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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft das Überwachen von Öl und Öllebensdauer in Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Verschiedene Verbrennungsmotoren nutzen Motoröl oder Maschinenöl zur Schmierung von beweglichen Teilen wie etwa Kolben und Wellen. Benzinmotoren und Dieselmotoren nutzen beide Motoröl, das aus Materialien auf Erdölbasis und Nichterdölbasis gewonnen wird, und viele enthalten Additivkomponenten. Die meisten Motoren erfordern eine regelmäßige Wartung, die Ölwechsel, Zugabe von Öl oder Wechseln anderer Komponenten des Motorölsystems umfassen kann. Abhängig von der Art des Motors, der Art des Fahrzeugs, der Betriebsumgebung und anderen Faktoren kann der Wartungsplan oder -zyklus unterschiedlich sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Verfahren zum Überwachen von Öl in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Messen einer Sumpftemperatur des Motors und das Messen einer Ausgangsleistung des Motors. Der Ölverbrauch wird als Funktion der gemessenen Sumpftemperatur und der gemessenen Ausgangsleistung berechnet. Die verbleibende Öllebensdauer wird als Funktion des berechneten Verbrauchs berechnet. Das Verfahren kann das Melden der berechneten verbleibenden Öllebensdauer an einen Empfänger umfassen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einiger der besten Ausführungsarten und anderer Ausführungsformen zum Ausführen der der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind, in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen leicht deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens zum Überwachen des Volumens und der Qualität von Motoröl; und
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2 ist ein schematischer Graph von Ölverbrauch als Funktion von Sumpftemperatur und Motorleistung.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Unter Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den gesamten mehreren Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein schematisches Flussdiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens 110 zum Überwachen des Volumens und der Qualität von Motoröl gezeigt. Das Verfahren 110 kann bei einem Verbrennungsmotor verwendet werden und kann eine Komponente oder ein Subalgorithmus eines Motoröllebensdauersystems sein. Das Verfahren 110 kann die während des Betriebs des Motors verbrauchte Ölmenge ermitteln oder schätzen und kann die verbleibende Lebensdauer des Öls ermitteln oder schätzen.
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Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf kraftfahrzeugtechnische Anwendungen ausführlich beschrieben wird, wird der Fachmann die breitere Anwendbarkeit der Erfindung erkennen. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass Begriffe wie ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”nach oben”, ”nach unten” etc. zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und nicht Einschränkungen des durch die beigefügten Ansprüche dargelegten Schutzumfangs der Erfindung darstellen.
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Schritt 112: Messen der Sumpftemperatur. Öl tritt zu verschiedenen Zwecken durch verschiedene Teile des Motors, einschließlich zur Schmierung von beweglichen Teilen des Motors. Motoröl reinigt auch, hemmt Korrosion, verbessert die Abdichtung und kühlt den Motor durch Abführen von Wärme von beweglichen Teilen. Das Verfahren 110 misst die Temperatur des Öls in dem Ölsumpf, der ein Behälter, häufig am Motorboden, ist, in dem Öl zusammenläuft oder sich sammelt. Der Sumpf kann ein Nasssumpf oder ein Trockensumpf sein. Sumpföl kann durch eine Ölpumpe und einen Ölfilter zurück zu dem Motor geleitet werden.
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Die Temperatur des Öls in dem Sumpf kann mit einem Temperatursensor gemessen werden, wenn Öl in dem Sumpf zusammenläuft, in den Sumpf eintritt oder den Sumpf zum Rückleiten verlässt. Die Messungen können als Momentpunkte (digitale Eingabe) oder als sich konstant ändernder Strom (analoge Eingabe) von Temperaturdaten aufgezeichnet werden. Die gemessenen Temperaturdaten können auch gemittelt werden oder können gefiltert oder geglättet werden.
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Das Verfahren 110 kann zu jedem Zeitpunkt, da der Motor läuft, oder während Diagnosetests die Arbeit aufnehmen. Das Verfahren 110 ist für eine einzige Schleife oder Iteration veranschaulicht, kann aber eine ununterbrochene Schleife durchlaufen, eine feste Anzahl von Zyklen haben, über einen festen Zeitraum arbeiten oder kann nach einer beliebigen Anzahl von Iterationen gestartet und gestoppt werden. Das Verfahren 110 durch ein dediziertes Steuergerät oder einen dedizierten Computer ausgeführt werden oder kann einer von vielen Algorithmen sein, die von einem größeren Steuergerät oder Computer, wie etwa dem Motorsteuermodul (ECM) oder einem Hybridsteuerprozessor (HCP), ausgeführt werden. Die exakte Reihenfolge der Schritte des Algorithmus oder Verfahrens 110, die in 1 gezeigt sind, ist nicht erforderlich. Schritte können umgestellt werden, Schritte können ausgelassen werden und zusätzliche Schritte können aufgenommen werden.
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Schritt 114: Messen der Motorausgangsleistung. Das Verfahren 110 umfasst das Messen einer Ausgangsleistung des Motors. Wenn der Motor arbeitet, wird die Ausgangsleistung des Motors abhängig von den Anforderungen des Nutzers des Fahrzeugs (für gewöhnlich als Fahrer bezeichnet) verändert. Die Ausgangsleistung des Motors – die häufig in Pferdestärken gemessen wird – ändert sich über dem Betriebsbereich des Motors – der häufig in Umdrehungen pro Minute gemessen wird. Die Ausgangsleistung kann beruhend auf Luftströmung und Kraftstoff, die für die Verbrennung genutzt werden, gemessen oder berechnet werden oder kann beruhend auf anderen Betriebsbedingungen des Motors oder Fahrzeugs modelliert werden.
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Schritt 116: Messen des Verstreichens von Vorgängen. Die Vorgänge und das Verstreichen von Vorgängen kann in Umdrehungen des Motors oder Verbrennungsvorgängen des Motors gemessen werden. In vielen Fahrzeugen stehen Verbrennungsvorgänge und Umdrehungen in direkter Beziehung. Bei Motoren mit verstellbarer Verdrängung sind diese Vorgänge aber nicht immer direkt proportional.
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Alternativ kann die Motorlaufzeit als Einheit der Messung verwendet werden oder die Laufzeit können mit Umdrehungen oder Verbrennungsvorgängen kombiniert werden. Das Verfahren 110 verfolgt oder misst den Zeitablauf
oder das Verstreichen (Auftreten) von Vorgängen, um die verbrauchte Ölmenge zu ermitteln. Ferner kann das Verstreichen von Vorgängen genutzt werden, um die verbleibende Lebensdauer von Öl zu ermitteln.
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Schritt 118: Berechnen von Ölverbrauch. Das Verfahren 110 umfasst das Berechnen von Ölverbrauch als Funktion der gemessenen Sumpftemperatur und der gemessenen Ausgangsleistung. Unter Bezug auf 2 und unter weiterem Bezug auf 1 ist ein schematischer Graph 210 des Ölverbrauchs als Funktion von Sumpftemperatur und Motorleistung gezeigt. Die Ermittlung und Ableitung des Graphen 210 (und ähnlicher Graphen) wird unter Bezug auf die Schritte 128–132 erläutert.
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Die x-Achse 212 des Graphen 210 zeigt die Sumpftemperatur des Motors. Die y-Achse 214 des Graphen 210 zeigt die Ölverbrauchsraten pro Ausgangsleistungseinheit des Motors. Die Temperatur entlang der x-Achse 212 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung in Grad Celsius ausgedrückt werden. Der Ölverbrauch pro Ausgangsleistungseinheit entlang der y-Achse 214 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung in Gramm pro Stunde pro Pferdestärke ausgedrückt werden. Eine Linie 220 ist eine Näherung der Beziehung zwischen Temperatur und Ölverbrauchsrate und kann eine Trendlinie sein, die einzelne Datenpunkte nähert.
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Bei Schritt 118 nimmt das Verfahren 110 die gemessene Sumpftemperatur von Schritt 112 und die gemessene Ausgangsleistung von Schritt 114 und ermittelt die Ölverbrauchsrate für die vorliegenden Betriebsbedingungen. Die Ölverbrauchsrate kann als einzelner Datenpunkt, mehrere Datenpunkte berechnet oder gemittelt oder integriert werden, um den gesamten Verbrauch über einem Motorbetriebszyklus zu ermitteln. Der Ölverbrauch kann zum Beispiel und ohne Einschränkung einen ganzen Kalendertag lang alle paar Sekunden während der gesamten Nutzung des Fahrzeugs abgetastet und dann integriert werden, um die gesamte Menge des an diesem Tag verbrauchten Öls zu ermitteln. Alternativ kann die verbrauchte Ölmenge während einer Fahrt (wie etwa von Zündung des Fahrzeugs bis zum Abschalten) berechnet werden und die während der Fahrt. verbrauchte Ölmenge kann registriert und von dem Steuergerät aufgezeichnet werden.
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Schritt 120: Berechnen des Ölvolumens. Das Verfahren 110 berechnet ein Ölvolumen des Motors als Funktion des berechneten Ölverbrauchs. Das Steuergerät kann zum Beispiel und ohne Einschränkung wissen, dass der Motor mit fünf Liter Öl anfing und dass nach neunzig Tagen Schritt 118 ermittelt hatte, dass etwa ein Liter Öl verbraucht worden war. Das Verfahren 110 kann dann berechnen, dass in etwa vier Liter Öl in dem Motor und dem Sumpf verbleiben.
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Schritt 122: Ölvolumenmeldung. Das Verfahren 110 kann das Melden des berechneten Ölvolumens an einen Empfänger umfassen. Abhängig von dem in Schritt 120 berechneten Ölvolumen kann das Steuergerät das Ölvolumen für spätere Verwendung speichern oder aufzeichnen, oder das Steuergerät kann das vorliegende Ölvolumen an einen Empfänger melden. Wenn zum Beispiel das Ölvolumen auf Werte fällt, die die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Motors stark erhöhen, kann das Steuergerät eine Meldung an einen Empfänger auf der Fahrzeuginstrumententafel wie etwa eine Warnleuchte oder eine andere Anzeige ausgeben. Wenn das Fahrzeug mit fortschrittlicheren Kommunikationsfähigkeiten ausgestattet ist – wie etwa Mobiltelefon, drahtloses Internet oder Satellitenkommunikationen – kann das Steuergerät den Ölvolumenstand an das Kommunikationsnetz senden, wodurch eine Meldung an das Netz, den Nutzer oder eine nahe gelegene Kundendienstwerkstatt erfolgt.
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Schritt 124: Berechnen der verbleibenden Öllebensdauer. Das Verfahren 110 kann das Berechnen einer verbleibenden Öllebensdauer als Funktion des berechneten Ölvolumens umfassen. Wenn Öl verbraucht wird, kann das verbleibende Öl im Allgemeinen schneller degradieren als bei Vorhandensein eines höheren Ölvolumens. Wenn das Steuergerät ausgelegt ist, um die verbleibende Öllebensdauer zu schätzen, kann das Steuergerät daher das bei Schritt 120 berechnete Ölvolumen in die Berechnung der verbleibenden Öllebensdauer einbeziehen. Das Steuergerät kann zum Beispiel prognostiziert haben, dass das Motoröl etwa sechzig Tage lang nicht gewechselt werden muss. Wenn Schritt 120 aber ermittelt, dass ein signifikanter Ölverbrauch aufgetreten ist, muss das Steuergerät unter Umständen die geschätzte Zeit, bis ein Ölwechsel nötig ist, verringern.
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Alternativ kann die berechnete verbleibende Öllebensdauer in Umdrehungen des Motors oder Verbrennungsvorgängen des Motors gemessen werden. Das Messen von Umdrehungen oder Verbrennungsvorgängen kann es dem Steuergerät ermöglichen, sowohl erhöhte als auch verringerte Fahrstrecken pro Tag oder relativ zu anderen zeitbasierten Messungen zu berücksichtigen. Die Fahrzeuglaufleistung kann auch als die Vorgangseinheiten verwendet werden, die von dem Steuergerät und dem Verfahren 110 gemessen und aufgezeichnet werden. Da der Ölverbrauch und das Ölvolumen eng in Verbindung stehen, kann die verbleibende Öllebensdauer direkt aus dem Ölverbrauch berechnet werden, ohne dass zuerst in Schritt 120 das Ölvolumen berechnet wird.
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Schritt 126: Öllebensdauermeldung. Nach Ermittlung der Öllebensdauer kann das Verfahren 110 einem Empfänger die berechnete verbleibende Öllebensdauer melden. Die Art von Meldung kann beruhend auf der berechneten verbleibenden Öllebensdauer unterschiedlich sein. Wenn zum Beispiel Schritt 124 ermittelt, dass die Öllebensdauer in etwa neunzig Prozent einer prognostizierten Lebensspanne von einhundert Tagen beträgt, kann Schritt 126 dies dem Steuergerät melden, so dass darauf zugegriffen werden kann, wenn der Fahrzeugnutzer die geschätzte Öllebensdauer einsehen will. Wenn aber die berechnete Öllebensdauer nur fünf Prozent der prognostizierten Lebensspanne beträgt, kann Schritt 126 durch Aktivieren einer Warnleuchte oder Anzeigen der Öllebensdauer auf der Instrumententafel das direkte Melden an den Nutzer des Fahrzeugs umfassen. Wenn das Fahrzeug weiterhin mit einem Kommunikationsnetz verbunden ist, kann Schritt 126 das Melden der verringerten Öllebensdauer und der Notwendigkeit eines Motorölwechsels an das Netz umfassen.
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Schritt 128: Ölverbrauchsraten ermitteln. Um in Schritt 124 die verbleibende Öllebensdauer zu berechnen, muss das Steuergerät die erwarteten Ölverbrauchsraten des Motors kennen. Daher kann das Verfahren 110 das Ermitteln von Ölverbrauchsraten umfassen, die in dem Steuergerät gespeichert werden können.
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Schritt 130: Regressionsanalyse. Die Ölverbrauchsraten können dem in 2 gezeigten Graph 210 ähneln oder können als Funktion mit einer Sumpftemperatur (Sumpf_T) und einer Motorleistung (HP) als Funktionseingaben gespeichert werden. Um entweder eine Funktionsformel oder den Graphen 210 zu erhalten, kann das Verfahren 110 das Testen von typischen Motoren umfassen. Aus den Testergebnissen kann eine Regressionsanalyse verwendet werden, um eine Trendlinie oder eine Kurvenanpassung aus den Testergebnissen zu ermitteln. Die Ölverbrauch-Trendlinie kann zum Beispiel als folgende Funktion ausgedrückt werden:
Öl_Verbrauch = A + B·exp(C·Sumpf_T)·HP; wobei A, B und C Konstanten sind. Diese Funktion wird darin in dem Steuergerät gespeichert und von dem Verfahren 110 bei Schritt 118 verwendet, um den Ölverbrauch zu berechnen.
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Schritt 132: Nachschlagetabelle. Statt des Lösens der vorstehenden Gleichung kann das Verfahren 110 eine oder mehrere Nachschlagetabellen nutzen, um den Ölverbrauch zu ermitteln. Zum Beispiel gibt eine Nachschlagetabelle, die die gemessene Sumpftemperatur von Schritt 112 und die gemessene Ausgangsleistung von Schritt 114 als Tabelleneingaben aufweist, den Ölverbrauch oder eine Ölverbrauchsrate (in Masse pro Zeit) aus. Die bei Schritt 132 verwendete Nachschlagetabelle kann aus der Regressionsanalyse von Schritt 130 gewonnen werden oder kann direkt aus dem Testen zahlreicher Betriebspunkte des Motors gewonnen werden.
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Die eingehende Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren dienen der Unterstützung und Beschreibung der Erfindung, der Schutzumfang der Erfindung wird aber allein durch die Ansprüche festgelegt. Während einige der besten Ausführungsarten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung eingehend beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen zum Umsetzen der in den beigefügten Ansprüchen festgelegten Erfindung.
