CN101281110B

CN101281110B - 机油粘度诊断系统及方法

Info

Publication number: CN101281110B
Application number: CN2008100864431A
Authority: CN
Inventors: W·C·阿尔伯森; D·R·斯塔利; M·M·麦唐纳; B·K·普赖尔
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: US7677086B2; DE102008013437B4; DE102008013437A1; US20080223114A1; CN101281110A

Abstract

本发明涉及机油粘度诊断系统及方法，具体地，涉及一种机油粘度测量系统，该系统包括：基于位置信号来确定实际响应时间的螺线管响应模块，基于系统电压和机油温度来确定预期响应时间的预期响应模块，和基于实际响应时间和预期响应时间来诊断机油粘度的诊断模块。

Description

机油粘度诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及发动机控制系统和方法。

背景技术

本节中的陈述仅仅提供与本发明有关的背景信息，不一定构成现有技术。

机油是一种用于润滑不同类型的发动机的液态油。具体地讲，内燃机利用机油在机械部件之间进行润滑。机油也用可作发动机的冷却系统，它能够散发机械部件之间因摩擦产生的热量。

油的粘度是指油的流动能力并表示为流体剪应力与流体剪切速率之间的比例常数。粘度通常受温度、化学特性及油中其它组分的影响。粘度影响油的流动能力，而该流动能力又影响充分地推动油使之形成必要流动所需的推动力或压力。例如，热油比冷油流动要快，这一点会影响系统的操作压力特性。油流动的速率对于发动机的寿命至关重要。以前，人们对机油粘度的关注只在于机油对承载面提供良好的流体动力润滑并保证在整个发动机内部充分地流动。随着近期使用机油进行精确定时的发动机控制技术的发展，油粘度变得越来越重要。这些发展包括凸轮定相、动态燃料管理及双级阀门驱动。这些都是正位移机构，它们需要油流动源形成足够的压力来为发动机内部的部件提供液压驱动。因此，它们的功能对油的粘度特性具有敏感性。由于与驱动条件以及不同的化学成分和二级市场上的油添加剂相关联的油变化周期的多样性，往往很难预测机油的粘度。

提供一种控制系统来对机油粘度进行诊断将提高依赖于机油工作的发动机部件的操作特性。

发明内容

因此，本发明提供了一种机油粘度诊断系统。该系统包括：基于位置信号(position signal)来确定实际响应时间(actual responsetime)的螺线管响应模块(solenoid response module)，基于系统电压和机油温度来确定预期响应时间(expected response time)的预期响应模块，以及基于该实际响应时间和该预期响应时间来诊断机油粘度的诊断模块(diagnostic module)。

另一方面，本发明提供了一种用于诊断机油粘度的发动机系统。该系统包括：储存机油的机油储槽(sump)、放置于机油储槽内的螺线管、产生螺线管信号的螺线管传感器和控制模块，该控制模块基于螺线管信号来确定实际响应时间，基于系统电压和机油温度来确定预期响应时间，并基于实际响应时间和预期响应时间来诊断机油粘度。

又一方面，本发明提供了一种诊断机油粘度的方法。该方法包括：基于触发事件和螺线管电流来决定实际响应时间，基于系统电压和机油温度来决定预期响应时间，并基于实际响应时间和预期响应时间来诊断机油粘度。

本发明在其它方面的应用将通过本文的描述变得显而易见。应当认识到，该描述和具体的示例仅仅是为了达到说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。

附图说明

本文给出的附图仅仅是为了达到说明的目的，任何情况下都不能限制本发明的范围。

图1是说明示例性发动机系统的功能框图。

图2是示例性粘度敏感螺线管(viscosity sensitive solenoid)的截面图。

图3是描述粘度敏感螺线管所产生的电流的曲线图。

图4是描述机油粘度诊断系统的数据流程图。

图5是描述机油粘度诊断方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明及其应用或使用。应当认识到，在全部的附图中，相应的引用数字表示相似的或相应的零件和特征。本文所用术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(分享的、专用的或成组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合式逻辑电路，和/或其它能够提供所述功能的适当的部件。

现在参考图1，示例性的发动机系统10包括燃烧空气和燃料的混合物来产生驱动力矩的发动机12。空气通过节流阀16由进气歧管14吸入。节流阀16调节进入进气歧管14的空气流的质量。进气歧管14内的空气分散到气缸18中。虽然图中示出了四个气缸18，可以认为，发动机12可以包括多个气缸，其数目可以包括但不限于2、3、5、6、8、10、12和16等。虽然所示气缸18为直列构造，应当认识到，气缸18可选为V型构造。

燃料喷射器20喷射燃料，燃料与通过进气口吸入气缸18的空气混合。进气阀22有选择性地打开和关闭，以使空气/燃料的混合物进入气缸18。进气阀的位置由进气凸轮轴24调节。活塞(没有示出)压缩气缸18内的空气/燃料的混合物。火花塞26点燃空气/燃料的混合物，驱动气缸18内的活塞。活塞驱动曲轴(没有示出)来产生驱动力矩。当排气阀30处于打开的位置时，气缸18内的燃烧废气通过排气歧管28排出。排气阀的位置由排气凸轮轴32调节。废气在废气系统中进行处理。虽然图中显示了单个的进气阀22和排气阀30，应当认识到，发动机12的每个气缸18都可以包括多个进气阀22和排气阀30。

机油储槽36连接到发动机12上作为机油的油箱。机油泵(没有示出)使油在发动机12的通道中循环，以便为液压功能及发动机12的润滑和冷却提供足够的压力。粘度敏感螺线管38放置在机油储槽36中刚好低于液面的位置。控制模块40控制螺线管38，并基于一个或多个传感器的输入对机油的粘度进行诊断。更详细地讲，油温传感器42或等价的算法基于发动机12内油的温度产生油温信号。发动机速度传感器44基于曲轴(没有示出)的转速产生发动机速度信号。电压传感器46感知由电源48提供的发动机系统10的电压。电流传感器50测量螺线管38的电流并产生电流信号。备选地，霍尔效应传感器感知螺线管38中磁通量的变化，或者位置传感器感知螺线管38中电枢54(图2)的位置，这在下面将详细讨论。控制模块40接收上述信号并对油粘度进行诊断，这在下面将详细讨论。

图2是示例性的螺线管38的截面图，螺线管具有位于发动机油箱内的粘度敏感机油阻流器(oil flow damper)，发动机中周围介质的压力均匀地作用到螺线管38的所有部件上。螺线管38一般包括电磁线圈52和沿轴向放置于线圈52中的电枢54。在偏压力的作用下，电枢54偏向于相对于线圈52的第一位置。偏压力可由例如弹簧(图2中没有示出)这样的偏压部件或加压的流体来施加。通过给线圈52接通电流，使之沿着线圈轴线方向产生感应电磁力来使螺线管38励磁。电磁力导致电枢54的直线运动，使之移动到第二位置。处于第二位置时，通过电枢54的移动使容积56的油穿过粘度敏感孔58。油穿过粘度敏感孔58导致容积56内的压力增加。该压力作用到电枢54的正面产生减缓其移动的阻力，这接着又改变螺线管38的电流消耗(current draw)特性。正如所理解的，电流传感器、霍尔效应传感器和位置传感器中至少有一个可以用来监测电枢54的运动。为了便于讨论，本发明的其余部分将在用电流传感器测量螺线管38的电流消耗的情况下进行讨论。

图3是描述流经螺线管38的电流的曲线图。上图60对应着在三种不同粘度的机油条件下流经螺线管38的实际电流。下图62对应着数字电流读数。在60和62两副图中，触发信号64发生在大约50ms时，大致位于66、67、68处的“谷底(valley)”位于大约60ms的位置。在电流读数中的“谷底”66对应于螺线管38的电枢54碰到机械制动器的情况。该时延是触发信号64和电流读数的“谷底”66、67、68之间的时间差。

在下图62中，状态0表示触发信号64开始之前螺线管38的状态，状态1表示螺线管电流增大的状态，状态2表示螺线管电流减小的状态，状态3表示螺线管38的电枢54碰到机械制动器之后的电流增大的状态。该时延是状态0到状态1的转变和状态2到状态3的转变之间的时间。

从状态0转变到状态1的时刻就是触发信号64被激活的时刻，而其余转变的时刻则通过检测电流信号来进行计算。在状态1中，电流信号增大并具有正斜率。在状态2中，电流信号减小并具有负斜率。从状态1到状态2的转变发生在电流的斜率从正变化为负的时刻。由于状态3具有增大的斜率，从状态2到状态3的转变取决于电流的斜率由负变为正的时刻。

如大家所知的，函数的微分表示其斜率。在离散域，可以通过计算电流信号微分的充分近似来确定其斜率。有几种数值方法可以达到这一目的。最简单的是微分的两点后向差分近似。两点后向差分近似使用以下公式：

y^{'} = \frac{y_{n} - y_{n - 1}}{h}

其中，y’是电流信号近似的微分，y_n是电流信号当前时刻的取样，y_n-1是电流信号前一时刻的取样，而h是电流信号取样之间的时间间隔。

微分的两点后向差分近似可能对噪音信号敏感。误差更小的近似值可以由计算得到，但这通常需要额外的取样来保证精度或利用非实时处理的方法。因此，计算电流信号移动平均(moving average)的微分比直接计算电流信号更可取。虽然取样的移动平均有助于平滑噪音，但是斜率的微分仍然有可能出现轻微的增大和减小，而过早地指示电流信号方向的改变。因此，优选的方法是在报告斜率的变化之前使其持续几个连续的取样。如果在预期的时间段内没有发现状态2到状态3的转变，则最大的时间(比如50ms)会作为螺线管38的响应时间而报告。

现在参考图4，它是说明可能嵌入在控制模块40内的机油粘度诊断系统的多种实施例的数据流程图。基于本发明的机油粘度诊断系统的多种实施例可以包括任意数量的嵌入于控制模块40内的子模块。所示的子模块可以组合在一起和/或进一步分离以利用类似的方式来控制发动机12。机油粘度诊断系统的输入可以是由发动机系统10(图1)感知、由其它控制模块(没有示出)接收并/或由位于控制模块40内的子模块(没有示出)来确定的信号。在多种实施例中，图4中的控制模块40包括使能模块70、螺线管响应模块72、预期响应模块74和诊断模块76。

使能模块70通过使能状态指示器80有选择性地启用螺线管控制。使能模块70基于发动机速度82有选择性地启用螺线管控制。如果发动机速度为零或为稳态，使能模块70将使能状态80设定为“TRUE”，否则，使能状态80保持设定为“FALSE”。螺线管响应模块72基于位置信号63来测量实际响应时间84。位置信号63可以表示螺线管电流、电枢位置和磁通量中的至少一种。螺线管响应模块72通过监测位置信号63而测量实际响应时间84。在多种实施例中，螺线管响应模块72通过监测螺线管电流并确定电触发事件和上述电流谷底之间的时间来测量实际响应时间84。

预期响应模块74基于系统电压92和油温90来预测预期响应时间88。在多种实施例中，基于储存在存储器中的预先定义的查找表来预测预期响应时间88。表格中的索引(indices)是系统电压92和油温90。对应于所选择的系统电压和油温的响应时间基于具体的油粘度预先进行了定义。在多种实施例中，基于工厂填充油(factory fill oil)的特性设定初始的预期响应时间。

诊断模块76基于实际响应时间84和预期响应时间88对机油粘度进行诊断。诊断模块76计算实际响应时间84和预期响应时间88的差值，并用差值除以预期响应时间88以确定百分比误差。诊断模块将该百分比误差与阈值百分比进行比较。如果该百分比误差大于该阈值百分比，则故障状态设定为“试验失败”。如果该百分比误差小于或等于预期响应时间的阈值百分比，则故障状态设定为“试验通过”。在多种实施例中，如果该百分比误差小于所述阈值百分比，并且车辆总里程数93小于里程阈值，则诊断模块76基于该百分比误差修正预期响应时间，并将修正的预期响应时间储存在存储器中以备后用。作为附加项或可选项，如果该百分比误差小于所述阈值百分比，并且油的寿命(没有示出)小于一个阈值百分比，则诊断模块76基于百分比误差修正预期响应时间，并将修正的预期响应时间储存在存储器中以备后用。

现在参考图5，它是说明控制模块40可能采用的机油粘度诊断方法的多种实施例的流程图。所述方法可以在发动机操作过程中周期性地使用。如果发动机的速度平稳或为零(图中100的位置)，则预期响应时间在110中确定。否则，控制过程前进到终止状态。在110中，预期响应时间基于系统电压和油温来确定。在120中确定实际的响应时间。在130中基于预期响应时间和实际响应时间的差值来确定百分比误差。该百分比误差在140中进行评估。如果该百分比误差大于140中预先设定的阈值百分比，则在150中将故障状态设定为“试验失败”。否则，如果该百分比误差小于140中预先设定的阈值百分比，则在160中评估车辆总里程数。如果在160中车辆总里程数小于里程阈值，则在170中基于该百分比误差修正预期响应时间并将其存储在存储器中。否则，如果在160中车辆总里程数大于或等于里程阈值，则控制终止。

可以理解，一旦故障状态被设定为“试验失败”，则可以执行额外的步骤将失败通知到其它系统和用户。在多种实施例中，诊断代码基于故障状态进行设定。诊断代码可以通过伺服工具进行检索或通过远程处理系统传输到远程位置。在多种其它实施例中，可以基于故障状态使指示灯发光。在多种其它实施例中，还可以基于故障状态产生音频报警信号，或限定发动机的液压控制功能。

可以理解，以上所讨论的所有比较可以基于为比较所选取的数据以不同的方式执行。例如，“大于”的比较可以在不同的实施例中执行为“大于或等于”。类似地，“小于”的比较可以在不同的实施例中执行为“小于或等于”。“在某一范围内”的比较可以在不同的实施例中等同地执行为“小于或等于最大阈值”和“大于或等于最小阈值”的比较。

基于上文的描述，本领域的技术人员可以体会到，本发明的概括性示例可以以多种方式执行。因此，尽管在对本发明的描述中结合了具体的示例，但是，本发明的范围并不因此而受到限制，因为对于本领域人员而言，通过研究附图、说明书和下列权利要求，其它的改进是显而易见的。

Claims

1.一种机油粘度诊断系统，包括：

基于位置信号来确定实际响应时间的螺线管响应模块，所述位置信号指示了螺线管电流，并且所述螺线管响应模块通过计算触发事件发生的时刻与螺线管电流超过电流阈值的时刻之间的时间差来确定所述实际响应时间；

基于系统电压和机油温度来确定预期响应时间的预期响应模块，所述预期响应模块通过从查找表中对预期响应时间进行插值来确定所述预期响应时间，而所述查找表通过系统电压和机油温度而访问；和

基于所述实际响应时间和所述预期响应时间来诊断机油粘度的诊断模块；所述诊断模块基于所述预期响应时间和所述实际响应时间来计算百分比误差，并基于所述百分比误差诊断机油粘度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述诊断模块基于百分比误差来修正所述预期响应时间。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述诊断模块在车辆总里程数小于里程阈值的条件下通过所述百分比误差来修正预期响应时间。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述诊断模块基于粘度而设定故障状态指示器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括使能模块，所述使能模块启用所述螺线管响应模块和所述预期响应模块，以基于发动机速度来相应地确定所述实际响应时间和所述预期响应时间。

6.一种用于诊断机油粘度的发动机系统，包括：

储存机油的机油储槽；

放置在机油储槽内的螺线管；

产生螺线管信号的螺线管传感器；和

控制模块，所述控制模块基于所述螺线管信号来确定实际响应时间，其中通过计算所述触发事件发生的时刻与螺线管电流超过电流阈值的时刻之间的时间差来确定所述实际响应时间；基于系统电压和机油温度来确定预期响应时间，其中，从查找表中对所述预期响应时间进行插值来确定预期响应时间，所述查找表通过系统电压和机油温度而访问；并基于所述预期响应时间和所述实际响应时间来诊断机油粘皮，其中基于所述预期响应时间和所述实际响应时间来计算百分比误差，并且，基于所述百分比误差来诊断机油粘度。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述螺线管是包括机油阻流器的粘度敏感螺线管。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述螺线管放置在所述机油储槽内油位以下。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述螺线管传感器基于磁通量、位置和电流中的至少一项来产生螺线管信号。

10.一种诊断机油粘度的方法，包括：

基于触发事件和螺线管电流来确定螺线管的实际响应时间，其中通过计算所述触发事件发生的时刻与所述螺线管电流超过电流阈值的时刻之间的时间差来确定所述实际响应时间；

基于系统电压和机油温度来确定预期响应时间，从查找表中对所述预期响应时间进行插值来确定所述预期响应时间，其中，所述查找表通过系统电压和机油温度而访问；并且

基于所述实际响应时间和所述预期响应时间来诊断机油粘度，其中基于所述预期响应时间和所述实际响应时间来计算百分比误差，并且，基于所述百分比误差来诊断机油粘度。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，通过所述百分比误差来修正所述预期响应时间。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述修正还包括，当车辆总里程数小于里程阈值时通过所述百分比误差来修正所述预期响应时间。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于粘度诊断来设定故障状态指示器。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于发动机速度来使能对所述实际响应时间的确定和对所述预期响应时间的确定。