CN106370556A - 一种基于粘度分析的润滑油寿命在线监测系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于粘度分析的润滑油寿命在线监测系统及其方法，包括上位机系统和下位机系统，其特征在于，所述下位机系统不额外加装传感器，降低成本，通过通信模块和信号解码与调制模块，实现与发动机控制系统通信，采集发动机转速及润滑油温度和压力信号，所述上位机系统包括在线监测与诊断单元和显示报警装置；在线监测与诊断单元根据油液理化性质，利用最小二乘法模拟出润滑油粘度值，通过和新润滑油粘度值进行比较，判断是否发出更换润滑油信号。本发明不需要额外加装传感器，具有性价比高，可以实时、可靠的监测润滑油品质，满足工业上实际应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于粘度分析的润滑油寿命在线监测系统及其方法，属于发动机润滑油寿命监测技术领域。
背景技术
由美国环保局测得的典型汽车能量分布情况可知，燃料消耗在汽车各种摩擦损失上的能量中，发动机摩擦损失占4.5％，而由摩擦造成的故障在发动机总故障中占47.2％。发动机工作过程中，润滑油形成的油膜需达到正常厚度，才能起到润滑作用，润滑不良将加重摩擦造成的故障。发动机润滑油是发动机在苛刻条件下持久稳定工作的保证。
润滑油在发动机运转过程中，发挥着密封、清洗、防腐、减小磨损和润滑的功能。但是由于发动机在工作时，相关零件会因磨损或腐蚀而产生颗粒状杂质，这些杂质混入润滑油中，对润滑油造成污染。另外润滑油自身还会发生分解、凝聚、氧化、水解等现象，从而引起润滑油各项理化性能的变化；此外润滑油中所含的添加剂在发挥有用功效的同时，自身不断被消耗，从而使润滑油的性能发生改变。当润滑油的品质劣变到一定程度，如果继续使用就会出现动力性能下降的现象，同时零部件的磨损也加剧，甚至导致严重故障发生。所以，如果润滑油的性能下降到一定程度就要及时更换润滑油；反之，如果润滑油还能起到应有的作用而人为提前更换了新油，又会造成一种不必要的浪费。所以能够及时准确的反映润滑油的性能，是避免上述状况出现的必要条件。
长期以来，汽车发动机润滑油的更换主要是参考汽车生产厂家推荐的换油期，即实行“按期换油”。实践证明由于发动机润滑油在工作过程中衰变速度受很多因素的影响，从而导致实际使用时每辆车的润滑油变质速度差别很大，因此按期换油有一定的不合理性，容易造成润滑油延期使用，引起发动机故障或者过早更换造成浪费。而润滑油更换合理与否直接影响发动机的使用寿命和润滑油的经济节约，所以进行发动机润滑油状态监测的研究，实现“按质换油”，从而保证发动机良好运行是很有意义的。
目前已有的润滑油在线监测系统和方法存在分析仪器庞大而安装不便，采用大量传感器导致价格昂贵等缺点，不能满足工业上实际应用要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种结构简单，充分利用发动机控制系统已有数据，高性价比，能够可靠地对润滑油及时预警的润滑油寿命在线监测系统，满足工业上实际应用需求。
本发明润滑油寿命在线监测系统包括上位机系统和下位机系统，所述下位机系统包括通信模块、信号解码与调制模块。
所述的通信模块用于实时地和发动机控制系统通信，获取润滑油温度和压力信息。
所述的信号解码与调制模块用于将通信模块获得的温度和压力电平信号进行解码与调制，得到需要的润滑油参数。
所述的上位机系统包括润滑油在线监测与诊断单元，显示报警装置。
所述的润滑油在线监测与诊断单元用于对实时获取的润滑油温度和压力信息进行分析处理、实时故障预警显示。
所述的在线监测与诊断单元采用最小二乘法拟合润滑油粘度值，通过和新润滑油粘度值进行比较，判断是否发出更换润滑油信号。
所述的显示报警装置与在线监测与诊断单元相连，用于实时显示系统监测结果。
本发明的有益效果为：
(1)本发明实时地对发动机润滑油状态进行监测和预警，消除了离线检测的不确定性和时间迟滞性；
(2)本发明不额外加装任何传感器，充分利用发动机已有数据，根据油液理化性质模拟出润滑油粘度信息，从而判断润滑油状态，性价比高，并实时可靠地监测油液性质。
附图说明
图1为本发明基于粘度分析的润滑油寿命在线监测系统总体框图；
图2为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种基于粘度分析的润滑油寿命在线监测系统，如图1所示，包括下位机系统和上位机系统；
下位机系统包括通信模块、信号解码与调制模块。
发动机控制系统内设有温度传感器、压力传感器和转速传感器，下位机系统不额外加装传感器，降低成本，通过和发动机控制系统通信，采集发动机转速及润滑油温度和压力信号。
通信模块，用于实时地和发动机控制系统通信，获取发动机转速、润滑油温度和压力信息。
信号解码与调制模块，用于将采集到的发动机转速及润滑油温度和压力信号进行解码与调制，得到需要的润滑油参数。
所述的上位机系统包括润滑油在线监测与诊断单元，显示报警装置。
如图2所示，所述的润滑油在线监测与诊断单元用于对实时获取的发动机转速、润滑油温度和压力信息进行分析处理、实时故障预警显示。
所述的在线监测与诊断单元采用最小二乘法拟合润滑油粘度值，通过和新润滑油粘度值进行比较，判断是否发出更换润滑油信号。
所述的显示报警装置与在线监测与诊断单元相连，用于实时显示系统监测结果。
一种基于粘度分析的润滑油寿命在线监测方法，包括以下几个步骤：
当发动机工作在低速(接近怠速)时，润滑油压力是由润滑油流动阻力所导致的，且流动阻力直接与机油油泵相关。润滑油在流动过程中会产生阻力，而阻力恰是润滑油粘度与润滑油流动速率的函数。在润滑油流速恒定时，高粘度会导致高压力。当润滑油温度范围升高至40℃一80℃内时，油液粘度几乎与油温成线性关系。因此，可以通过实时分析润滑油压力与温度来分析其粘度的变化。
而润滑油压力和温度是发动机实时监控的信息，因此不需要额外加装温度传感器和压力传感器，只需要通过和发动机进行数据通信，采集润滑油温度和压力信息。根据润滑油粘度与温度、压力模型关系式，得出润滑油运动粘度值：
ΔP＝K×ω×u
u＝A′T+B′T
其中，ΔP为润滑油总体压降，K为常量，该常量只与发动机润滑油油道构造有关，ω为发动机转速，u为润滑油运动粘度值，T为润滑油温度，A′、B′为润滑油粘度系数；
并根据计算公式：
C＝uold/unew
其中，uold为使用一段时间的润滑油粘度值，unew为新润滑油粘度值，通过两者粘度值进行比较，根据国标，确定该比值C是否在给定润滑油的运动粘度值变化范围内，从而判断是否需要更换新油。
具体的一种基于粘度分析的润滑油寿命在线监测方法的实施例，如图2所示，包括以下步骤
步骤一，采集发动机电控系统信号，判断发动机启动以后确认是否更换了新润滑油，如果是，则判断润滑油温度和压力是否在给定的范围(该范围通过对润滑油进行实验得到)内，如果是，则在不同的转速和扭矩下测量至少两组润滑油的压力值P1(T1,rpm1)，P2(T2,rpm2)，其中，P1、P2、T1、T2、rpm1、rpm2分别为两组润滑油的压力值和该工况下的扭矩和转速；根据公式计算新润滑油的粘度系数Anew、Bnew和运动粘度值μnew，从而将得到的新润滑油的运动粘度值μnew(T)＝AnewT+Bnew保存，其中，unew为新润滑油的油运动粘度值，Anew、Bnew、分别为新润滑的粘度系数，T为润滑油温度。
步骤二，采集发动机电控系统信号，判断发动机启动以后确认是否更换了新润滑油，如果没有，则判断润滑油温度和压力是否在给定的范围(该范围通过对润滑油进行实验得到)内，如果是，则在不同的转速和扭矩下测量至少两组润滑油的压力值P1(T1,rpm1)，P2(T2,rpm2)，根据公式计算已经使用过后的润滑油的粘度系数Aold、Bold和运动粘度值uold，从而将得到的已经使用过后的润滑油的运动粘度值μold(T)＝AoldT+Bold保存，其中，uold为使用过后的润滑油的油运动粘度值，Aold、Bold分别为使用过后的润滑油的粘度系数，通过对新润滑油和已经使用过后的润滑油的运动粘度值进行比较，根据国标，确定两者的比值是否在给定润滑油的运动粘度值变化范围内，从而判断是否需要更换新油，如果C1<μold/μnew<C2，润滑油粘度在正常范围内，否则换油，其中，C1、C2为根据国标规定的给定润滑油的运动粘度值上下限。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施并不受上述实施例的限制，其他任何未违背本发明的精神实质与原理的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于粘度分析的润滑油寿命在线监测系统，包括下位机系统和上位机系统；
下位机系统包括通信模块、信号解码与调制模块；
发动机控制系统内设有温度传感器、压力传感器和转速传感器，通信模块实时与发动机控制系统通信，通过温度传感器、压力传感器和转速传感器获取润滑油温度、压力信息和发动机转速，输出至信号解码与调制模块；信号解码与调制模块将采集到的发动机转速、润滑油温度和压力信号进行解码与调制，输出至上位机；
上位机系统包括润滑油在线监测与诊断单元和显示报警装置；
润滑油在线监测与诊断单元对实时获取的发动机转速、润滑油温度和压力信息进行分析处理、实时故障预警显示；在线监测与诊断单元采用最小二乘法拟合润滑油粘度值，通过和新润滑油粘度值进行比较，判断是否发出更换润滑油信号；显示报警装置与在线监测与诊断单元相连，实时显示系统监测结果。
2.一种基于粘度分析的润滑油寿命在线监测方法，具体为：
润滑油粘度值公式为：
ΔP＝K×ω×u
u＝A′T+B′T
其中，ΔP为润滑油总体压降，K为常量，ω为发动机转速，u为润滑油粘度值，T为润滑油温度，A′、B′为润滑油粘度系数；
根据润滑油粘度值公式获取使用一段时间后的润滑油粘度值uold和新润滑油粘度值unew；
计算比值C：
C＝uold/unew
根据国标，确定比值C是否在给定的润滑油粘度值变化范围内，如果是，则润滑油粘度值在正常范围内，如果否，则需要更换新油。
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