem Anteil bereits "verbrauchter" Moleküle getroffen werden. Die hierfür benötigten Daten aus dem experimentellen Zusammenhang zwischen der Dielektrizitätskonstante und der techni­ schen Schmierfähigkeit des Öls werden in der Speichere­ inheit 11 zur Verfügung gestellt. Zur kapazitiven Er­ mittlung der Dielektrizitätskonstante sind im linken Bereich des Chips Kapazitätstrukturen 6 und 7 nach Art einer Interdigitalstruktur ausgebildet, die über Ring­ oszillatoren 8 und 9 angesteuert werden.In the supervision shown in Fig. 1, the Bele supply of the wear layer 15 is shown. Via the electrical connections 13 , the supply voltage is supplied and the output signal provided for the display device is removed. The pressure sensor membrane 2 with the integrated piezoresistive resistors 3 is located in the middle of the chip. In the upper area, the temperature sensor 4 consisting of a pn diode and a platinum coil and the pH sensor 5 consisting of a MOS transistor with an H angeordnet-sensitive gate are arranged. To the right of it are the elements 12 , namely amplifiers and A / D converters and voltage control, which are required to prepare the signals generated by the pH sensor 5 and the pressure sensor 2 , 3 . In the left area of the chip are the sensor structures required to determine the viscosity. In the embodiment shown here, the viscosity is determined via the capacitive determination of the dielectric constant of the lubricating oil at at least two frequencies which differ significantly from one another, preferably with a frequency in the kHz and one in the MHz range. Since the dielectric constant or polarizability essentially depends on the frequency as a function of the molecular size and intrinsic viscosity, and "long" molecules at high frequencies follow the change in direction of the electric field more slowly than short ones, so a statement about the proportion of lubrication-relevant long chain molecules can be made in relation to the proportion of already "used" molecules. The data required for this from the experimental relationship between the dielectric constant and the technical lubricity of the oil are made available in the storage unit 11 . For capacitive determination of the dielectric constant, capacitance structures 6 and 7 are formed in the left region of the chip in the manner of an interdigital structure, which are controlled by ring oscillators 8 and 9 .

In einer anderen Ausführungsform wird die Viskosität des Öls über die Dämpfung von Schallwellen gemessen. Dabei wird das Öl mit einem Piezokristall zu Schwingun­ gen angeregt, die sich im Öl ausbreiten. Die Viskosität beeinflußt nun die Dämpfung der Schwingung und kann daher durch die Messung des Amplitudenverlaufs bestimmt werden. Hierzu wird auf einem Bereich des Chips bzw. der Nutzfläche 15 ein Piezoschwinger angeordnet, z. B. durch Aufsputtern piezoaktiver Substanzen wie ZnO. Im unteren Bereich des Chips ist die Auswerteeinheit 10 angeordnet, in der die Verarbeitung und Auswertung aller Sensorsignale erfolgt und der Ist-Zustand des Schmieröls ermittelt und mit dem in der Speichereinheit 11 vorgegebenen Soll-Zustand verglichen wird. Die Ab­ weichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustand wird über eine hier nicht dargestellte Anzeigeeinrichtung darge­ stellt und gegebenenfalls wird ein Alarmsignal erzeugt, wenn die Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustand eine vorgebbare Toleranzgrenze überschreitet. In another embodiment, the viscosity of the oil is measured via the damping of sound waves. The oil is excited with a piezo crystal to vibrate, which spreads in the oil. The viscosity now influences the damping of the vibration and can therefore be determined by measuring the amplitude curve. For this purpose, a piezo oscillator is arranged on an area of the chip or the usable area 15 , e.g. B. by sputtering piezoactive substances such as ZnO. The evaluation unit 10 is arranged in the lower area of the chip, in which the processing and evaluation of all sensor signals takes place and the actual state of the lubricating oil is determined and compared with the target state specified in the storage unit 11 . The deviation of the actual state from the target state is shown via a display device, not shown here, and if necessary an alarm signal is generated when the deviation of the actual state from the target state exceeds a predefinable tolerance limit.

Die Bereiche der Nutzfläche, die nicht in direktem Kontakt mit dem Schmieröl kommen dürfen, sind in an sich bekannter Weise mit einer hier nicht dargestellten Schutzschicht versehen.The areas of usable space that are not in direct Contact with the lubricating oil are in known manner with a not shown here Provide protective layer.

Die Ausbildung der Vorrichtung in SOI-Technik ergibt eine Temperaturbeständigkeit der Vorrichtung für den Bereich von ca. -30° C bis zu +200° C.The formation of the device in SOI technology results a temperature resistance of the device for the Range from approx. -30 ° C to + 200 ° C.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Einbau in eine Wärmekraftmaschine mittels einer Lötverbindung 18 auf einem mechanischen Träger 19 angebracht. Bei dem mechanischen Träger 19 handelt es sich z. B. um eine Schraube 19, an der bisher ein Öldrucksensor angebracht war. Daher kann die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung ohne Vornahme baulicher Verän­ derungen an der Wärmekraftmaschine verwendet werden.As shown in FIG. 2, the device according to the invention for installation in a heat engine is attached to a mechanical support 19 by means of a soldered connection 18 . The mechanical support 19 is, for. B. a screw 19 on which an oil pressure sensor was previously attached. Therefore, the device according to the invention can be used without making structural changes to the heat engine.

Ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens kann die Anordnung der Sensorelemente, der zur Aufbe­ reitung der von den Sensorelementen erzeugten Signale erforderlichen Elemente, der Auswerteeinheit sowie der Speichereinheit auch in anderer geeigneter Weise erfol­ gen. Without restricting the general idea of the invention can the arrangement of the sensor elements, which the signals generated by the sensor elements required elements, the evaluation unit and the Storage unit also in another suitable manner gene.  

BezugszeichenlisteReference list

 1 Si-Chips aus SOI-Material, Kantenlänge typisch 10 mm
 2 Drucksensor-Membran
 3 Implantiertes Gebiet zur piezoresistiven Druckmessung
 4 Temperatursensor, bestehend aus p-n-Diode und Platin­ wendel
 5 pH-Sensor, bestehend aus MOS-Transistor mit H⁺-sensi­ tivem Gate
 6, 7 Interdigitalstruktur als belegungsabhängige Kapazität zur Erfassung der Dielektrizitätskontante
 8, 9 Ringoszillatoren einschließlich der Frequenzkompara­ toren zur Ansteuerung der Meßkapazitäten 6, 7
10 Auswertelogik zum Erfassen und Verarbeiten des Sensor­ signals und Beurteilung des Ölparameters
11 ROM zur Abspeicherung aller benötigten Daten
12 Verstärker und A/D-Wandler für pH-Sensor und Druckmem­ bran, Spannungsregelung
13 Kontaktflecken für Versorgungsspannung und Ausgangssignal
15 Nutzschicht des SOI-Wafers, typisch 1 µm dick
16 Isolationsschicht (SiO₂) des SOI-Chips
17 Trägersilizium des SOI-Chips, mit dünngeätzter Membran
18 Lötverbindung zum mechanischen Träger (Schraube)
19 Schraube, kompatibel zur bisherigen Lösung (Öldruck­ sensor)
20 freigeätzte Ausnehmung 1 Si chips made of SOI material, edge length typically 10 mm
2 pressure sensor membrane
3 Implanted area for piezoresistive pressure measurement
4 temperature sensor, consisting of pn diode and platinum coil
5 pH sensor, consisting of MOS transistor with high sensitivity gate
6, 7 interdigital structure as occupancy-dependent capacitance for recording the dielectric constant
8, 9 ring oscillators including the frequency comparators for controlling the measuring capacities 6, 7
10 evaluation logic for recording and processing the sensor signal and evaluating the oil parameter
11 ROM for storing all required data
12 amplifiers and A / D converters for pH sensor and pressure membrane, voltage control
13 contact points for supply voltage and output signal
15 Wear layer of the SOI wafer, typically 1 µm thick
16 insulation layer (SiO₂) of the SOI chip
17 SOI chip carrier silicon, with thinly etched membrane
18 solder connection to the mechanical support (screw)
19 screw, compatible with previous solution (oil pressure sensor)
20 etched recess

Claims (15)

1. Verfahren zur Ermittlung des Zeitpunktes für einen Wechsel von Schmierölen, insbesondere in Wärmekraftma­ schinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter Druck, Tempe­ ratur und Viskosität des Schmieröls in situ erfaßt werden, daß die Meßwerte einer Auswerteeinheit zuge­ führt werden, daß in der Auswerteeinheit mit den Meß­ werten der Ist-Zustand des Schmieröls ermittelt wird, daß der Ist-Zustand mit einem vorgebbaren Soll-Zustand verglichen wird, und daß von einer Anzeigeeinrichtung die Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustand ange­ geben wird, und/oder daß bei einer Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustand von vorgegebenen Toleranz­ grenzen ein Alarmsignal erzeugt wird.1. A method for determining the point in time for a change of lubricating oils, in particular in heat engines, characterized in that the parameters of pressure, temperature and viscosity of the lubricating oil are detected in situ, that the measured values are supplied to an evaluation unit that in the evaluation unit with the measured values, the actual state of the lubricating oil is determined, that the actual state is compared with a predefinable target state, and that the deviation of the actual state from the target state is given by a display device, and / or that in the event of a deviation of the actual state from the target state from predetermined tolerance limits, an alarm signal is generated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Viskosi­ tät die Dielektrizitätskonstante des Schmieröls bei mindestens zwei erheblich voneinander abweichenden Frequenzen kapazitiv ermittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that to determine the viscose the dielectric constant of the lubricating oil at least two significantly different ones Frequencies are determined capacitively. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität über die Dämpfung von Schallwellen ermittelt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the viscosity over the Attenuation of sound waves is determined. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen mit einem Piezoschwinger erzeugt werden. 4. The method according to claim 3, characterized in that the sound waves with a Piezo vibrators are generated.   5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Parameter der pH-Wert des Schmieröls in situ erfaßt wird, bei­ spielsweise über die Messung der Leitfähigkeit dem Schmieröls.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that as an additional parameter the pH value of the lubricating oil is recorded in situ at for example by measuring the conductivity of the Lubricating oil. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung und Auswer­ tung der Parameter mit bekannten Methoden der Silizium- Technologie und der Mikromechanik auszubildende Sensor­ elemente (2 bis 7) sowie zur Aufbereitung der von den Sensorelementen erzeugten Signale erforderliche Elemen­ te (8, 9, 12), beispielsweise Verstärker, zusammen mit der Auswerteeinheit (10) und einer Speichereinheit (11) auf einem Chip integriert sind.6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that for detecting and evaluating the parameters with known methods of silicon technology and micromechanics sensor elements to be trained ( 2 to 7 ) and for the preparation of the Sensor elements generated signals required elements ( 8 , 9 , 12 ), for example amplifiers, are integrated on a chip together with the evaluation unit ( 10 ) and a memory unit ( 11 ). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente 2 bis 7, die Elemente zur Signalaufbereitung (8, 9, 12) und die Auswerteeinheit (10) sowie die Speichereinheit (11) auf einem Silizium-Grundkörper (1) angeordnet sind und daß auf dem Silizium-Grundkörper (1) Einrichtungen zur thermischen Isolation, beispielsweise freigeätzte Be­ reiche oder wärmeisolierende Schichten, vorgesehen sind.7. The device according to claim 6, characterized in that the sensor elements 2 to 7, the elements for signal processing ( 8 , 9 , 12 ) and the evaluation unit ( 10 ) and the memory unit ( 11 ) are arranged on a silicon base body ( 1 ) and that on the silicon base body ( 1 ) devices for thermal insulation, for example, etched Be rich or heat-insulating layers are provided. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente 2 bis 7, die Elemente zur Signalaufbereitung (8, 9, 12), die Aus­ werteeinheit (10) und die Speichereinheit (11) auf einer extrem dünnen durch eine Isolationsschicht (16) vom eigentlichen Silizium-Chip (1) isolierten, Silizi­ um-Nutzschicht (15) nach Art der SOI-Technik (Silicon on Insulator-Technik) angeordnet sind.8. The device according to claim 7, characterized in that the sensor elements 2 to 7, the elements for signal conditioning ( 8 , 9 , 12 ), the evaluation unit ( 10 ) and the storage unit ( 11 ) on an extremely thin by an insulation layer ( 16 ) from the actual silicon chip ( 1 ) insulated, silicon wear layer ( 15 ) according to the type of SOI technology (Silicon on Insulator technology) are arranged. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckmessung durch partielles Dünnätzen und/oder Freiätzen eines Bereichs des Chips eine Membran (2) ausgebildet wird und die Durchbiegung der Membran (2) mittels integrierter pie­ zoresistiver Widerstände (3) gemessen wird.9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that a membrane ( 2 ) is formed for pressure measurement by partial thin etching and / or free etching of an area of the chip and the deflection of the membrane ( 2 ) measured by means of integrated piezoresistive resistors ( 3 ) becomes. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckmessung bei der SOI-Technik durch partielles Freiätzen eines Bereichs der extrem dünnen Silizium-Nutzschicht (15) eine Mem­ bran (2) ausgebildet wird und die Durchbiegung der Membran (2) gemessen wird.10. Apparatus according to claim 7 or 9, characterized in that a membrane ( 2 ) is formed for pressure measurement in the SOI technology by partially etching away an area of the extremely thin silicon wear layer ( 15 ) and the deflection of the membrane ( 2 ) is measured. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die zur Ermittlung der Viskosität zu messende Dielektrizitätskonstante auf dem Chip Kapazitätsstrukturen (6, 7) ausgebildet sind, beispielsweise als Interdigitalstruktur, daß die Kapa­ zitätsstrukturen die Kapazität eines Schwingkreises oder Ringoszillators bilden und daß der Wert der Kapa­ zität von der momentanen Zusammensetzung des Schmieröls bestimmt ist.11. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that capacitance structures ( 6 , 7 ) are formed for the dielectric constant to be measured to determine the viscosity, for example as an interdigital structure, that the capacitance structures have the capacitance of a resonant circuit or ring oscillator form and that the value of the capacity is determined by the current composition of the lubricating oil. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Viskosität über die Dämpfung von Schallwellen der für die Erzeugung der Schallwellen vorgesehene Piezoschwin­ ger durch Aufsputtern piezoaktiver Substanzen, bei­ spielsweise ZnO, auf einem Bereich des Chips ausgebil­ det wird. 12. The device according to one of claims 7 to 9, characterized in that when determining the Viscosity via the damping of sound waves the generation of the sound waves intended piezo oscillation ger by sputtering on piezoactive substances for example ZnO, trained on an area of the chip det.   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ermittlung des pH-Wertes zu messende Leitfähigkeit des Schmieröls durch Auswertung des Parallelwiderstandes einer in dem Chip integrierten. Vorzugsweise niederfrequent ausgebilde­ ten, Interdigitalstruktur bestimmt wird.13. The device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the determination of the pH value of the conductivity of the lubricating oil Evaluation of the parallel resistance one in the chip integrated. Preferably trained low frequency interdigital structure is determined. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des pH-Wertes ein in bekannter Weise als Platin- oder Palla­ dium-Gate-MOS-Transistor ausgebildeter pH-Sensor (5) in den Chip integriert ist.14. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that a pH sensor ( 5 ) designed in a known manner as a platinum or palladium gate MOS transistor is integrated in the chip to determine the pH. 15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumform der Vorrich­ tung in gleicher Weise wie vorhandene, in bekannter Weise ausgebildete Vorrichtungen zur Schmierölüberwa­ chung, wie beispielsweise Ölthermometer oder Öldruck­ sensor, ausgebildet ist, und daß somit am Schmieröl­ kreislauf keine konstruktive Veränderungen erforderlich sind.15. The device according to one or more of the claims 7 to 14, characterized in that the spatial shape of the Vorrich tion in the same way as existing, in a known Wise trained devices for lubricating oil monitoring such as oil thermometer or oil pressure sensor, is formed, and that thus on the lubricating oil no structural changes required are.
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