DE19633189C2

DE19633189C2 - Verfahren zur Erkennung von Ölnachfüllmengen

Info

Publication number: DE19633189C2
Application number: DE19633189A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Huber; Juergen Dipl Ing Pilsl
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-08-17
Filing date: 1996-08-17
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2016-08-18
Also published as: US6009361A; GB9717076D0; FR2752439A1; GB2316488B; GB2316488A; FR2752439B1; DE19633189A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Ölnachfüllmengen eines Motors.

Aus der DE 44 29 234 A1 ist ein Verfahren zur Ermitt lung des Ölverbrauches eines Motors in einem Fahrzeug mit einer in der Ölwanne des Motors angeordneten Meß- und Schalteinrichtung bekannt, wobei von der Meß- und Schalteinrichtung spezifische Zustandswerte des Öls und das Unterschreiten eines voreingestellten Niveaus ermittelt werden. Hierbei werden die besonderen Zu standswerte, die wichtigsten Motorbetriebsgrößen und die Geometrie der Ölwanne berücksichtigt, um im Ver gleich mit einer gefahrenen Wegstrecke den Ölverbrauch pro Wegeinheit zu ermitteln.

Problematisch ist hierbei, daß diese Messungen in der Regel wegen der starken Dynamik des Ölpegels nur unzu verlässig arbeiten und durch besondere Fahrzeugzustän de, wie z. B. eine Fahrzeugschieflage und starke Be schleunigungswerte zu falschen Ergebnissen führen kön nen.

Des weiteren ist es aus der DE 39 26 207 C2 bekannt, Ölstände unter definierten Betriebsbedingungen zu er fassen. Aus der DE 42 04 502 C2 und der DE 37 42 783 A1 ist es auch bekannt, den Ölstand über der Zeit mehrfach zu messen und einen Mittelwert zur Ermittlung eines Ölstandes zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bil den.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahren jedoch, daß zwischenzeitlich Ölnachfüllmengen nicht detektiert werden können.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, die oben beschriebe nen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, indem eine Erkennungsmöglichkeit geschaffen wird, um eine zwischenzeitliche Ölnachfüllmenge zu detektieren und in ihrer Größe zu bestimmen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensan spruches 1 gelöst.

Demgemäß haben die Erfinder folgendes erkannt:

Ölnachfüllungen verändern das Ölniveau in der Ölwanne. Für die zuverlässige Berechnung des Ölverbrauches muß deshalb jede Nachfüllung von Öl erkannt werden. Ziel setzung für die Verbesserung von Ölverbrauchsmessungen ist also die Erkennung von Nachfüllungen in handelsüb lichen Gebinden. Mengen in einer Größenordnung ab 0,5 l müssen mit einer Genauigkeit von unter ± 0,25 l de tektiert werden können.

Das Erkennen von Ölnachfüllmengen kann zudem in Lö sungsverfahren verwendet werden, die aus der Bestim mung von Ölnachfüllmenge und gegebenenfalls Zeitpunkt der Nachfüllung Schlüsse auf die Qualität bzw. eine Verlängerung des Ölwechselintervalls ziehen.

Mit diesem Verfahren und der verbundenen Erkennung von Sonderfällen ist es vorteilhafterweise weiterführend möglich, Motorschäden im Bezug auf den Grad der Schä digung zu unterscheiden.

Durch das Setzen von Grenzen bzw. Grenzwerten und Be werten der sich verändernden Differenz der aktuellen Xz-Werte, welche der Steigung einer Geraden entspre chen, kann dem Fahrer z. B. bei gravierenden Motorschä den der sofortige Besuch einer Werkstatt empfohlen werden, um somit den Motor vor noch stärkerer Schädi gung oder Zerstörung, z. B. durch Kolbenfressen, zu schützen.

Gleichzeitig können damit auch innerhalb einer Rou tineinspektion "schleichende" Motorschäden erkannt und somit werkstattseitig Präventivmaßnahmen ergriffen werden.

Die erfindungsgemäße Meßmethode basiert auf der Über legung, daß jede Einzelmessung, z. B. die Messung im Stand unmittelbar beim Starten des Motores, oder bei Fahrzeugschrägstellung, oder bei langer Ölrücklaufzeit zwischen Motor ein/aus etc. fehlerhaft ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und des nachfolgend anhand der Figuren prinzipmäßig beschrie benen Ausführungsbeispieles.

Es zeigt:

Fig. 1 Darstellung des Ölpegelverlaufs während des Motorbetriebes einschließlich einer Ölnachfül lung;

Fig. 2 Schematische Darstellung der verwendeten Öl massen über der Betriebsstundenachse;

Fig. 3 Beispielhafter Programmablaufplan; und

Fig. 4 Tabelle für Ölmassen M

Bezug nehmend auf die Fig. 1 bis 4 wird zunächst ein Meßverfahren beschrieben, das beispielhaft dem folgenden Schema folgt:

1. Wenn ein definierter Fahr-/Betriebszustand, für den Bedingungen wie Betriebszeiten, Öltemperatur, etc. (siehe Fig. 3) einzuhalten sind, erfüllt ist, wird mit dem momentan gemessenen Ölpegel nach einer Pegelkorrektur im Bezug auf die Öltem peratur aus einem Kennfeld (Ölmasse = f(Pegel und Drehzahl) eine Momentan-Ölmasse xmom generiert.
2. Durch Mittelwertbildung aus z. B. 30 Momentanöl massen xmom wird eine Xz-Ölmasse erzeugt, die ei ne weitreichende statistische Sicherheit in Bezug auf die tatsächlich im Motor befindliche Ölmenge birgt.
3. Nach Ablauf einer Betriebsstunde wird aus den bis dahin vorliegenden Xz-Ölmassen und den restlichen Momentanwerten xmom durch gewichtete Mittelwert bildung eine Stundenölmasse xh_m, d. h. ein Ölmas senmittelwert bezogen auf die m-te Betriebsstun de, erzeugt. Als Betriebsstunde gelten dabei an einandergereihte 60 Minuten, während denen die definierten Betriebsbedingungen herrschen.
4. Aus einer hinreichenden Anzahl, z. B. den 10 aktu ellsten, Stundenölmassen xh wird nach Ablauf je der Betriebsstunde durch ein geeignetes mathema tisches Verfahren zur Beschreibung der Verände rung der Ölmasse xh_m über der Zeit, wie z. B. li neare Regression, eine statistisch hinreichend abgesicherte Ölmasse, die sogenannte Langzeitöl masse xlang, hier der letzte Punkt der Regressi onsgeraden, einschließlich des zugehörigen Kilo meterstandes erzeugt. Dieser Wert beschreibt zu einem bestimmten Zeitpunkt die im Motor befindli che Ölmasse im Regelfall sehr genau.
5. Parallel zu dieser betriebsstündlich ermittelten Langzeitölmasse xlang werden permanent die beiden jeweils aktuellsten Xz-Werte, nämlich Xzn - 1 und Xzn, mitgeführt, die aus den aktuellsten Momen tanölmassen gebildet werden.
6. Aufgetretene Nachfüllungen werden generell durch Abfrage von Bedingungen und anschließender Be rechnung erkannt bzw. ermittelt.
7. Hierbei unterscheidet das Verfahren den Normal fall und Sonderfälle, die in der Praxis stocha stisch auftreten können:
- 1. 7.1. Normalfall bedeutet, daß die rechnerisch aus den gemessenen Ölpegeln ermittelte Lang zeitölmasse xlang tatsächlich der im Motor befindlichen Ölmasse entspricht. Zur Ermitt lung, ob ein Normalfall vorliegt, wird eine Differenz DFA aus dem Endpunkt xlang der die Veränderung einer Ölmasse xh über der Zeit beschreibenden Ausgleichsfunktion bzw. Re gressionsgeraden und dem zeitlich vorletzten Ölmassenmittelwert gemäß der Funktion (DFA = xlang - Xz_N-1) mit Xz_N-1 als vorletzt rollend gemittelter Ölmasse aus z Momentanölmassen xmom errechnet und eine Plausibilitätsprü fung durchgeführt, bei der ermittelt wird, ob die Differenz DFA größer als ein erster Ölmassengrenzwert M1 ist. Ist die Differenz DFA kleiner als der Ölmassengrenzwert M1, oder kleiner als der Grenzwert M2 bei zu sätzlich eingetretenen Ereignissen im Zeit raum vor der Erkennung, wird der Normalfall erkannt. Der Ölmassengrenzwert M1 ist größer als der Ölmassengrenzwert M2, wobei M1 vor zugsweise 0,4 kg und M2 0,2 kg betragen.
- 2. 7.2. Ist die Differenz DFA größer als die Ölmas sengrenzwerte M1 oder M2, bei zusätzlich zu definierenden Bedingungen wie "Fahrer wurde instruiert, Öl nachzufüllen", "Ölwarnlampe ging an" oder ähnliches, wird ein Sonderfall erkannt und eine Verarbeitungsfunktion zur Berechnung der Ölnachfüllmenge im Sonderfall gestartet. Sonderfall bedeutet, daß in der jüngsten Vergangenheit durch überhöhten Öl verbrauch bzw. Schadensfall oder durch schnelles Ausdampfen der leicht siedenden Fremdflüssigkeitsanteile wie Wasser oder Kraftstoff im Motoröl sich wesentlich weni ger Flüssigkeit bzw. Öl im Motor befindet, als die Langzeitölmasse xlang auf Basis sta tistischer Ermittlung beschreibt.
8. Wenn ein Sonderfall vorliegt, hat das Auswirkun gen auf das anzuwendende Erkennungs-/Berechnungs verfahren.
- 1. 8.1. Sonderfall S1 (siehe Fig. 3) wird durch das Feststellen einer "verdächtigen" Abweichung des vorletzten Xz-Werts von der Langzeitöl masse xlang, welche größer als M1 ist, er mittelt.
  Wird hier eine Nachfüllung durch eine hin reichende Differenz DS der beiden letzten Xz-Werte bei gleichzeitig geringer Streu ung/Standardabweichung der Momentanölmassen innerhalb der aktuellsten Xz-Ölmasse wahr scheinlich, wird die Nachfüllmenge wie folgt ermittelt:
  Nachfüllmenge [Liter] = (Xz_n - Xz_n-1) × Öl dichte (Konstante)
- 2. 8.2. Liegt ein Sonderfall S1 nicht vor, so wird überprüft, ob die Bedingungen für Sonderfall S2, nämlich, daß die Differenz DFA größer als M2 ist und zusätzliche Ereignisse wie eine Warnung an den Fahrer oder eine Auffor derung "Öl nachfüllen" innerhalb eines defi nierten Zeitraumes wahr sind, erfüllt sind.
  Dabei wird zur Erkennung bzw. Abfrage eine im Vergleich zu Sonderfall S1 geringere Ab weichung zwischen vorletztem Xz-Wert und der Langzeitölmasse in Verbindung z. B. mit einer Ölstandswarnung an einem Kombiinstrument verwendet. Durch die Warnung am Kombiinstru ment ist eine darauffolgende Ölnachfüllung durch den Fahrer als wahrscheinlich anzuse hen.
  Ist die Bedingung für S2 erfüllt, so wird im Weiteren wie im Sonderfall S1 verfahren.
9. Liegt keiner der Sonderfälle S1 oder S2 vor, so ergibt sich mit großer Wahrscheinlichkeit keine relevante Abweichung, die z. B. durch Ausdampfen, Motorschaden etc. bedingt ist, zwischen der Lang zeitölmasse und der Ölmasse, die sich tatsächlich im Motor befindet.
Die Ölnachfüllung für den Normalfall wird dann gemäß der Definition der Differenz DNF = Xz_n - xlang mit
Nachfüllmenge [Liter] = (Xz_n - xlang) × Öldichte (Konstante)
errechnet.
10. Bei Erkennung von Sonderfällen ist das Ergebnis der Nachfüllmengen-Berechnung nur gültig, falls eine festgelegte Mindestnachfüllung, z. B. 0,5 l, ermittelt werden konnte. Werte unterhalb eines solchen auf jeden Fall festzulegenden Grenzwerts werden als unsicher eingestuft und verworfen.
Hierzu wird in einer Sicherheitsabfrage die Dif ferenz DS gemäß der Funktion (DS = Xz_n - Xz_n-1) als gültig erkannt, wenn sie größer als ein Öl massengrenzwert M4 ist und die Standardabweichung sXz_n des aktuellsten Ölmassenmittelwertes Xz_n un terhalb eines vorgegebenen Ölmassengrenzwertes M3 liegt. M3 beträgt dabei in dem vorliegenden Bei spiel 0,18 kg und M4 0,55 kg.
Als Sicherheitsabfrage für den Normalfall wird geprüft, ob die Differenz DNF größer ist als ein Ölmassengrenzwert M5, der 0,44 kg betragen kann und in jedem Fall kleiner als M4 ist.

Insbesondere Bezug nehmend auf die einzelnen Figuren, ist in Fig. 1 der Pegelverlauf in der Ölwanne eines Motors während seiner Betriebsphase dargestellt. Im linken Bereich ist mit 0 der Zustand bei der Ausliefe rung des Fahrzeuges dargestellt. Die Punkte A zeigen schematisch den aktuellen Pegel auf Basis einer 1- Stundenmessung zur Massenermittlung. Das Fenster B zeigt ein rollendes Streckenverbrauchsfenster über ein Intervall von 10 Stunden auf der Basis ermittelter Ölmassen und statistischer Gewichtung der Verteilung. Darüber ist im Fenster E die Berechnung des Strecken ölverbrauches dargestellt mit den einzelnen statisti schen Meßpunkten, die zu der Regressionsgeraden mit dem durch ein Kreuz dargestellten Endpunkt der Regres sionsgeraden führen. Der Zeitpunkt C zeigt die Situa tion einer Ölnachfüllung, die sich durch eine Sprung funktion darstellt. Am rechten Rand der Figur ist bei D ein schneller Ölverlust gezeigt, der zu einer Fah rerwarnung führt.

Fig. 2 zeigt die dem Lösungsverfahren zugrunde lie genden Ölmassen:
xmom momentan detektierte Ölmasse auf Basis der zugrunde liegenden Betriebsbedingungen, Kennlinien, Kennfelder und Korrekturfunktio nen
xh_m Ölmassenmittelwert bezogen auf die m-te Be triebsstunde, generiert aus allen xz und/oder xmom innerhalb einer Betriebsstunde
xlang Endpunkt der - gegebenenfalls gewichteten - Regressionsgeraden über m Betriebsstunden
Xz_n-1 die vorletzte rollend gemittelte Ölmasse aus z Momentanölmassen xmom ohne Bezug zur Be triebsstunde
Xz_n die letzte rollend gemittelte Ölmasse aus z Momentanölmassen xmom ohne Bezug zur Be triebsstunde.

Insbesondere Bezug nehmend auf Fig. 3 ist ein bei spielhaftes Entscheidungsschema zur Feststellung einer Ölnachfüllung dargestellt, welches mit den obigen Er läuterungen selbst erklärend ist.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von Ölnachfüllmengen für eine Brennkraftmaschine mit einer Datenverarbei tungseinrichtung, gekennzeichnet durch folgenden Ver fahrensschritte:

1. 1.1 Erfassen einer Vielzahl von Ölständen mittels Sensoren in einer Ölwanne unter definierten Be triebsbedingungen über die Zeit;
2. 1.2 Errechnen eines Ölmassenmittelwertes Xz der Öl füllmenge über je z Messungen einer Momentan- Ölmasse xmom;
3. 1.3 Ermittlung einer Stundenmasse xh_m bezogen auf eine m-te Betriebsstunde aus allen Ölmassenmittelwer ten Xz und/oder Momentan-Ölmassen xmom in dieser Betriebsstunde und Generierung einer die Verände rung der Ölmasse xh_m über der Zeit beschreibenden Ausgleichsfunktion mittels einer definierten An zahl von Stundenölmassen xh_m wobei als Endpunkt der Ausgleichsfunktion eine Langzeitölmasse xlang abgespeichert wird;
4. 1.4 Errechnen einer Differenz DFA aus dem Endpunkt xlang der Ausgleichsfunktion und dem zeitlich vorletzten Ölmassenmittelwert gemäß der Funktion (DFA = xlang - Xz_n-1) mit Xz_n-1 als vorletzt rol lend gemittelter Ölmasse aus z detektierten Mo mentan-Ölmassen xmom;
5. 1.5 Aktivieren einer Unterscheidungsfunktion zur Prü fung, ob die Differenz DFA größer als ein erster lmassengrenzwert M1 ist; falls ja, wird ein Son derfall erkannt und eine Verarbeitungsfunktion zur Berechnung der Ölnachfüllmenge im Sonderfall gestartet; falls nein, wird eine weitere Unter scheidungsfunktion gestartet zur Prüfung, ob die Differenz DFA größer als ein zweiter Ölmassen grenzwert M2 ist und ein definiertes Kommunikati onssignal zwischen Fahrzeug und Fahrer vorliegt;
6. 1.6 Ergibt die Prüfung, daß die Differenz DFA größer als der zweite Ölmassengrenzwert M2 ist und ein definiertes Kommunikationssignal zwischen Fahr zeug und Fahrer vorliegt, wird der Sonderfall er kannt und die Verarbeitungsfunktion zur Berech nung der Ölnachfüllmenge im Sonderfall gestartet, bei negativem Abfrageergebnis wird eine Verarbei tungsfunktion zur Berechnung der Ölnachfüllmenge im Normalfall aktiviert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der Ölnachfüllmenge im Normalfall eine Differenz DNF aus dem aktuellsten Ölmassen mittelwert Xz_n und dem Endpunkt xlang der die Veränderung einer Ölmasse xh über der Zeit be schreibenden Ausgleichsfunktion gemäß der Funkti on (DNF = Xz_n - xlang) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Sicherheitsabfrage die Differenz DNF als gültig erkannt wird, falls sie größer als ein weiterer Ölmassengrenzwert M5 ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der Ölnachfüllmenge im Sonderfall eine Differenz DS gemäß der Funktion (DS = Xz_n - Xz_n-1) gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Sicherheitsabfrage die Differenz DS als gültig erkannt wird, falls sie größer als ein weiterer Ölmassengrenzwert M4 ist und der aktu ellste Ölmassenmittelwert Xz_n eine vorgebbare Gü te bezüglich der Verteilung der zugrunde liegen den Einzelwerte xmom erfüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aktuellste Ölmassenmittelwert Xz_n eine Stan dardabweichung sXz_n aufweist, welche kleiner als ein vorgegebenen Ölmassengrenzwert M3, welcher einen statistischen Grenzwert zur Beschreibung der Streuung darstellt, ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Veränderung einer Ölmasse xh über der Zeit beschreibende Ausgleichsfunktion eine Re gressionsgerade darstellt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl z der Messungen zur Bildung eines Mit telwertes Xz der Ölmenge zwischen 10 bis 60 Mes sungen, vorzugsweise 30 Messungen, beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Momentanmessungen xmom variabel ist, wobei ein Zeitintervall T, in dem die Mes sungen durchgeführt werden, vorgegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Zeitintervall T = 20 bis 120 Min., vorzugsweise 60 Minuten, beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölmassengrenzwert M1 größer als der Ölmassen grenzwert M2 ist und der Ölmassengrenzwert M4 größer als der Ölmassengrenzwert M5 ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
M₁ = 0,4 kg und/oder
M₂ = 0,2 kg und/oder
M₃ = 0,18 kg und/oder
M₄ = 0,55 kg und/oder
M₅ = 0,44 kg ist.