DE10063250B4

DE10063250B4 - Überwachung der Lebensdauer von Öl für Dieselmotoren

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Publication number: DE10063250B4
Application number: DE10063250A
Authority: DE
Inventors: John E. McDonald; E. Shirley Schwartz; Nshan Hamparian; Michael Jacek; Joseph M. Stempnik; Scott J. Fletcher
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: US6327900B1; DE10063250A1; DE10063250B8

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Hinweises auf die Notwendigkeit eines Ölwechsels für einen Fahrer eines Fahrzeugs mit einem Motor mit Schmieröl, das eine nutzbare Lebensdauer aufweist, die gemäß den Motorbetriebsbedingungen variiert, wobei ein derartiges Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Wert wirksamer Motorumdrehungen über vorbestimmte Intervalle während eines vorliegenden Motorbetriebs gemäß eines Produktes gemessener Motorumdrehungen und eines Straffaktors für die Motoröltemperatur periodisch berechnet wird, der dazu dient, den Wert der wirksamen Motorumdrehungen zu erhöhen und damit Motorbetriebsbedingungen zu kompensieren, die zu einer erhöhten Verschlechterung des Motoröles neigen, wobei der Straffaktor für die Motoröltemperatur als Funktion der Motoröltemperatur bestimmt wird; ein gespeicherter Wert verbleibender zulässiger Umdrehungen, der eine verbleibende Anzahl von Motorumdrehungen angibt, die für die nutzbare Lebensdauer des Motoröles zulässig sind, durch Subtraktion des berechneten Wertes der wirksamen Motorumdrehungen verringert wird; und eine Anzeigeeinrichtung betätigt wird, die den Fahrer darauf hinweist, dass das Motoröl gewechselt werden muss, wenn der gespeicherte Wert der verbleibenden zulässigen Umdrehungen unter einen vorbestimmten Schwellenwert abfällt, der das Ende der nutzbaren Lebensdauer des Motoröls angibt, wobei vor der Berechnung des Wertes der wirksamen Motorumdrehungen ein Motoröltemperaturwert gemäß Motorparametern berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Dieselmotor mit direkter oder indirekter Einspritzung ist, dass in den Wert wirksamer Motorumdrehungen zusätzlich zu dem Straffaktor für die Motoröltemperatur ein Straffaktor für die Ölverschmutzung eingeht, der als Funktion der Motorölverschmutzung bestimmt ist ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft allgemein die Überwachung von Motoröl in einem Kraftfahrzeug und insbesondere ein Verfahren, um einen Fahrer darauf hinzuweisen, Motoröl in einem Dieselmotor mit direkter oder indirekter Einspritzung auf der Grundlage von Öltemperatur und Ölverschmutzung zu wechseln.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist in der Kraftfahrzeugtechnik bekannt, dass die Motorlebensdauer direkt mit dem Schmiervermögen des Motorkurbelgehäuseöls in Beziehung steht und dass dessen Schmiervermögen abhängig von dem Motorbetrieb und der Zeit verschlechtert wird. Somit versorgen die meisten Motoren- und Fahrzeughersteller ihre Kunden mit Ölwechselwartungsplänen für den Zeitpunkt, an dem das Motoröl gewechselt werden sollte. Diese Ölwechselwartungspläne sind nur Richtlinien und das erforderliche Ölwechselintervall kann abhängig von den Motorbetriebsbedingungen kleiner als 4.828 km (3.000 Meilen) oder größer als 16.093 km (10.000 Meilen) sein. Um eine genauere Vorhersage des Zeitpunktes machen zu können, an dem das Öl gewechselt werden sollte, kann eine Schätzung des Ausmaßes der Ölverschlechterung und der Notwendigkeit eines Ölwechsels für ein gegebenes Fahrzeug dadurch bestimmt werden, dass bestimmte Schlüsselmotorbetriebsparameter während des Fahrzeugbetriebes zwischen Ölwechseln elektronisch überwacht werden. Wenn bestimmt wird, dass ein Ölwechsel notwendig wird, wird der Fahrer durch eine Anzeigeeinrichtung in der Instrumententafel darauf hingewiesen.
Es ist gezeigt worden, dass eine direkte und genaue Anzeige einer Motorölverschlechterung durch Bewertung zweier Wirkungen bestimmt werden kann: (1) chemische Änderungen, die als Folge davon auftreten, dass das Motoröl hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist, ungeachtet der Motorlastbedingungen oder anderer Betriebsbedingungen, die nur indirekt mit der Öltemperatur in Beziehung stehen, und (2) die Bildung von Schmutzstoffen, wie beispielsweise Ruß und Säuren, die typischerweise bei Hochlast und hoher Temperatur erzeugt werden.
Eine übermäßige Verschlechterung des Motoröles tritt bei seinen Temperaturextremen auf. Bei niedrigen Motoröltemperaturen, typischerweise während der Startphase, können sich Kraftstoff und Wasser in dem Motoröl ansammeln. Kraftstoff- und Kraftstoffreaktionsprodukte können auch in das Motoröl gelangen und eine Abnahme der Ölviskosität bewirken. Diese Niedertemperaturwirkung kann vollständig unabhängig von der Last auftreten.
Bei hohen Motoröltemperaturen können Antioxidantien in dem Öl deaktiviert werden und somit verringert sich die Wirksamkeit eines Hauptzusatzes, das dem Motoröl chemische Stabilität verleiht, im Vergleich zu vorher. Als Folge wird das Öl infolge von Oxidation und Nitrierung viskoser und sauer. Zusätzlich können unlösliche Materialien auf den Motoroberflächen als Überzug oder Schlamm abgeschieden werden.
Ein anderer Typ der Ölverschlechterung erfolgt als eine Funktion der Rate, mit der Kraftstoff in die Zylinder des Dieselmotors eingespritzt wird. Während der unvollständigen Verbrennung, typischerweise bei hohen Temperaturen und bei hohen Lasten, bilden sich Schmutzstoffe, wie beispielsweise Ruß und Säuren. Ruß und Säuren, die in das Motoröl gelangt sind, verringern die Fähigkeit des Öles, eine Korrosion zu verhindern, und steigern die mit Ruß in Verbindung stehende Abnutzung. Daher ist es erwünscht, ein Überwachungssystem zu schaffen, das die Notwendigkeit für einen Wechsel von Motoröl basierend auf sowohl der Verschlechterung des Motoröles infolge von Hoch- und Niedertemperaturwirkungen als auch der Verschlechterung infolge einer Kontamination von mit Last in Verbindung stehenden Ruß- und Säurewirkungen bestimmt.
Aus der US 4 742 476 A ist ein Indikatorsystem für Benzinmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, welches dem Fahrer mitteilt, wann ein Ölwechsel nötig ist. Dabei wird ein Wert wirksamer Motorumdrehungen aus den gemessenen Motorumdrehungen und einem mit diesen zu multiplizierendem Straffaktor für die Motoröltemperatur berechnet. Der Straffaktor erhöht den Wert der wirksamen Motorumdrehungen, so dass eine erhöhte Verschlechterung des Motoröls bei extremen Öltemperaturbedingungen berücksichtigt wird.
Aus der WO 99/24699 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen und/oder Ermitteln von Motorölqualität bekannt. In Abhängigkeit von Temperatur und Motorreibmoment werden Änderungen in der Viskosität des Öls ermittelt und ausgewertet, welche einen Rückschluss auf die Ölqualität zulassen. Das Motorreibmoment wird dabei aus dem Anlassermoment abgeleitet.
Aus der DE 44 01 835 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Ermittlung des Ölwechselzeitpunkts eines Kraftfahrzeugmotors bekannt. In verschiedenen nichtflüchtigen Speichern sind in Tabellenform einerseits der Rußeintrag in das Motoröl in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast und andererseits die thermische Motorölbelastung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motoröltemperatur abgelegt. Der aktuelle Rußeintrag und die aktuelle thermische Ölbelastung werden dann in Summationsspeichern zu einem Gesamtrußeintrag und einer bisherigen gesamtthermischen Belastung des Motoröls aufsummiert. Bei Erreichen eines gewissen Grenzwertes wird ein Warnsignal ausgegeben.
Die DE 197 09 445 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Berechnung und Anzeigen von Serviceintervallen, beispielsweise Ölwechselintervallen in einem Kraftfahrzeug. Für den Verschleiß wesentliche Betriebsparameter werden erfasst oder aus den erfassten Betriebsparametern abgeleitet. Für die Ölbelastung werden als Betriebsparameter die Motorbelastung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem Kraftstoffverbrauch und die Ölbelastung in Abhängigkeit von der Öltemperatur berücksichtigt.
Weiterer Stand der Technik ist bekannt aus der WO 98/29642 A1 .
Die genannten Verfahren sind allerdings teilweise sehr aufwändig und liefern für Dieselmotoren keine oder nur unter hohem Aufwand erzielbare zufriedenstellende Ergebnisse.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von bekannten Überwachungssystemen für die Lebensdauer von Öl für Ottomotoren ein möglichst einfaches und zuverlässiges Überwachungssystem und Verfahren für die Lebensdauer von Öl für Dieselmotoren zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung sieht ein Verfahren vor, um einen Fahrer eines Kraftfahrzeuges mit einem Dieselmotor auf die Notwendigkeit eines Ölwechsels basierend auf einer berechneten Rate einer Motorölverschlechterung hinzuweisen. Die Rate der Motorölverschlechterung wird durch die Temperatur des Öles und die Menge an Schmutzstoffen beeinflußt, die bei hohen Lasten in das Öl gelangen. Bei Bedingungen, bei denen sowohl Temperaturwirkungen als auch Hochlastwirkungen gleichzeitig auftreten, berücksichtigt die berechnete Verschlechterungsrate beide Wirkungen.
Die Rate der Verschlechterung des Motoröles wird durch eine Bewertung der Härte des Motorbetriebes als Funktion sowohl der Öltemperatur als auch der Ölverschmutzung berechnet. Die Härte des Betriebsablaufes infolge von Unterschieden in der Motoröltemperatur wird dadurch bewertet, dass ein Motoröltemperaturwert über ein vorbestimmtes Intervall bestimmt wird, das als Zeit (beispielsweise eine Sekunde) oder als Motorumdrehungen (beispielsweise 500 Umdrehungen) gemessen werden kann, und ein dieser Temperatur zugeordneter Straffaktor bestimmt wird. Die Härte des Betriebsablaufes infolge einer Kontamination wird dadurch bewertet, dass ein Motorölverschmutzungswert aus verschiedenen Motorparametern berechnet und ein Straffaktor für diesen Wert bestimmt wird. Allgemein werden diese Beziehungen für jede Motorkonstruktion experimentell hergestellt.
Die Dauer jeder gegebenen Wirkung wird durch Überwachung der verstrichenen Anzahl von Motorumdrehungen oder der verstrichenen Zeit bewertet. Zu Beginn des Betriebsablaufes wird nach einer Rückstellung des Systems zur Überwachung der Öllebensdauer die Anzahl von Motorumdrehungen entsprechend der maximal zulässigen Anzahl von Motorumdrehungen für die nutzbare Lebensdauer des Motoröles in dem Computerspeicher des Fahrzeugs gespeichert. Bei jeder Periode des Fahrzeugbetriebes wird die gespeicherte Anzahl um einen Wert der wirksamen Motorumdrehungen verringert, der in Beziehung zu dem Produkt von gemessenen Motorumdrehungen und den Straffaktoren bestimmt wird, die der Motoröltemperatur und der Motorölverschmutzung zugeordnet sind, was in einem verbleibenden zulässigen Motorumdrehungswert resultiert. Die Straffaktoren erhöhen den Wert der wirksamen Umdrehungen, um Motorbetriebsbedingungen zu kompensieren, die dazu neigen, die Verschlechterung des Motoröles zu steigern. Jedesmal, wenn der Wert der wirksamen Motorumdrehungen berechnet und von dem Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen subtrahiert wird, wird ein neuer Wert für verbleibende zulässige Motorumdrehungen in dem Speicher gespeichert, der den alten Wert ersetzt. Wenn der gespeicherte Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen unter einen vorbestimmten Schwellenwert absinkt, wird der Fahrer des Fahrzeugs darauf hingewiesen, dass ein Ölwechsel erforderlich ist.
Der Motoröltemperaturwert, der bei der Bestimmung des Öltemperaturstraffaktors verwendet wird, kann über einen von zwei Wegen berechnet werden, je nachdem, ob ein Öltemperaturwert innerhalb eines Aufwärmbereiches oder eines Gleichgewichtsbereiches liegt. Wenn der Öltemperaturwert unter einer vorbestimmten Temperatur oder in dem Aufwärmbereich liegt, wird die Öltemperatur von der anfänglichen Kühlmitteltemperatur und der Anzahl von Motorumdrehungen seit dem Beginn des gegenwärtigen Motorbetriebes berechnet. Sobald die Öltemperatur die vorbestimmte Temperatur erreicht hat oder sich im Gleichgewichtsbereich befindet, wird die Öltemperatur aus Messungen berechnet, die die Motordrehgeschwindigkeit, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Kühlmitteltemperatur, die Kraftstoffeinspritzmenge (pro Zylinder) und die Ansauglufttemperatur umfassen können. Es sind statistische Techniken verfügbar und allgemein in Gebrauch, um die berechnete Öltemperaturkurve zu glätten. Der Motorölverschmutzungswert, der bei der Bestimmung des Ölverschmutzungsstraffaktors verwendet wird, wird aus dem Öltemperaturwert, der Kraftstoffeinspritzsteuerung (dem Kurbelwellenwinkel), der Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehgeschwindigkeit berechnet. Wiederum sind diese Betriebsbedingungen für den Motorsteuerungscomputer verfügbar und können in einer einfachen linearen Gleichung verwendet werden, um einen nutzbaren Kontaminationsfaktor zu berechnen, der an in dem Untersuchungszyklus auftretende Motorumdrehungen angelegt wird. Die Konstanten der Gleichung sind statistisch für jeden Motortyp basierend auf experimentellen Daten angepaßt.
Zusätzlich wird in dem Falle, wenn die Motorbetriebsbedingungen nicht hart genug sind, damit der Umdrehungszähler abläuft, die Anzeigeeinrichtung aktiviert, wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Anzahl von Meilen oder die maximale Meilenzahl gefahren worden ist, die von dem Fahrzeughersteller für Ölwechselintervalle empfohlen ist.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen besser verständlich.
ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG
Die Erfindung wird durch Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform und die Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm eines Systemes gemäß der bevorzugten Ausführungsform zur Anzeige des Punktes ist, an dem das Öl in einem Dieselmotor gewechselt werden muß;
2 und 3 Flußdiagramme sind, die einen Betriebsfluß zur Ausführung eines Verfahrens dieser Erfindung zeigen, das durch das System von 1 ausgeführt wird;
4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Öltemperatur und einem Straffaktorwert ist, die bei dieser Erfindung verwendet wird;
5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ölverschmutzungsgehalt und einem Straffaktorwert ist, die bei dieser Erfindung verwendet wird; und
6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer aktuell erfaßten Motoröltemperatur und einer Motoröltemperatur ist, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung berechnet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Wie in 1 der Zeichnungen detailliert gezeigt ist, bezeichnen Bezugszeichen 10 allgemein ein Ölwechselüberwachungssystem, das mit einem Dieselmotor 12 eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Das System 10 umfaßt eine Steuerung 14, einen Motorkühlmitteltemperatursensor 16, einen Motordrehzahlsensor 18, einen Ansauglufttemperatursensor 20, eine Ölwechselrückstellung 22 und eine Anzeigeeinrichtung 24. Allgemein empfängt die Steuerung 14 Eingänge von den Sensoren 16, 18, 20, und in Ansprechen auf diese Sensoreingänge und andere bekannte Motorparameter, wie beispielsweise Kraftstoffrate und Ansauglufttemperatur bestimmt die Steuerung 14, ob die Anzeigeeinrichtung 24 aktiviert wird, um den Fahrer auf die Notwendigkeit eines Ölwechsels hinzuweisen. Nachdem das Öl gewechselt ist, sendet die Betätigung der Ölwechselrückstellung 22 ein Signal an die Steuerung 14, um bestimmte Variablen zu löschen oder rückzustellen, die von der Steuerung 14 verwendet werden, um die Verschlechterung des Öles zu bestimmen.
Die Steuerung 14 könnte typischerweise einen Mikroprozessor 26, einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 28, einen Zähler 30, einen nichtflüchtigen Speicher 32 und eine Eingangs/Ausgangs-Vorrichtung (I/O-Vorrichtung) umfassen. Die Analogausgänge des Kühlmitteltemperatursensors 16 und Ansauglufttemperatursensors 20 an Leitungen 36 bzw. 38 werden an den A/D-Wandler 28 angelegt, wo sie von Analogsignalen in Digitalsignale umgewandelt und zur Aufnahme über einen bidirektionalen Datenbus 42 verfügbar gemacht werden. Der Ausgang der Digitalimpulsfolge des Motordrehzahlsensors 18 wird an den Zähler 30 über Leitung 40 angelegt, wo er auf eine Rate eines Pulses pro Motorumdrehung herunterdividiert und zur Aufnahme über den Datenbus 42 verfügbar gemacht wird. Die Elemente 28–34 kommunizieren miteinander über einen Adreß- und Steuerbus 44 und den Datenbus 42. Der Ausgang der Ölwechselrückstellung 22 auf Leitung 46 wird als ein Eingang an die I/O-Vorrichtung 34 angelegt, und die Digitalinformation zur Steuerung des Betriebs der Anzeigeeinrichtung 24 wird von der I/O-Vorrichtung 34 über Leitung 48 ausgegeben.
Die Sensoren 16, 18, 20 können herkömmliche Temperatur- und Geschwindigkeitswandler sein. Beispielsweise kann der Kühlmitteltemperatursensor 16 ein Varistorelement sein, das in einer leitfähigen Sonde untergebracht ist, die in dem Hauptstrom der Motorkühlmittelströmung oder an einem anderen beliebigen Ort positioniert ist, an dem die gemessene Motorkühlmitteltemperatur repräsentativ für die Temperatur des Motors ist, wie für Fachleute der Fahrzeugmotorkonstruktion bekannt ist, und der Geschwindigkeitssensor kann ein Hall-Effekt-Sensor sein, der mit einem gezahnten ferromagnetischen Rad zusammenwirkt, das mit der Motorkurbelwelle gekoppelt ist. Detailliertere Beschreibungen derartiger Sensoren sind für Fachleute leicht verfügbar und werden daher hier nicht angeführt.
Allgemein bestimmt das Verfahren der vorliegenden Erfindung die verbleibende nutzbare Lebensdauer des Motoröles bis zum nächsten Ölwechsel durch Überwachung von Motorumdrehungen, Öltemperatur und Ölverschmutzungsgehalt. Typischerweise steigt, wenn ein Motor beim Start kalt ist, die Öltemperatur stetig mit jeder Motorumdrehung an. Sobald die Öltemperatur größer als etwa 80°C ist, neigt sie zur Annahme eines Wertes, der als eine Funktion der Zeit oder durchlaufenen Entfernung nahezu konstant wird, solange Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Umgebungstemperatur und Kraftstoffrate konstant bleiben. Der tatsächliche Wert dieser im wesentlichen konstanten Öltemperatur im Gleichgewicht kann etwas höher als die Motorkühlmitteltemperatur sein, variiert aber mit den vorher erwähnten Faktoren.
Demgemäß wird die Öltemperatur abhängig davon, ob die Öltemperatur in einem Aufwärmbereich oder einem Gleichgewichtsbereich liegt, über einen von zwei Wegen berechnet. Wenn die berechnete Öltemperatur in dem Aufwärmbereich liegt, wird die Öltemperatur aus einer anfänglichen Motorkühlmitteltemperatur und der Summe an Motorumdrehungen seit dem Beginn des Motorstartes bestimmt. Wenn die berechnete Öltemperatur im Gleichgewichtsbereich liegt, wird die Öltemperatur basierend auf Messungen bestimmt, die die Motorkühlmitteltemperatur, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Kraftstoffmenge und Ansauglufttemperatur umfassen können. Die Ölverschmutzungsrate wird aus der berechneten Öltemperatur, der Motordrehzahl, der Kraftstoffmenge und der Kraftstoffeinspritzsteuerung berechnet.
Die Berechnung der Öltemperatur, der Ölverschmutzung und der Motorumdrehungen, die dazu verwendet wird, die verbleibende Öllebensdauer zu bestimmen, wird während der Zeit ausgeführt, wenn der Motor in Betrieb ist. Während der gesamten Betriebsperiode wird die Berechnung der verbleibenden Öllebensdauer über ein vorbestimmtes Intervall aktualisiert, das entweder als Zeit oder als verstrichene Motorumdrehungen gemessen werden kann. Sobald die verbleibende nutzbare Lebensdauer aktualisiert ist, beginnt die nächste Berechnung der Öllebensdauer.
Die verbleibende nutzbare Lebensdauer des Motoröles wird durch Multiplikation der gemessenen Motorumdrehungen mit den Straffaktoren berechnet, die der Motoröltemperatur und der Motorölverschmutzung zugeordnet sind. Die Straffaktoren kompensieren Motorbetriebsbedingungen, die zur Erhöhung der Ölverschlechterung neigen. Zu Beginn des Betriebsablaufes wird nach einer Rückstellung des Öllebensdauerüberwachungssystemes die Anzahl von Motorumdrehungen entsprechend der maximal zulässigen Anzahl von Umdrehungen für die nutzbare Lebensdauer des Motoröles in dem Speicher des Computers des Fahrzeugs gespeichert. Während jeder Periode des Fahrzeugbetriebes wird die gespeicherte Anzahl durch den Wert der wirksamen Motorumdrehungen verringert, was in einem Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen resultiert. Jedesmal, wenn der Wert der wirksamen Motorumdrehungen berechnet und von dem Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen subtrahiert wird, wird ein neuer Wert für den Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen in dem Speicher gespeichert. Wenn der gespeicherte Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen unter einen vorbestimmten Schwellenwert abgefallen ist, der das Ende der nutzbaren Lebensdauer des Motoröles angibt, wird der Fahrer des Fahrzeuges alarmiert, das Öl zu wechseln. Es wird auch ein ”Ölwechsel”-Signal aktiviert, wenn die maximal zulässige Anzahl von gefahrenen Meilen seit dem vorhergehenden Ölwechsel erreicht ist, sogar wenn die verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen den festgelegten Schwellenwert nicht erreicht haben.
Genauer wird ein derartiges Betriebsverfahren mit Schritt 200 in 2 eingeleitet, wenn der Motor gestartet wird, und fährt mit einem Initialisierungsschritt 202 fort. Als Teil des Initialisierungsvorganges werden die verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen von dem Speicher des Computers abgerufen. Die Initialisierung umfaßt auch das Einstellen von Zeigern, Flags, Registern und RAM-Variablen auf ihre Startwerte. Da die Steuerung möglicherweise zusätzlich zu den Steuervorgängen dieser Erfindung andere Vorgänge ausführt, ist das Flußdiagramm als eine Subroutine dargestellt, die in einem Hauptprogramm periodisch aufgerufen wird.
Bei einem nächsten Schritt 204 wird der Motoröltemperaturwert entweder durch Berechnung eines Öltemperaturwertes durch Ausführen der Schritte 300–312, die in 3 gezeigt sind, oder Messen eines Öltemperaturwertes durch Ablesen eines Motoröltemperatursensors bestimmt. Bei dem nächsten Schritt 206 wird die Öllebensdauerrückstellung überprüft, um festzustellen, ob sie zurückgestellt worden ist, wobei ein letzter Ölwechsel angezeigt wird. Wenn die Öllebensdauerrückstellung zurückgestellt worden ist, wird der gespeicherte Wert für verbleibende Umdrehungen und die Anzahl gefahrener Meilen bei Schritt 202 auf ihre Startwerte zurückgestellt. Die Öllebensdauerrückstellung kann auf mehreren verschiedenen Wegen ausgeführt werden. Typischerweise kann die Rückstellung durch Einstellen und Drücken des Fahrzeugbeschleunigungspedales auf 80% der Maximalstellung und dreimaliges Freigeben innerhalb fünf Sekunden betätigt werden, wobei der Motor des Fahrzeugs ausgeschaltet und der Zündschlüssel angeschaltet ist. Andere Verfahren umfassen das Drücken eines ”Ölwechselrückstellungs”-Schalters oder -Knopfes, der in dem Fahrzeug angeordnet ist, oder den Ablauf einer Routine in dem Fahrerinformationssystem in dem Fahrzeug.
Bei Schritt 208 wird die Kühlmitteltemperatur überprüft, um festzustellen, ob sie einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat, der angibt, dass der Motor überhitzt ist. Wenn die Kühlmitteltemperatur den vorbestimmten Wert überschritten hat, wird bei Schritt 228 die Ölwechselanzeigeeinrichtung aktiviert, ansonsten fährt der Betrieb mit Schritt 210 fort.
Während des Motorbetriebes sammelt ein Zähler die Anzahl von Motorumdrehungen über ein vorbestimmtes Intervall (als Zeit- oder Motorumdrehungen) bei Schritt 210. Als nächstes wird der Öltemperaturstraffaktor in einer Tabelle nachgeschlagen und bei Schritt 212 in einem Speicher gespeichert. Der Öltemperaturstraffaktor wird von 4 bestimmt, die graphisch die Zuordnung von Straffaktoren als Funktion der Öltemperatur darstellt.
Bei Schritt 214 wird der Motorölverschmutzungswert gemäß der Verschmutzungsgleichung: C = k₈ + k₉I_t + k₁₀F_q + k₁₁T_o + k₁₂S_e bestimmt, wobei I_t die Kraftstoffeinspritzsteuerung, d. h. der Kurbelwellenwinkel, ist, bei dem die Kraftstoffeinspritzung eingeleitet wird (beispielsweise 30° vor dem oberen Totpunkt), F_q die Kraftstoffmenge in Kubikmillimeter ist, die pro Zylinder eingespritzt wird, T_o der berechnete Öltemperaturwert ist, S_e die Motordrehgeschwindigkeit (rpm) ist und k₈, k₉, k₁₀, k₁₁ und k₁₂ Konstanten sind. In dem Fall eines Dieselmotors mit einer Direkteinspritzung mit 6,6 Litern, V-8 sind die Werte für diese Konstanten k₈ = –2,7, k₉ = 0,2, k₁₀ = 0,03, k₁₁ = 0,02 und k₁₂ = 0,001. Diese Werte für die Konstanten k₈–k₁₂ wurden so bestimmt, dass sie für die obige Gleichung basierend auf aktueller Motorbetriebs- und entsprechender Ölverschmutzungserfahrung für die spezifische Motorkonstruktion statistisch am besten passen. Der Straffaktor für die Motorölverschmutzung wird in einer Tabelle nachgeschlagen und in einem Speicher bei Schritt 216 gespeichert. Der Ölverschmutzungsstraffaktor wird aus 5 bestimmt, die die Zuordnung der Straffaktoren als eine Funktion des Ölverschmutzungsgehaltes graphisch darstellt, der von verschiedenen Motorparametern bestimmt wird. Die Straffaktoren für Temperatur und Verschmutzung werden bei Schritt 218 multipliziert.
Der Wert der wirksamen Motorumdrehungen wird bei einem nächsten Schritt 220 durch Multiplikation der angesammelten Motorumdrehungen über das vorbestimmte Intervall mit den Temperatur- und Verschmutzungsstraffaktoren bestimmt. Es können verschiedene mathematische Techniken verwendet werden, um diese Berechnung zu erzielen. Beispielsweise können die wirksamen Motorumdrehungen auf einen festgelegten Wert aufsummiert werden, bevor sie von dem Wert für die verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen subtrahiert werden, oder der Summierungsprozeß kann in mehreren Schritten abhängig von den Eigenschaften des Fahrzeugcomputers stattfinden. Der Wert der wirksamen Motorumdrehungen wird bei einem Schritt 222 von dem Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen subtrahiert. Bei einem Schritt 224 wird, wenn der Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt, der das Ende der nutzbaren Lebensdauer des Motoröles angibt, ein Signal aktiviert, um den Fahrer darüber zu informieren, dass das Motoröl gewechselt werden muß. Beispielsweise wird, wenn das Motoröl eine maximale nutzbare Lebensdauer von 20.000.000 Motorumdrehungen aufweist, und wenn der Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen unterhalb eines vorbestimmten Wertes, wie beispielsweise 2.000.000, gefallen ist, die Anzeigeeinrichtung aktiviert und der Fahrer wird bei Schritt 228 benachrichtigt, dass das Öl gewechselt werden muß, ansonsten fährt der Betrieb mit dem nächsten Schritt 226 fort.
Zurück bei Schritt 224 wird, wenn der Wert der verbleibenden zulässigen Motorumdrehungen nicht kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, ein zweiter Ablauf zur Bestimmung der Notwendigkeit eines Ölwechsels bei Schritt 226 dadurch durchgeführt, dass die tatsächliche Meilenzahl, die von dem Fahrzeug gefahren wird, verfolgt wird und ein Ölwechselsignal bei der vom Hersteller empfohlenen maximalen Meilenzahl (beispielsweise 12.070 km (7.500 Meilen)) nach dem letzten Ölwechsel ungeachtet des berechneten Öllebensdauerwertes vorgesehen wird. Wenn die maximal zulässige Anzahl von gefahrenen Meilen nicht erreicht worden ist, kehrt der Ablauf bei Schritt 230 zu dem Hauptprogramm zurück.
Zurück bei Schritt 204 kann der Öltemperaturwert, der bei der Bestimmung des Öltemperaturstraffaktors verwendet wird, durch Ausführung der Schritte 300–312 berechnet werden. Um die Öltemperatur zu berechnen, werden bei Schritt 300 die Eingänge der Sensoren gelesen. Diese Eingänge umfassen zumindest die Ausgänge des Ansauglufttemperatursensors, des Kühlmitteltemperatursensors und des Motordrehgeschwindigkeitssensors und können andere umfassen, wie hier beschrieben ist, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Der Kühlmitteltemperaturausgang wird zunächst am Beginn jeder Periode des Motorbetriebes gelesen und als eine anfängliche Kühlmitteltemperatur T_ic gespeichert. Der Kühlmitteltemperaturausgang wird auch jedesmal gelesen, wenn der Wert T_c, eine gegenwärtige Kühlmitteltemperatur, benötigt wird. Der Motordrehzahlsensor wird dazu verwendet, die Anzahl an Umdrehungen seit dem Beginn des Motorbetriebes, R_e, wie auch den Wert der Motordrehgeschwindigkeit in rpm, S_e, zu bestimmen. Die berechneten Werte der Kraftstoffmenge F_q, die pro Zylinder eingespritzt wird (mm³), und die Kraftstoffeinspritzsteuerung (der Kurbelwellenwinkel) I_t sind von Motorbetriebsbedingungen abhängig und werden durch die Steuerung unter Ausführung bekannter Berechnungen bestimmt.
Bei Schritt 302 wird bestimmt, ob ein Ölaufwärmflag gesetzt worden ist, der angibt, ob der Öltemperaturwert innerhalb eines Aufwärmbereiches oder eines Gleichgewichtsbereiches liegt. Wenn der Ölaufwärmflag nicht gesetzt worden ist, dann liegt die Öltemperatur im Aufwärmbereich und die Öltemperatur wird bei Schritt 304 gemäß der Aufwärmgleichung T_o = T_ic + k₁R_e berechnet, wobei T_ic die anfängliche Kühlmitteltemperatur beim Motorstart ist, R_e die Summe der Motorumdrehungen seit dem Motorstart ist und k₁ eine Konstante gleich beispielsweise 0,005 ist. Bei einem Schritt 308 wird bestimmt, ob die berechnete Öltemperatur größer als ein vorbestimmter Wert, beispielsweise 80°C, ist, was angibt, dass die Öltemperatur den Aufwärmbereich überschritten hat. Wenn der berechnete Wert größer als der vorbestimmte Wert ist, dann wird der Ölaufwärmflag bei Schritt 310 gesetzt, und wenn nicht, bleibt der Ölaufwärmflag unverändert. Bei Schritt 312 wird der Betrieb zu Schritt 206 zurückgeführt.
Zurück bei Schritt 302 liegt, wenn der Aufwärmflag gesetzt worden ist, die Öltemperatur innerhalb des Gleichgewichtsbereiches und die Öltemperatur wird bei Schritt 306 berechnet gemäß der Gleichgewichtsgleichung T_o = k₂ + k₃S_e + k₄T_c + k₅F_q – k₆T_a ± k₇V_s, wobei S_e eine Motordrehgeschwindigkeit ist, T_c die Kühlmitteltemperatur ist, F_q die Kraftstoffmenge ist, T_a die Luftansaugtemperatur ist, V_s die Fahrzeuggeschwindigkeit ist und k₂, k₃, k₄, k₅, k₆ und k₇ Konstanten sind. Typische Werte dieser Konstanten sind k₂ = –9,0, k₃ = 0,012, k₄ = 0,95, k₅ = 0,21, k₆ = 0,001 und k₇ = 0,01. k₇V_s ist ein optionaler Term zur Berechnung und kann abhängig von den Eigenschaften eines gegebenen Motors zu T_o addiert oder von T_o subtrahiert werden. 6 zeigt die Korrelation zwischen der berechneten Motoröltemperatur, wenn sie mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmt ist, und einer gemessenen Motoröltemperatur, die ausgezeichnet ist. Nach der Berechnung der Öltemperatur kehrt der Betrieb zurück zum Schritt 206. Die obige Prozeßfolge wird z. B. jedes zweite Mal des Motorbetriebes geeignet wiederholt.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Hinweises auf die Notwendigkeit eines Ölwechsels für einen Fahrer eines Fahrzeugs mit einem Motor mit Schmieröl, das eine nutzbare Lebensdauer aufweist, die gemäß den Motorbetriebsbedingungen variiert, wobei ein derartiges Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Wert wirksamer Motorumdrehungen über vorbestimmte Intervalle während eines vorliegenden Motorbetriebs gemäß eines Produktes gemessener Motorumdrehungen und eines Straffaktors für die Motoröltemperatur periodisch berechnet wird, der dazu dient, den Wert der wirksamen Motorumdrehungen zu erhöhen und damit Motorbetriebsbedingungen zu kompensieren, die zu einer erhöhten Verschlechterung des Motoröles neigen, wobei der Straffaktor für die Motoröltemperatur als Funktion der Motoröltemperatur bestimmt wird; ein gespeicherter Wert verbleibender zulässiger Umdrehungen, der eine verbleibende Anzahl von Motorumdrehungen angibt, die für die nutzbare Lebensdauer des Motoröles zulässig sind, durch Subtraktion des berechneten Wertes der wirksamen Motorumdrehungen verringert wird; und eine Anzeigeeinrichtung betätigt wird, die den Fahrer darauf hinweist, dass das Motoröl gewechselt werden muss, wenn der gespeicherte Wert der verbleibenden zulässigen Umdrehungen unter einen vorbestimmten Schwellenwert abfällt, der das Ende der nutzbaren Lebensdauer des Motoröls angibt, wobei vor der Berechnung des Wertes der wirksamen Motorumdrehungen ein Motoröltemperaturwert gemäß Motorparametern berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Dieselmotor mit direkter oder indirekter Einspritzung ist, dass in den Wert wirksamer Motorumdrehungen zusätzlich zu dem Straffaktor für die Motoröltemperatur ein Straffaktor für die Ölverschmutzung eingeht, der als Funktion der Motorölverschmutzung bestimmt ist, und dass der Schritt zur Berechnung des Motoröltemperaturwertes die Schritte umfasst, dass: wenn der Motoröltemperaturwert in einem Aufwärmbereich liegt, die Motoröltemperatur gemäß einer gemessenen anfänglichen Kühlmitteltemperatur am Beginn eines gegenwärtigen Motorbetriebes und einer Summe von Motorumdrehungen seit dem Beginn des gegenwärtigen Motorbetriebes berechnet wird; und wenn der Motoröltemperaturwert in einem Gleichgewichtsbereich liegt, die Motoröltemperatur gemäß einer gemessenen Kühlmitteltemperatur, einer Motordrehzahl, einer Kraftstoffmenge, einer Ansauglufttemperatur und einer Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, dass vor der Berechnung des Wertes der wirksamen Motorumdrehungen ein Motorölverschmutzungswert gemäß dem Motoröltemperaturwert, einem Kurbelwellenwinkel, bei dem die Kraftstoffeinspritzung eingeleitet wird, einer Kraftstoffmenge und einer Motordrehzahl berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Berechnung des Motoröltemperaturwertes die Schritte umfaßt, dass: wenn der Motoröltemperaturwert in dem Aufwärmbereich liegt, die Motoröltemperatur gemäß einer Aufwärmgleichung T_o = T_ic + k₁R_e berechnet wird, wobei T_ic die anfängliche Kühlmitteltemperatur zu Beginn eines gegenwärtigen Motorbetriebes ist, R_e die Summe der Motorumdrehungen seit Beginn des gegenwärtigen Motorbetriebes ist und k₁ eine Konstante ist; und wenn der Motoröltemperaturwert in dem Gleichgewichtsbereich liegt, die Motoröltemperatur gemäß einer Gleichgewichtsgleichung T_o = k₂ + k₃S_e + k₄T_c + k₅F_q – k₆T_a ± k₇V_s berechnet wird, wobei S_e die Motordrehzahl ist, T_c die Kühlmitteltemperatur ist, F_q die Kraftstoffmenge ist, T_a die Luftansaugtemperatur ist, V_s die Fahrzeuggeschwindigkeit ist und k₂, k₃, k₄, k₅, k₆ und k₇ Konstanten sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt zur Berechnung des Motorölverschmutzungswertes die Schritte umfaßt, dass: der Motorölverschmutzungswert C aus einer Gleichung C = k₈ + k₉I_t + k₁₀F_q + k₁₁T_o + k₁₂S_e berechnet wird, wobei I_t der Kurbelwellenwinkel ist, bei dem die Kraftstoffeinspritzung eingeleitet wird, F_q die Kraftstoffmenge ist, T_o der berechnete Motoröltemperaturwert ist, S_e die Motordrehzahl ist und k₈, k₉, k₁₀, k₁₁ und k₁₂ Konstanten sind.