DE3638714A1 - Ueberwachungseinrichtung fuer die schmierung einer maschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung für die Schmierung einer Maschine, die auf das Alter und den Zustand des Öls anspricht, das zur Schmierung einer Brennkraftmaschine oder dergleichen Maschine verwendet wird, und speziell bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung, die in der Lage ist, automatisch sowohl die Notwendigkeit eines Ölwechsels und die beim Ölwechsel verwendete Ölart zu ermitteln.

In der JP-OS 59-43 299 ist eine Schmierungsüberwachungseinrichtung beschrieben, bei der es bei jedem Ölwechsel notwendig ist, die Ölsorte und andere daruf bezogene Daten über eine Tastatur, die am Fahrzeug vorgesehen ist, einzugeben. Diese Einrichtung leidet unter dem Nachteil, daß die meisten Fahrzeugbenutzer mit der physikalischen und chemischen Zusammensetzung des in das Schmiersystem des Fahrzeugs eingefüllten Öls überhaupt nicht vertraut sind und daher sehr häufig falsche Daten in die Überwachungseinrichtung eingeben. Selbst solche Personen, die technisch mit Schmiermitteln vertraut sind, geben mitunter falsche Daten ein. Dies setzt selbstverständlich die Zuverlässigkeit und Nützlichkeit der Einrichtung herab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungssystem für die Schmierung anzugeben, die das während eines Ölwechsels eingefüllte Öl seiner Art nach ermittelt und automatisch die verschiedenen Parameter, die sich auf das Öl beziehen, in die Einrichtung eingibt und auf diese Weise das Risiko einer fehlerhaften manuellen Dateneingabe ausschließt.

Die vorgenannte Aufgabe wird durch ein Überwachungssystem gelöst, das einen Sensor enthält, der die Ölsorte ermittelt, und enthält weiterhin Maschinen-/Fahrzeugbetriebssensoren, die es erlauben, den Ölwechselvorgang selbst zu ermitteln. Unmittelbar nach jedem Ölwechsel wird das Ausgangssignal des Ölsortensensors abgelesen, die eingefüllte Ölart wird ermittelt und die geeigneten Werte, die die Grenzen bestimmen, bis zu denen sich das eingefüllte Öl abnutzen darf, werden automatisch bestimmt.

Im einzelnen ist die Erfindung im Patentanspruch 1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine, die mit einem Schmiersystem ausgerüstet ist, sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, die mit einem Überwachungssystem für die Schmierung nach der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, ausgedrückt in Schmiermittelalkalität und Fahrstrecke, des Einflusses der Temperatur auf einen Ölsortensensor vom Alkalitätstyp; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Betriebsablaufs in der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt eine Brennkraftmaschine 10, die mit einer Schmiermittelüberwachungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist. Diese Einrichtung enthält eine Steuereinheit 102, die in diesem Falle einen Mikroprozessor enthält, und der Daten von mehreren Sensoren zugeführt werden, nämlich von einem Fahrgeschwindigkeitssensor 104, einem Maschinendrehzahlsensor 106, einem Temperatursensor 108, einem Ölsortensensor 110, einem Ölstandssensor 112 und einem Sensor 114, der auf das Abnehmen des Einfülldeckels 113 anspricht. Obgleich in Fig. 1 nicht besonders dargestellt, sei doch hervorgehoben, daß der Mikroprozessor wenigstens eine CPU, einen RAM, einen ROM und ein Eingabe/Ausgabe-Interface aufweist.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Einfülldeckelsensor 114 dazu eingerichtet, ein Signal abzugeben, das anzeigt, daß der Deckel abgenommen ist und die Einfüllöffnung offen ist und in der Lage ist, frisches Öl entgegenzunehmen. Der Ölstandssensor 112 enthält einen Schwimmer 115, der an einem Arm 116 befestigt ist, der als ein beweglicher Kontakt funktioniert und zwischen drei feststehenden Kontakten 117, 118 und 119 verschwenkbar ist. Diese Kontakte sind so angeordnet, daß der oberste Kontakt 117 von dem beweglichen Kontakt (Arm 116) berührt wird, wenn der Ölstand seinen Maximalpegel hat. Es wird dann ein Signal MAX an das Eingabe/Ausgabe-Interface des Mikroprozessors in der Steuereinheit 102 gegegeben. Der mittlere Kontakt 118 wird berührt, wenn der Ölstand auf seinen zulässigen Minimalpegel abgesunken ist. Es wird dann ein Signal MIN abgegeben. Der untere feststehende Kontakt 119 wird berührt, wenn das Öl im wesentlichen vollständig aus der Ölwanne abgelassen ist und die Maschine somit bereit ist, eine frische Ölfüllung in Empfang zu nehmen. Sobald der Kontakt 119 von dem Arm 116 berührt wird, wird ein Signal R an die Steuereinheit 102 geliefert.

Der sogenannte "Ölsortensensor" 110 kann dazu eingerichtet sein, Parameter des Öls zu ermitteln, wie die Alkalität, die Säure, die Viskosität usw. des in das Schmiersystem der Maschine eingefüllten Öls.

Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist der Sensor dazu eingerichtet, die Alkalität zu ermitteln. Es sei jedoch betont, daß die Temperatur einen großen Einfluß sowohl auf das Ausgangssignal dieses Sensors als auch auf die Geschwindigkeit hat, mit der sich das Öl verschlechtert. Obgleich die Alkalität als der beste Parameter betrachtet werden kann, der gemessen werden kann, um den Typ oder die Sorte des verwendeten Öls zu ermitteln, so geht doch aus Fig. 2 hervor, daß der Ausgangspegel des Sensorsignals über einen breiten Bereich (der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist) in Abhängigkeit von der Öltemperatur schwanken kann. In Abhängigkeit von der Öltemperatur ist es daher möglich, daß der Sensor anzeigt, daß die Alkalität auf einen minimal zuverlässigen Wert beim Punkt "A" abgesunken ist, der bei einer anderen Temperatur liegt, als der Punkt "B".

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, daß das Ausgangssignal des Ölsortensensors 110 nur nach einem Ölwechsel und nur dann gemessen wird, wenn das Öl abgekühlt ist wie ein neues, unbenutztes Öl. Um weiterhin sicherzustellen, daß die Sorte des neuen Öls genau ermittelt wird, liegt es selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die Temperatur des Öls beim Einfüllen zu messen und den Meßwert entsprechend zu korrigieren. Dies ermöglicht es, die kleinen Temperaturschwankungen zu berücksichtigen, die auftreten können, wenn Öl bei warmer Maschine eingefüllt wird oder auch wenn Öl bei sehr kalter Umgebung eingefüllt wird.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm der charakteristischen Schritte, die während des Betriebs der Ausführungsform der Erfindung ausgeführt werden. Schritt 1001 des Programms wird normalerweise sehr selten ausgeführt, beispielsweise bei der Installation der Einrichtung. Im übrigen ist vorgesehen, daß kontinuierlich durch das Programm zirkuliert wird, wenn immer der Zündschlüssel gedreht wird, um den verschiedenen Zubehörsystemen des Fahrzeugs elektrischen Strom zuzuführen. Während der Zeiträume, in denen die Maschine nicht in Gebrauch ist oder der Zündschlüssel nicht geeignet eingestellt ist, sind die laufenden Daten in einem nicht flüchtigen Speicher, wie beispielsweise einem CMOS RAM gespeichert, der seine eigene Reservebatterie enthält.

Im Schritt 1002 werden die Augenblickszustände der zwei Parameter Y und T ermittelt. In diesem Beispiel gibt Y eine auf die Fahrstrecke bezogene Verschlechterungsvariable an, während T eine auf die Zeit bezogene Variable angibt. Wenn beide dieser Werte Null sind, dann wird angenommen, daß das Öl gerade gewechselt worden ist und vollständig neu und ungebraucht ist. Das Programm geht dann über zum Schritt 1003, wo der Ausgang des Ölsortensensors 110 abgelesen wird. Wie oben erwähnt, ist es zu diesem Zeitpunkt möglich, auch den Ausgang des Temperatursensors 108 abzulesen und diese Daten in dem RAM einzugeben. Beim Schritt 1004 werden die im Schritt 1003 gewonnenen Daten dazu verwendet, die Ölsorte zu ermitteln, die in das Schmiersystem eingefüllt ist. Dies kann unter Verwendung eines geeigneten Algorithmus oder beispielsweise durch Tabellennachschlagen ausgeführt werden. Anschließend werden beim Schritt 1005 die geeigneten zulässigen Minimalwerte für Y und T (Ycn und Tcn) für die gegebene Ölsorte ermittelt und in den RAM eingegeben.

Beim Schritt 1006 wird der Ausgang einer Einrichtung, wie beispielsweise des Zündschalters oder dergleichen, abgetastet, um zu ermitteln, ob die Maschine sich in Betrieb befindet. Erst wenn dieser Schritt angibt, daß die Maschine in Betrieb ist, fährt das Programm fort. Beim Schritt 1007 werden Daten, die sich auf die Geschwindigkeit beziehen, mit der sich das Schmieröl verschlechtert, abgelesen. In diesem Beispiel haben die Daten die Form der augenblicklichen Maschinendrehzahl, der Fahrgeschwindigkeit und der Öltemperatur (oder einer Temperatur, die sich damit ändert). Im Hinblick auf die in diesem Schritt abgleiteten Werte wird der augenblickliche Korrektur- oder Gewichtskoeffizient K abgeleitet. Dieser Koeffizient wird so erzeugt, daß der augenblickliche Ölverschlechterungsschritt in Übereinstimmung mit der Wirkung der augenblicklichen Maschinendrehzahl, Fahrgeschwindigkeit und Temperatur des Öls eingestellt wird. Zur weiteren Offenbarung sei auf die USA-Patentanmeldung 7 72 928 vom 5. 9. 1985 verwiesen.

Darin ist die Auswirkung der Maschinendrehzahl, der Belastung und der Temperatur auf die Geschwindigkeit der Ölverschlechterung, ausgedrückt in Viskosität, Alkalität und unbrennbarem Feststoffgehalt beschrieben, und wie der Umfang der Verschlechterung, der hinsichtlich jeder der vorgenannten Kategorien auftritt, vorhergesagt und ausgewertet werden kann, um die Ableitung eines Korrekturkoeffizienten unter Verwendung eines geeigneten Computerprogramms und/oder durch Tabellennachschlag zu ermöglichen. Eine kurze Erläuterung, die sich auf jede der vorgenannten Kategorien bezieht, wird nachfolgend gegeben.

Wenn die Viskosität des Öls entweder oberhalb oder unterhalb eine bevorzugten Bereiches liegt, fällt die Schmierwirkung des Öls markant ab, wodurch der Abrieb der beweglichen Teile der Maschine zunimmt. Die Ölviskosität wird durch Oxydation vergrößert, was durch hohe Temperaturen und auch durch Verunreinigung durch Verbrennungsprodukte, wie durchblasende Gase begünstigt wird. Der Übertritt von unverbranntem Gemisch ins Kurbelgehäuse neigt dazu, bei hoher Belastung und hohen Betriebstemperaturen anzusteigen. Andererseits besteht beim Kaltstart die Neigung, daß sich das Öl mit Benzin verdünnt, wodurch die Viskosität vermindert wird. Bei zu großen Scherkräften neigen darüber hinaus die Zusätze, die dem Öl beigegeben sind, um seine Viskosität zu beeinflussen, zu einer physikalischen Verschlechterung. Die Auswirkungen der Temperatur und der Maschinendrehzahl auf die Viskosität des Öls können daher auf der Grundlage von Versuchsdaten und empirischen Ergebnissen vorhergesagt werden, und die Auswirkungen können mittels eines Computerprogramms in geeigneter Weise vorherbestimmt werden.

Die Alkalität oder Basizität des Öls hängt von dem Anteil saurer Stoffe, wie Schwefel oder dergleichen ab, die in dem Kraftstoff enthalten sind, der das Öl verunreinigen kann. Verminderte Alkalität begünstigt Korrosion der Maschinenteile. Erhöhte Temperaturen neigen dazu, die Geschwindigkeit, mit der der Alkalitätspegel des Öls abnimmt, zu beschleunigen. Bei niedrigen Temperaturen neigen Metallpartikel und Metalloxyde zur Bildung von Schlamm. Wenn die Öltemperatur ansteigt, nimmt jedoch die Reaktion zwischen dem Alkalibestandteil des Öls und den Metallverunreinigungen zu und die Basizität nimmt schnell ab. Durch Überwachung der Maschinentemperatur können daher die nachteiligen Auswirkungen hoher Maschinenbelastung und der damit einhergehenden hohen Betriebstemperatur auf die Alkalität des Öls vorhergesagt werden.

Bei niedrigen Temperaturen ist der Metallabrieb zwischen den beweglichen Teilen der Maschine relativ hoch, während bei erhöhten Temperaturen die Oxydation des Öls, die Rauch und ähnliche Kohlenstoffverbindungen erzeugt, relativ hoch ist. Eine Überwachung der Maschinendrehzahl und der Temperatur ermöglicht die Vorhersage der Auswirkungen auf die Lebensdauer des Öls unter dem Gesichtspunkt von nicht schmelzbaren Verunreinigungen.

Im Schritt 1009 wird die augenblickliche Maschinendrehzahl mit einer gegebenen Zeiteinheit multipliziert, und ein Wert, der den augenblicklichen Wegstreckenzuwachs, den das Fahrzeug gefahren ist, anzeigt, wird bestimmt. Dieser Wert wird dann unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten K so modifiziert, daß er den Gesamtumfang der Verschlechterung des Öls (ausgedrückt in Entfernung), wie im Hinblick auf die augenblicklich eingestellten Betriebsbedingungen wiedergibt.

Im Schritt 1010 wird die "effektive" Gesamtstrecke, über die das Öl benutzt worden ist, aufsummiert und die auf die Wegstrecke bezogene Verschlechterungsvariable Y wird abgeleitet.

Im Schritt 1011 wird der augenblickliche Wert von Y mit dem Wert von Ycn, der im Schritt 1005 in den RAM eingegeben worden war, verglichen. Im Falle, daß der augenblickliche Wert von Y kleiner als Ycn ist, wird im Schritt 1013 der Betriebszustand der Maschine ermittelt. Wenn die Maschine in Betrieb ist (d. h. wenn der Zündschalter sich in der Einschaltstellung befindet), dann geht das Programm zum Schritt 1007 zurück. Wenn jedoch ermittelt worden ist, daß Y den Wert von Ycn überschreitet, dann wird im Schritt 1012 ein Befehl zur Abgabe einer Warnung, daß das Öl gewechselt werden muß, erzeugt. Dieser Schritt kann in der Weise ausgeführt werden, daß eine Lampe 120 zum Leuchten gebracht wird, oder ein Summer oder dergleichen erregt wird. Auch kann ein Blinksignal oder dergleichen erzeugt werden, das den Fahrzeugführer auf den Zustand des Schmieröls aufmerksam macht.

Wenn jedoch im Schritt 1013 ermittelt worden ist, daß sich die Maschine nicht in Betrieb befindet, dann wird im Schritt 1014 der Zustand des Öleinfülldeckels 113 ermittelt. Wenn sich der Deckel in geschlossenem Zustand befindet, dann geht die Routine zum Schritt 1002 zurück. Wenn andererseits ermittelt wird, daß der Deckel 113 abgehoben ist, dann wird der Ausgang des Ölpegelsensors 112 abgelesen und es wird ermittelt, ob der Ölpegel vom untersten Pegel R (leer) auf einen MAX-Pegel (voll) gestiegen ist. Wenn sich der Pegel nicht wie erforderlich verändert hat, dann geht das Programm zum Schritt 1002 zurück. Wenn jedoch der Ölpegel sich so verändert hat, daß ein Übergang R gegen MAX stattgefunden hat, dann wird ein Befehl zum Rücksetzen der Werte von Y und von T auf Null im Schritt 1016 erzeugt. Alternativ ist es möglich, die Einrichtung mit einem manuell bedienbaren Rücksetzknopf 122 (in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet) auszurüsten und für den Schritt 1016 vorzusehen, daß eine Rücksetzung durch Knopfdruck erfolgt.

Es ist auch möglich, bezüglich des Schrittes 1014 Vorsorge zu treffen, daß der Deckel für mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer offen gewesen sein muß, bevor das Programm auf den Schritt 1015 übergehen kann, um auf diese Weise sicherzustellen, daß eine Vibration oder dergleichen nicht fehlerhaft ein "Deckel-Offen"-Signal erzeugt hat.

Als Bedingung, daß das Schmieröl nach dem Einfüllen in das Schmiersystem aufgrund Alterung sich verschlechtert, ist ein Zeitgeber (Schritte 1017 bis 1020) vorgesehen, der die Zeitdauer überwacht, die verstrichen ist, seit das Öl in das Schmiersystem eingefüllt worden ist, um ein Warnsignal (Schritt 1012) abzugeben, wenn der Zeitgeber einen vorbestimmten Zählwert erreicht hat. Dieser Zählwert Tcn ist mit der Ölsorte variabel und wird im Schritt 1005 eingestellt. Der Zeitgeber kann in Form eines Taktgebers ausgeführt sein, der um eins jedesmal dann aufwärtszählt, wenn eine Unterbrechung (Schritt 1017) ausgeführt wird, oder alternativ kann er einen im Mikroprozessor angeordneten Takt bei jedem Lauf der Unterbrecherroutine abtasten.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Überwachung der Schmierung bei einer mit einem Schmiersystem ausgerüsteten Maschine, gekennzeichnet durch:
einen ersten Sensor (110) zur Ermittlung der Art des in dem Schmiersystem enthaltenen Öls;
einen zweiten Sensor (112) zur Ermittlung des Ölstandes in dem Schmiersystem;
einen dritten Sensor (106) zum Ermitteln eines ersten Systembetriebsparameters (Temperatur), der sich mit der Geschwindigkeit der Verschlechterung des Öls in dem Schmiersystem ändert;
eine Steuerungseinrichtung (102), die auf die ersten, zweiten und dritten Sensoren (110, 112, 106) anspricht, um:
(a) zu ermitteln, daß ein Ölwechsel fällig ist;
(b) zu ermitteln, daß Öl aus dem System abgelassen wird;
(c) die Art des Öls zu ermitteln, das nach dem Ablassen des Öls in das Schmiersystem eingefüllt wird; und
(d) Werte einzustellen, die bei der Ermittlung, daß ein Ölwechsel fällig ist, verwendet werden.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sensor (110) dazu eingerichtet ist, die Alkalität oder die Viskosität des Öls zu ermitteln.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vierten Sensor (108) zum Ermitteln eines zweiten Systembetriebsparameters (Drehzahl), der sich mit der Geschwindigkeit der Verschlechterung des Öls in dem Schmiersystem ändert, wobei die Steuereinrichtung (102) auf den vierten Sensor (108) anspricht, um zu ermitteln, daß ein Ölwechsel fällig ist.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen fünften Sensor (104) zum Ermitteln eines dritten Systembetriebsparameters (Fahrgeschwindigkeit), der sich mit der Verschlechterungsrate des Öls in dem Schmiersystem ändert, wobei die Steuereinrichtung auf den fünften Sensor anspricht, um anzugeben, wann ein Ölwechsel fällig ist.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sensor (112) so aufgebaut und angeordnet ist, daß er ein erstes Signal (MAX) abgibt, wenn das Schmiersystem mit Öl gefüllt ist, ein zweites Signal (MIN) abgibt, wenn sich der Ölstand auf dem geringst zulässigen Pegel befindet, und ein drittes Signal (R) abgibt, wenn das Öl im wesentlichen vollständig aus dem Schmiersystem abgelassen ist.

6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Systembetriebsparameter die Öltemperatur, die Maschinendrehzahl und die Fahrgeschwindigkeit sind.

7. Verfahren zum Betreiben einer Maschine, die mit einem Schmiersystem ausgerüstet ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
(a) Ermitteln der in das Schmiersystem eingefüllten Ölart;
(b) Ermitteln des Ölstandes in dem Schmiersystem;
(c) Ermitteln eines Parameters, der sich mit der Rate der Verschlechterung des Öls in dem Schmiersystem ändert;
(d) Verwenden der im Schritt (c) ermittelten Daten zur Bestimmung, wann ein Ölwechsel fällig ist;
(e) Verwenden der im Schritt (b) gewonnenen Daten zur Ermittlung, wann das Öl aus dem System abgelassen ist;
(f) Verwenden der im Schritt (a) gewonnen Daten zur Ermittlung der Art des Öls, das nach dem Ablassen in das System eingefüllt wird; und
(g) Verwenden der im Schritt (f) gewonnenen Daten zur Einstellung von Werten, die bei der Ermittlung, wann ein Ölwechsel fällig ist, verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) die Ermittlung der Ölviskosität oder der Alkalität des Öls umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (d) die Abschätzung des augenblicklichen Verschlechterungszustandes des Öls auf der Grundlage der im Schritt (c) gewonnenen Daten und vorbestimmter Daten umfaßt.