DE10323396A1

DE10323396A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Lebensdauer eines Ölfilters

Info

Publication number: DE10323396A1
Application number: DE10323396A
Authority: DE
Inventors: Peter Zagone
Original assignee: Detroit Diesel Corp
Current assignee: Detroit Diesel Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2003-12-24
Also published as: GB0312901D0; GB2389423A; JP2004044585A; US20030226809A1; CA2428931A1

Abstract

Es wird ein Ölzirkulationssystem angegeben, das die Lebensdauer eines Filters überwacht und den Bediener über den Status der Lebensdauer des Ölfilters informieren kann. Die Lebensdauer des Ölfilters wird auf der Basis von Öldrucksensoren am Einlass und am Auslass des Ölfilters berechnet. Der Druckabfall, die Öltemperatur und die Motorgeschwindigkeit von einem Tachometer werden als Faktoren in einen Algorithmus einbezogen, um den Prozentsatz der verbleibenden Lebensdauer des Ölfilters zu berechnen. Wenn der Prozentsatz unter einem vorbestimmten Wert liegt, warnt das System den Bediener, dass der Filter ausgetauscht werden muss. Wenn der Prozentsatz über dem vorbestimmten Wert liegt, zeichnet das System den Wert der verbleibenden Lebensdauer des Ölfilters auf und wiederholt den Prozess.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Länge der verbleibenden Nutzlebensdauer eines Ölfilters in einem Motor.

Verbrennungsmotoren wie unter anderem verdichtende Verbrennungsmotoren benötigen ein Ölzirkulationssystem, um bewegliche Teile wie etwa die Kolben, Verbindungsstangen, Ventile und Kurbelwellen-Motorlager zu schmieren. Allgemein sind ein oder mehrere Filter vorgesehen, um Unreinheiten aus dem Öl zu entfernen, wenn dieses durch den Motor zirkuliert wird. Das Öl wird gewöhnlich von einem Motorölvorrat durch ein Filter gepumpt und zu dem Verteilungssystem des Motors geführt, wobei es danach wieder zu dem Motorölvorrat zugeführt wird.

Es ist wichtig, dass das Öl frei von Unreinheiten ist, um eine Spitzenleistung zu erhalten und die Lebensdauer des Motors zu verlängern. Es ist außerdem wichtig, dass das Öl periodisch gewechselt wird und dass die Ölfilter ausgetauscht werden, wenn diese voll von Unreinheiten sind. Mit Unreinheiten gefüllte Motorölfilter behindern den Fluss des Öls zum Motor und reduzieren die Effektivität des Schmierungssystems. Viele Systeme mit mehreren Filtern umfassen eine Umgehungsleitung, um ein Filter zu umgehen, wenn der Druckabfall einen vorbestimmten Höchstwert überschreitet. Wenn beide Ölfilter in einem Doppelölfiltersystem umgangen werden, wird die Motorschmierung beeinträchtigt und kann der Motor beschädigt werden. Wenn ein Filter vorzeitig umgangen wird, wird die Lebensdauer des Filters unnötig verkürzt.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Versuche bekannt, dieses Problem zu beheben. Eine beispielhafte Lösung aus dem Stand der Technik ist in dem US-Patent Nr. 5,968,371 (Verdegan et al.) beschrieben, das ein Schmiermittel-Filter- /Überwachungssystem für einen Motor angibt. Sensoren sind vor und nach dem Durchgang durch ein Filter sowie vor und nach dem Durchgang durch eine zu schmierende Komponente wie etwa einen Motor vorgesehen. Auch die Temperatur und die Viskosität des Schmiermittels werden festgestellt. Die Daten aus den Sensoren werden verwendet, um Werte für die geschätzte verbleibende Nutzlebensdauer und die geschätzte Gesamtnutzlebensdauer des Ölfilters zu berechnen. Die Werte werden auf der Basis eines stochastischen Kurvenermittlungsalgorithmus berechnet. Der Wert der verbleibenden Nutzlebensdauer kann an den Bediener ausgegeben werden, um die Wartungsplanung für das Ölfilter zu unterstützen. Der Wert für die Gesamtnutzlebensdauer wird verwendet, um eine Angabe für die Lebensdauer des Filters zu erhalten. Diese Daten können auch verwendet werden, um automatisch einen Reinigungszyklus für das Filter einzuleiten. Das Patent von Verdegan kann jedoch keine nicht-linearen Faktoren wie etwa die Motorgeschwindigkeit berücksichtigen, sodass es unter Umständen einen falschen Bericht zu dem Zustand des Ölfilters angibt. Das ist insbesondere dann wahrscheinlich, wenn die Temperatur des Motoröls niedrig ist und der Motor mit relativ hoher Geschwindigkeit läuft. Das System von Verdegan erfordert außerdem eine große Anzahl von Sensoren, wodurch die Kosten des Systems erhöht werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Bestimmen der Lebensdauer eines Ölfilters vor, dass ein Ölvorrat Öl zu einem Motor zuführt und das von dem Motor zurückgeführte Öl wieder aufnimmt. Die Temperatur des Öls wird gemessen und als ein erstes Signal, das die Temperatur des Öls angibt, zu einer Motor-Steuereinrichtung übertragen. Die Motorgeschwindigkeit wird gemessen und ein zweites Signal, das die Motorgeschwindigkeit angibt, wird zu der Steuereinrichtung ausgegeben. Das Öl wird in einem Ölfilter gefiltert, nachdem das Öl den Ölvorrat verlassen, hat und bevor das Öl zu dem Motor geführt wird. Ein erster Öldruck wird gemessen, bevor das Öl zu dem Ölfilter zugeführt wird, und ein zweiter Öldruck wird gemessen, nachdem das Öl aus dem Ölfilter ausgetreten ist. Der erste Öldruckwert und der zweite Öldruckwert werden verglichen, und ein festgestellter Differenzwert wird berechnet. Ein die verbleibende Nutzlebensdauer des Filters wiedergebender Wert wird dann auf der Basis des festgestellten Differenzwerts, des Öltemperaturwerts und des Motorgeschwindigkeitswerts berechnet.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erhält ein Bediener ein wahrnehmbares Signal, wenn der Wert der verbleibenden Filter-Lebensdauer unter einen vorbestimmten Wert fällt.

Gemäß anderen Aspekten der Erfindung steht das festgestellte Differenzsignal in keiner linearen Beziehung zu der verbleibenden Filter-Lebensdauer, wobei die verbleibende Filter-Lebensdauer als eine lineare Funktion berechnet wird, indem das Öltemperatursignal oder das Motorgeschwindigkeitssignal als zusätzlicher Faktor herangezogen wird.

Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung werden der erste Öldruckwert und der zweite Öldruckwert durch wenigstens einen Differenzdruck-Wandler festgestellt. Der Differenzdruck- Wandler kann ein durch eine Feder vorgespannter Kolben sein, der sich in Reaktion auf Druckänderungen bewegt, wobei die Position des Kolbens durch einen Hall-Effekt-Sensor festgestellt wird. Alternativ hierzu kann der Differenzdruck- Sensor eine mit Öl gefüllte kapazitive Anordnung sein, die Änderungen des Differenzdrucks durch eine Änderung der Kapazität angibt. Der Differenzdruck-Sensor kann auch ein Paar von Sensoren umfassen, die den Öldruck am Einlass und am Auslass eines Ölfilteradapters messen und zwei Signale ausgeben, die den Druck für die Motor-Steuereinrichtung wiedergeben. Die Motor-Steuereinrichtung wiederum berechnet die Differenz zwischen den Sensoren, um den Differenzdruck zu erhalten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren zum Bestimmen von Ölfilter-Flussbeschränkungen in einem System, in dem Öl durch ein Filter zirkuliert, Schritte zum Feststellen eines Einlass-Öldrucks vor dem Ölfilter sowie zum Feststellen eines Auslass-Öldrucks nach dem Ölfilter. Die Differenz zwischen den Öldrücken am Einlass und am Auslass wird berechnet. Die Temperatur des Öls und die Motorgeschwindigkeit werden berechnet, und die Lebensdauer des Filters wird in Übereinstimmung mit dem folgenden Algorithmus berechnet:

Die Erfindung kann weiterhin als eine Kombination aus einem Schmiersystem und einem Motor gekennzeichnet werden. Der Motor umfasst einen Motorölvorrat, in dem ein Öltemperatur- Sensor angeordnet ist, um ein Signal auszugeben, das die Temperatur des Öls im System wiedergibt. Ein Motorgeschwindigkeitssensor gibt ein Signal aus, das die Motorgeschwindigkeit wiedergibt. Ein Ölfilter ist mittels eines Ölfilteradapters mit dem Motor verbunden. Wenigstens ein Sensor bestimmt den Differenzdruck des in und aus dem Ölfilter fließenden Öls und gibt einen Wert aus, der dem gemessenen Filterabfall entspricht. Eine Steuereinrichtung berechnet die Lebensdauer des Ölfilters, indem sie den gemessenen Druckabfall mit einem maximalen Druckabfallwert vergleicht, nachdem jeder Abfallwert auf der Basis des Signals zu der Öltemperatur und des Signals zu der Motorgeschwindigkeit angepasst wurde.

Diese und andere Aspekt der Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
Fig. 1 ist eine schematische Wiedergabe des Motorschmiersystems, und
Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das die Verfahrensschritte zum Bestimmen der verbleibenden Filter-Lebensdauer eines Ölfilters in einem Motorschmiersystem darstellt.
In Fig. 1 wird ein allgemein durch das Bezugszeichen 10 angegebenes Schmiersystem eines Motors 12 schematisch dargestellt. Das Schmiersystem 10 umfasst einen Ölvorrat 14, aus dem eine Ölpumpe 16 Öl pumpt. Die Ölpumpe 16 führt das Öl durch einen Einlass-Drucksensor 18 zu einem Filteradapter 20. Der Filteradapter 20 enthält zwei Filter 22 und führt das Öl wahlweise zu einem oder beiden Filtern 22. Nachdem das Öl die Filter 22 verlassen hat, geht es durch einen Auslass- Drucksensor 26, bevor es zu dem Motor 12 zugeführt wird. Der Einlass-Drucksensor 18 und der Auslass-Drucksensor 26 sind separate Sensoren wie etwa Dehnmesssensoren oder durch Federn vorgespannte Sensorplatten. Alternativ hierzu kann ein Differenzdrucksensor verwendet werden, der einen mit Öl gefüllten kapazitiven Sensor oder einen durch eine Feder vorgespannten Kolben umfasst, der an der Einlass- und Auslassseite des Filters angeschlossen ist.
Wie durch die Strichlinien in Fig. 1 angegeben, empfängt eine Motor-Steuereinrichtung 28 Signale zu dem Öldruck von dem Einlass-Drucksensor 18 und dem Auslass-Drucksensor 26. Die Motor-Steuereinrichtung empfängt auch ein Signal zu der Temperatur des Öls in dem Ölvorrat 14 von einem Temperatursensor 30, der in der vorliegenden Ausführungsform im Ölvorrat 14 enthalten angeordnet ist. Der Temperatursensor 30 kann jedoch auch im Öladapter, in einer Ölzuführleitung oder an einer anderen Position vorgesehen werden, wo der Temperatursensor dem Öl ausgesetzt ist. Ein Tachometer 32 ist mit dem Motor 12 verbunden. Das Tachometer gibt eine Angabe zu der Motorgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute (U/min) aus.
In Fig. 2 ist ein schematisches Flussdiagramm des Systems zum Berechnen der Filter-Lebensdauer angegeben. Das Flussdiagramm beginnt mit dem Startschritt 40. Zu Beginn berechnet das System den maximalen Ölfilter-Druckabfall in Schritt 42. Der Wert des maximalen Ölfilter-Druckabfalls wird dann in Schritt 44 in Übereinstimmung mit den Umdrehungen pro Minute und der Öltemperatur angepasst, um einen als Ölfilter- Verwendungsdruck (ÖFVD) bezeichneten Wert zu erhalten. Das System zeichnet den tatsächlichen Ölfilter-Druckabfall in Schritt 46 auf, indem es die Druckauslesungen des Einlass- Drucksensors 18 und des Auslass-Drucksensors 26 vergleicht. Der in Schritt 46 gemessene tatsächliche Ölfilter-Druckabfall wird in Schritt 48 in Übereinstimmung mit den Signalen zu den Umdrehungen pro Minute und der Öltemperatur angepasst, um den Ölfilter-Differenzdruck (ÖFDD) zu erhalten. Dann wird die Filter-Lebensdauer berechnet, indem der Ölfilter- Differenzdruck (ÖFDD) von dem Ölfilter-Verwendungsdruck (ÖFVD) subtrahiert und durch den Ölfilter-Verwendungsdruck (ÖFVD) dividiert wird, wobei dieses Verhältnis dann in Schritt 50 mit 100% multipliziert wird. Diese Berechnung kann durch die Motor-Steuereinrichtung oder auch durch ein separates Steuermodul durchgeführt werden. Nachdem die Filter- Lebensdauer in Schritt 50 berechnet wurde, wird der verbleibende Prozentsatz der Filter-Lebensdauer in Schritt 52 aufgezeichnet. Die verbleibende Filter-Lebensdauer wird in Schritt 54 mit kalibrierten Grenzwerten verglichen, und in Schritt 56 wird bestimmt, ob die verbleibende Filter- Lebensdauer unter einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn dies der Fall ist, wird der Bediener in Schritt 58 gewarnt, dass das Filter ausgetauscht werden muss. Wenn die verbleibende Filter-Lebensdauer in Schritt 56 nicht unter dem vorbestimmten Wert liegt, wartet das System für eine vorbestimmte Zeitdauer, bevor es den Zyklus wiederholt. Nachdem das System in Schritt 60 gewartet hat, berechnet es die Änderungsrate der Filter- Lebensdauer in Schritt 64 und vergleicht diese mit der kalibrierten Lebenskurve. Dann wird in Schritt 66 die Anzahl der Motorbetriebsstunden oder Meilen vorausgesagt, nach welcher das Filter ausgetauscht werden sollte.
Es wurden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend, wobei zu beachten ist, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Erfindungsumfang verlassen wird. Beschriftungen zu Fig. 1 12 Motor
22 Ölfilter
28 Motor-Steuereinrichtung
16 Ölpumpe
14 Ölvorrat
Beschriftungen zu Fig.2 42 Berechnen des maximalen Ölfilter-Druckabfalls
44 Anpassen in Übereinstimmung mit U/min und Öltemperatur, um den Ölfilter-Verwendungsdruck (ÖFVD) zu erhalten
46 Aufzeichnen des tatsächlichen Ölfilter-Druckabfalls
48 Anpassen in Übereinstimmung mit U/min und Öltemperatur, um den Ölfilter-Differenzdruck (ÖFDD) zu erhalten
50 Berechnen der Filter-Lebensdauer ((ÖFVD-ÖFDD)/ÖFVD)* 100%
52 Aufzeichnen des Prozentsatzes der verbleibenden Lebensdauer
54 Vergleichen der Filter-Lebensdauer mit kalibrierten Grenzwerten
56 Verbleibende Filter-Lebensdauer unter vorbestimmtem Wert? Ja/Nein
58 Warnen des Bedieners, dass das Filter ausgetauscht werden muss
60 Warten
64 Berechnen der Änderungsrate der verbleibenden Filter- Lebensdauer und Vergleichen mit der kalibrierten Lebensdauerkurve
66 Voraussagen der Motorbetriebsstunden oder Meilen, nach denen das Filter ausgetauscht werden muss

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Lebensdauer eines Ölfilters, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Vorsehen eines Ölvorrats, der Öl zu einem Motor zuführt und das vom Motor zurückgeführte Öl wieder aufnimmt,
Messen der Temperatur des Öls und Übertragen eines ersten Signals, das die Öltemperatur angibt, zu einer Motor- Steuereinrichtung,
Messen der Motorgeschwindigkeit und Ausgeben eines zweiten Signals, das die Motorgeschwindigkeit angibt, an die Motor- Steuereinrichtung,
Filtern des Öls in einem Ölfilter, nachdem das Öl den Ölvorrat verlassen hat und bevor das Öls zu dem Motor zugeführt wird,
Feststellen eines ersten Öldruckwerts, wenn das Öl zu dem Ölfilter zugeführt wird, und eines zweiten Öldruckwerts, wenn das Öl aus dem Ölfilter austritt,
Vergleichen des ersten Öldruckwerts mit dem zweiten Öldruckwert, und Berechnen eines festgestellten Differenzwerts, und
Berechnen eines Werts, der die verbleibende Filter- Lebensdauer wiedergibt, auf der Basis des festgestellten Differenzwerts, des ersten Signals und des zweiten Signals.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Ausgeben eines für einen Bediener wahrnehmbaren Signals, wenn der die verbleibende Filter- Lebensdauer wiedergebende Wert unter einem vorbestimmten Wert liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal nicht in einer linearen Beziehung zu der verbleibenden Filter-Lebensdauer steht, wobei die verbleibende Filter-Lebensdauer zu einer linearen Funktion umgewandelt wird, nachdem das erste Signal als Faktor in die Berechnung einbezogen wurde.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal nicht in einer linearen Beziehung zu der verbleibenden Filter-Lebensdauer steht, wobei die verbleibende Filter-Lebensdauer als eine lineare Funktion berechnet wird, nachdem das zweite Signal als Faktor in die Berechnung einbezogen wurde.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Öldruckwert und der zweite Öldruckwert durch wenigstens einen Differenzdruck-Wandler festgestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdrucksensor ein durch eine Feder vorgespannter Kolben ist, der sich in Reaktion auf Änderungen im Druck bewegt, wobei die Position des Kolbens durch einen Hall- Effekt-Sensor festgestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdrucksensor eine mit Öl gefüllte Anordnung ist, die Änderungen des Differenzdrucks durch Änderungen in der Kapazität feststellt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdrucksensor ein Paar von Sensoren umfasst, die den Öldruck am Einlass und am Auslass des Ölfilteradapters messen und zwei Signale ausgeben, um den Druck für die Motor- Steuereinrichtung anzugeben, damit diese die Differenz zwischen den Sensoren als Differenzdruck berechnet.

9. Verfahren zum Bestimmen der Ölfilter-Flussbeschränkung in einem System, in dem Öl durch einen Filter zirkuliert, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Feststellen eines Einlass-Öldruckwerts vor dem Ölfilter,
Feststellen eines Auslass-Öldruckwertes nach dem Ölfilter,
Berechnen der Differenz zwischen dem Einlass-Öldruckwert und dem Auslass-Öldruckwert,
Messen der Temperatur des Öls,
Messen der Motorgeschwindigkeit, und
Berechnen der Filter-Lebensdauer durch den folgenden Algorithmus:

10. Kombination aus einem Schmiersystem und einem Motor mit:
einem Motorölvorrat (14),
einem Öltemperatursensor (30) zum Ausgeben eines Signals, das die Temperatur des Öls im System angibt,
einem Motorgeschwindigkeitssensor (32) zum Ausgeben eines Signals, das die Motorgeschwindigkeit angibt,
einem Ölfilter (22), das mittels eines Ölfilteradapters (20) mit dem Motor (12) verbunden ist,
wenigstens einem Sensor zum Bestimmen der Druckdifferenz des in und aus dem Ölfilter fließenden Öls sowie zum Ausgeben eines Werts, der den gemessenen Druckabfall angibt, und
einer Steuereinrichtung (28) zum Berechnen der Ölfilter- Lebensdauer, indem der gemessene Druckabfallswert mit einem maximalen Druckabfallswert verglichen wird, nachdem jeder Druckabfallswert auf der Basis des Signals zu der Öltemperatur und des Signals zu der Motorgeschwindigkeit angepasst wurde.

11. Kombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdrucksensor ein durch eine Feder vorgespannter Kolben ist, der sich in Reaktion auf Änderungen im Druck bewegt, wobei die Position des Kolbens durch einen Hall- Effekt-Sensor festgestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdrucksensor eine mit Öl gefüllte Anordnung ist, die Änderungen des Differenzdrucks durch Änderungen in der Kapazität feststellt.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdrucksensor ein Paar von Sensoren (18, 26) umfasst, die den Öldruck am Einlass und am Auslass des Ölfilteradapters messen und zwei Signale ausgeben, um den Druck für die Motor-Steuereinrichtung (28) anzugeben, damit diese die Differenz zwischen den Sensoren (18, 26) als Differenzdruck berechnet.

14. Kombination nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein für den Bediener wahrnehmbares Signal ausgegeben wird, wenn der Wert, der die verbleibende Filter-Lebensdauer angibt, unter einem vorbestimmten Wert ist.