CN105181530A - 一种发动机机油粘度在线检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机机油粘度在线检测装置及其检测方法，该装置通过供油管路依次连接有电磁阀、液位传感器和第二温度传感器组成的机油取样装置、恒流泵、压力传感器、流量传感器、压力控制阀以及冷却装置，该装置还包括一个嵌套在取样装置外侧由加热器和第一温度传感器组成的恒温油浴箱、分别与各传感器相连的数据处理模块以及分别与电磁阀、加热器、恒流泵和压力控制阀相连的单片机；所述检测方法通过营造机油粘度检测标准温度、模拟发动机机油实际工作压力，结合数据处理模块与单片机，对机油粘度进行在线检测。本发明能够实时监测机油粘度，检测结果更加科学、准确，为换油提供更加即时有效的依据。

Description

一种发动机机油粘度在线检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体地说是一种发动机机油粘度在线检测装置及其检测方法。

背景技术

汽车机油在使用一段时间后，由于混入杂质以及自身理化性质的改变，其粘度会发生变化，影响其润滑能力，造成汽车零部件的磨损加剧，因此，对在用机油进行粘度检测是十分必要的。目前机油粘度的检测方式主要有两种，分别是离线检测和在线检测。离线检测是定期对在用机油进行取样，然后送到专门的检测中心，采用运动粘度测试仪进行粘度检测，其优点是能够提供标准的检测环境，直接得到标准状态下的机油粘度，因此精度较高；缺点是检测过程耗时耗力，只能将待检油样送到实验室条件下进行检测，不能提供实时监测数据。在线检测是在车辆使用过程中，通过车辆上加装的检测装置对在用机油粘度进行监测，其优点是能够实时监测机油粘度，为换油提供更加即时有效的依据。目前国内大多采用离线检测机油粘度的方法。而对于机油粘度在线检测方法的研究仍存在诸多缺陷。

中国专利CN203374340U公开了一种发动机机油报警装置，其中采用粘度传感器监测机油粘度，采用温度传感器检测机油温度，通过检测的温度修正机油粘度。中国专利CN2554632Y公开了一种在线监测油品质量的方法，其中机油粘度采用石英晶体微天平粘度传感器进行监测，输出40℃下的机油粘度值，根据粘温特性及神经网络算法计算出标准温度状态下(100℃)的机油粘度。可以看出，上述两个专利检测机油粘度的方式均未营造出标准温度(100℃)的环境，而是检测非标准温度下的机油粘度，再根据机油的粘温特性计算出此时理论上标准温度下的机油粘度值，然而机油的粘温特性理论公式与机油的实际粘温特性相比存在一定误差，尤其是随着温差的升高，误差逐渐增大，因此这种检测黏度的方法并不理想，而提供一种直接检测标准状态下机油粘度的检测方法很有必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有机油粘度在线监测技术上存在的不足，提出了一种发动机机油粘度在线检测装置及其检测方法，对机油粘度在更加科学、准确的标准状态下进行检测，结合说明书附图，技术方案如下：

一种发动机机油粘度在线检测装置，安装于汽车发动机润滑油路机油泵1的下游，其特征在于：该装置沿着机油传输的方向，通过供油管路依次连接有电磁阀2、机油取样装置8、恒流泵9、压力传感器10、流量传感器11、压力控制阀12以及冷却装置13；

所述电磁阀2安装在与主油路16并联的支路上，控制该条支路的通断，其下游一端通入机油取样装置8，即所述电磁阀装置在取样装置的进口处；

所述机油取样装置8包括位于其内部的液位传感器4和第二温度传感器6；

所述机油取样装置8外侧还嵌套有恒温油浴箱7，所述恒温油浴箱7包括加热器3、第一温度传感器5以及油浴载体；

所述恒流泵9上游通入机油取样装置8；

该装置还包括数据处理模块14和单片机15，所述数据处理模块14分别与压力传感器10、流量传感器11、液位传感器4、第一温度传感器5、第二温度传感器6相连，并将采集到的传感器信号输送至单片机15，所述单片机分别与电磁阀2、加热器3、恒流泵9以及压力控制阀12相连；

所述冷却装置13下游通入油底壳17。

进一步地，所述第一温度传感器5的测量上限阈值为150℃，第二温度传感器6的测量上限阈值为100℃。

进一步地，所述恒温油浴箱7中的油浴载体为二甲基硅油。

一种发动机机油粘度在线检测装置的检测方法，其特征在于：该方法通过营造机油粘度检测标准温度、模拟发动机机油实际工作压力，对机油粘度进行在线检测，具体步骤如下：

第一步：取样：当液位传感器4监测到机油液位低于最低液位值时，液位传感器4通过数据处理模块14将此信号传递给单片机15，单片机15向电磁阀2发出开通的指令，同时向恒流泵9及压力控制阀12发出停止工作的指令，电磁阀2开通，主油路内的部分机油被输送到机油取样装置8中；当液位传感器4监测到机油液位达到最高液位值时，液位传感器4通过数据处理模块14将此信号传递给单片机15，单片机15向电磁阀2发出关闭的指令，电磁阀2关闭，停止向机油取样装置8供油；

第二步：营造标准温度：取样后，单片机15向加热器3发出加热指令，第一温度传感器5实时监测油浴温度，第二温度传感器6实时监测样油温度，当油浴温度尚未达到150℃，而样油温度已经达到100℃时，第二温度传感器6将采集到的温度信号经由数据处理模块14输送到单片机15，单片机15识别到此温度信号达到阈值后，控制加热器3停止工作；当油浴温度达到150℃，而样油温度未达100℃时，第一温度传感器5将采集到的温度信号经由数据处理模块14输送到单片机15，单片机15识别到此温度信号达到阈值后，控制加热器3停止工作，此时，150℃的油浴将对尚未达到100℃的样油进行加热，直到第二温度传感器6监测到样油温度达到100℃；

第三步：模拟工作压力：机油继续依次流经压力传感器10、流量传感器11和压力控制阀12，压力传感器10通过数据处理模块14将油压信号传递给单片机15，单片机15向压力控制阀12及恒流泵9发出指令，将油路的压力控制在模拟发动机机油实际工作的压力下；

第四步：计算分析判定：流量传感器11检测流经的实际工作压力下的100℃机油流量，将此流量信号经由数据处理模块14输送至单片机15中，单片机15根据关系模型式：

v(x)＝-0.002x³+1.0769x²-203.22x+14210

其中v为在用机油的运动粘度值，x为机油流量，计算出在用机油的运动粘度值；

并根据计算公式： $\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\ν}-{\mathrm{\ν}}_0}{{\mathrm{\ν}}_0}\×100\%$

其中v₀为新油的运动粘度值，η为机油的运动粘度变化率，计算出机油的运动粘度变化率，并与现有标准进行分析比较，判定是否合格；

第五步：冷却回流：机油流经冷却装置13，进行冷却后流回油底壳17。

本发明的有益效果在于：

1、本发明对在用机油粘度进行在线检测，能够实时监测机油粘度，为换油提供更加即时有效的依据。

2、本发明通过营造机油粘度检测标准温度、模拟发动机机油实际工作压力，对机油粘度进行在线检测，检测结果更加科学、准确。

3、本发明在原有油路基础上并联一个支路即可，无需对现有结构进行更改，易推广应用。

附图说明

图1为本发明检测装置的结构示意图；

图2为本发明检测方法的流程框图。

图中：

1-机油泵，2-电磁阀，3-加热器，4-液位传感器，5-第一温度传感器，6-第二温度传感器，7-恒温油浴箱，8-机油取样装置，9-恒流泵，10-压力传感器，11-流量传感器，12-压力控制阀，13-冷却装置，14-数据处理模块，15-单片机，16-主油路，17-油底壳，18-集滤器；

h-机油液位，min-最低液位值，max-最高液位值。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做进一步阐述：

如图1所示，本发明公开了一种发动机机油粘度在线检测装置，该装置安装于汽车发动机润滑油路机油泵1的下游，在主油路16旁侧并联一条支路，由一个电磁阀控制该条支路的通断。该装置沿着机油传输的方向，通过供油管路依次连接电磁阀2、机油取样装置8、恒流泵9、压力传感器10、流量传感器11、压力控制阀12以及冷却装置13；

所述电磁阀2安装在与主油路16并联的支路上，在取样装置的进口处，其下游一端通入机油取样装置8；所述机油取样装置8包括位于其内部下方的液位传感器4，用于监测取样装置中样油液面的高度，以及底部的第二温度传感器6，用于监测样油温度，使其保持在100℃。

所述机油取样装置8外侧还嵌套有恒温油浴箱7，用于均匀加热取样装置中的待测样油。所述恒温油浴箱7包括用于加热油浴载体的加热器3、用于监测载体温度的第一温度传感器5以及油浴载体二甲基硅油，其中，二甲基硅油载体常温下为液态，化学性质稳定，闪点300℃，可加热到200℃以上，且蒸发损失小，常可忽略不记，由于本套装置油浴最高设计温度为150℃，因此二甲基硅油十分适合作为本套油浴加热的载体。

所述第一温度传感器5的测量上限阈值为150℃，第二温度传感器6的测量上限阈值为100℃；所述恒流泵9上游通入机油取样装置8；

该装置还包括数据处理模块14和单片机15，所述数据处理模块14分别与压力传感器10、流量传感器11、液位传感器4、第一温度传感器5、第二温度传感器6相连，并将采集到的传感器信号输送至单片机15，所述单片机分别与电磁阀2、加热器3、恒流泵9以及压力控制阀12相连；

恒流泵9一端通入取样装置，用于将其内部的样油泵向下游油路，其下游依次连接压力传感器10、流量传感器11和压力控制阀12。通过恒流泵9及压力控制阀12营造一个模拟发动机机油实际工作压力(这里设定为标准大气压)的环境，压力传感器10将油路压力信息反馈给单片机15，单片机15控制恒流泵9及压力控制阀12将油路的压力控制在该恒定压力下。

所述冷却装置13下游通入油底壳17，检测后的机油经冷却装置13冷却后流回油底壳17。

所述油底壳17内的主油路端口处还安装有集滤器18，机油泵1将油底壳17中的机油经过集滤器18的初步过滤后再向支路的下游输送。

本发明还提供了上述检测装置的检测方法，参阅图1和图2所示，具体如下：

该方法通过营造机油粘度检测标准温度、模拟发动机机油实际工作压力，对机油粘度进行在线检测，具体步骤如下：

第一步：取样：当机油取样装置8里的液位传感器4监测到机油液位低于或等于最低液位值时，液位传感器4通过数据处理模块14将此信号传递给单片机15，单片机15向电磁阀2发出开通的指令，同时向恒流泵9及压力控制阀12发出停止工作的指令，电磁阀2开通，机油泵1将油底壳17中的机油经过集滤器18的初步过滤后向支路的下游输送，主油路内的部分机油被输送到机油取样装置8中；当液位传感器4监测到机油液位达到最高液位值时，液位传感器4通过数据处理模块14将此信号传递给单片机15，单片机15向电磁阀2发出关闭的指令，电磁阀2关闭，停止向机油取样装置8供油；

第二步：营造标准温度：取样过程结束后，加热器3开始工作，单片机15向加热器3发出加热指令，位于恒温油浴箱中的第一温度传感器5实时监测油浴温度，位于机油取样装置8中的第二温度传感器6实时监测样油温度，此时将出现两种可能性，第一种可能性：当油浴温度尚未达到150℃，而样油温度已经达到100℃时，第二温度传感器6将采集到的温度信号经由数据处理模块14输送到单片机15，单片机15识别到此温度信号达到阈值(100℃)后，控制加热器3停止工作；第二种可能性：当油浴温度达到150℃，而样油温度未达100℃时，为防止继续加热导致二甲基硅油汽化或闪燃，第一温度传感器5将采集到的温度信号经由数据处理模块14输送到单片机15，单片机15识别到此温度信号达到阈值(150℃)后，控制加热器3停止工作，此时，150℃的油浴将对尚未达到100℃的样油继续进行加热，直到第二温度传感器6监测到样油温度达到100℃；

当温度传感器6检测到样油温度达到100℃时，单片机15控制恒流泵9以及压力控制阀12开始工作，恒流泵9将取样装置8里的100℃的机油向下游输送。

第三步：模拟工作压力：机油继续依次流经压力传感器10、流量传感器11和压力控制阀12，压力传感器10监测流经的机油压力，并通过数据处理模块14将油压信号传递给单片机15，单片机15向压力控制阀12及恒流泵9发出指令，将油路的压力控制在模拟发动机机油实际工作的压力(标准大气压)下；

第四步：计算分析判定：流量传感器11检测流经的实际工作压力下的100℃机油流量，将此流量信号经由数据处理模块14输送至单片机15中，单片机15根据存储在系统中的机油粘度v与机油流量x的关系模型：：

v(x)＝-0.002x³+1.0769x²-203.22x+14210

其中v为在用机油的运动粘度值，单位：mm²/s；x为机油流量，计算出在用机油的运动粘度值；

并根据国标GBT8028—2010规定的机油运动粘度变化率η(％)计算公式如下(100℃)：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\ν}-{\mathrm{\ν}}_0}{{\mathrm{\ν}}_0}\×100\%$

其中v₀为新油的运动粘度值，单位：mm²/s；η为机油的运动粘度变化率，计算出机油的运动粘度变化率；

国标GBT8028—2010规定100℃时合格机油的运动粘度变化率η在(－25％，+25％)之间，超出这个范围机油视为不合格，最后输出判定结果。

第五步：冷却回流：机油流经冷却装置13，进行适当的冷却后流回油底壳17，完成一个测量过程。

在汽车运行过程中，上述过程是循环反复进行的，一个周期的循环油量就是机油取样装置中液位传感器测得的最高液面到最低液面间的机油容量。因此这套装置可以实现实时监测发动机在用机油粘度。

Claims (4)

1.一种发动机机油粘度在线检测装置，安装于汽车发动机润滑油路机油泵(1)的下游，其特征在于：该装置沿着机油传输的方向，通过供油管路依次连接有电磁阀(2)、机油取样装置(8)、恒流泵(9)、压力传感器(10)、流量传感器(11)、压力控制阀(12)以及冷却装置(13)；

所述电磁阀(2)安装在与主油路(16)并联的支路上，其下游一端通入机油取样装置(8)；

所述机油取样装置(8)包括位于其内部的液位传感器(4)和第二温度传感器(6)；

所述机油取样装置(8)外侧还嵌套有恒温油浴箱(7)，所述恒温油浴箱(7)包括加热器(3)、第一温度传感器(5)以及油浴载体；

所述恒流泵(9)上游通入机油取样装置(8)；

该装置还包括数据处理模块(14)和单片机(15)，所述数据处理模块(14)分别与压力传感器(10)、流量传感器(11)、液位传感器(4)、第一温度传感器(5)、第二温度传感器(6)相连，并将采集到的传感器信号输送至单片机(15)，所述单片机分别与电磁阀(2)、加热器(3)、恒流泵(9)以及压力控制阀(12)相连；

所述冷却装置(13)下游通入油底壳(17)。

2.如权利要求1所述一种发动机机油粘度在线检测装置，其特征在于：所述第一温度传感器(5)的测量上限阈值为150摄氏度，第二温度传感器(6)的测量上限阈值为100摄氏度。

3.如权利要求1所述一种发动机机油粘度在线检测装置，其特征在于：所述恒温油浴箱(7)中的油浴载体为二甲基硅油。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的发动机机油粘度在线检测装置的检测方法，其特征在于：该方法通过营造机油粘度检测标准温度、模拟发动机机油实际工作压力，对机油粘度进行在线检测，具体步骤如下：

第一步：取样：当液位传感器(4)监测到机油液位低于或等于最低液位值时，液位传感器(4)通过数据处理模块(14)将此信号传递给单片机(15)，单片机(15)向电磁阀(2)发出开通的指令，同时向恒流泵(9)及压力控制阀(12)发出停止工作的指令，电磁阀(2)开通，主油路内的部分机油被输送到机油取样装置(8)中；当液位传感器(4)监测到机油液位达到最高液位值时，液位传感器(4)通过数据处理模块(14)将此信号传递给单片机(15)，单片机(15)向电磁阀(2)发出关闭的指令，电磁阀(2)关闭，停止向机油取样装置(8)供油；

第二步：营造标准温度：取样后，单片机(15)向加热器(3)发出加热指令，第一温度传感器(5)实时监测油浴温度，第二温度传感器(6)实时监测样油温度，当油浴温度尚未达到150℃，而样油温度已经达到100℃时，第二温度传感器(6)将采集到的温度信号经由数据处理模块(14)输送到单片机(15)，单片机(15)识别到此温度信号达到阈值后，控制加热器(3)停止工作；当油浴温度达到150℃，而样油温度未达100℃时，第一温度传感器(5)将采集到的温度信号经由数据处理模块(14)输送到单片机(15)，单片机(15)识别到此温度信号达到阈值后，控制加热器(3)停止工作，此时，150℃的油浴将对尚未达到100℃的样油进行加热，直到第二温度传感器(6)监测到样油温度达到100℃；

第三步：模拟工作压力：机油继续依次流经压力传感器(10)、流量传感器(11)和压力控制阀(12)，压力传感器(10)通过数据处理模块(14)将油压信号传递给单片机(15)，单片机(15)向压力控制阀(12)及恒流泵(9)发出指令，将油路的压力控制在模拟发动机机油实际工作的压力下；

第四步：计算分析判定：流量传感器(11)检测流经的实际工作压力下的100℃机油流量，将此流量信号经由数据处理模块(14)输送至单片机(15)中，单片机(15)根据关系模型式：

v(x)＝-0.002x³+1.0769x²-203.22x+14210

其中v为在用机油的运动粘度值，x为机油流量，计算出在用机油的运动粘度值；

并根据计算公式： $\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\ν}-{\mathrm{\ν}}_0}{{\mathrm{\ν}}_0}\×100\%$

其中v₀为新油的运动粘度值，η为机油的运动粘度变化率，计算出机油的运动粘度变化率，并与现有标准进行分析比较，判定是否合格；

第五步：冷却回流：机油流经冷却装置(13)，进行冷却后流回油底壳(17)。