DE60226105T2

DE60226105T2 - Ölzustandstendenz-Algorithmus

Info

Publication number: DE60226105T2
Application number: DE60226105T
Authority: DE
Inventors: Carlos Juarez Buelna; Lorenzo G. El Paso Rodriguez; Axel H. El Paso Berndorfer
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: US6509749B1; EP1284387B1; DE60226105D1; EP1284387A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Maschinenölzustand und spezieller einen Algorithmus zum Erzeugen einer Ölzustandstendenz, durch die die Notwendigkeit eines Ölwechsels festgestellt werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Gebrauchsdauer eines Maschinenöls kann beträchtlich variieren, da sie von vielen Faktoren abhängt, wie zum Beispiel Ölqualität, Maschinentyp und -zustand, Umgebungsbedingungen und Fahrzeugbetriebseinsatz. Aktuell empfehlen Automobilhersteller Ölwechselintervalle für benzinmaschinenbetriebene Autos und leichte LKWs von entweder 3 Monaten/3000 Meilen (ca. 4.800 km) oder von 12 Monaten/7.500 Meilen (ca. 12.100 km), was in erster Linie vom Fahrzeugbetriebszyklus und den Umgebungsbedingungen abhängt. Bei der Empfehlung dieser Intervalle wird die Verwendung von Maschinenöl geeigneter Qualität (d. h. SG/CD-Maschinenöl) angenommen. Bei dem aktuellen Verfahren zur Festlegung von Ölwechselintervallen gibt es mehrere Probleme:

(1) Das Benutzerhandbuch des Fahrzeugs wird eventuell nicht gelesen.
(2) Die meisten Fahrer passen nicht gut in eins der zwei separaten Intervalle, die empfohlen werden. Viele Fahrer müssten wahrscheinlich das Öl zwischen 3 Monaten/3000 Meilen und 12 Monaten/7500 Meilen wechseln.
(3) Die meisten Fahrer führen nicht Buch über die Daten des Ölwechsels.
(4) Die meisten Fahrer führen nicht Buch über die zurückgelegte Fahrstrecke zwischen den Ölwechseln.

Es sind verschiedene Ölzustandssensorsysteme bekannt, deren Ausgangsspannung in Beziehung zur Ölleitfähigkeit steht. Systeme, die solche Ölzustandssensoren verwenden, setzen Computeralgorithmen ein, um zu entscheiden, wann ein Ölwechsel notwendig ist, wobei eine "normale" Maschinenfunktion und die geeignete Qualität und Menge von Öl im Vorratsbehälter angenommen wird. Diese Systeme berechnen die effektive Ölgebrauchsdauer durch Entwickeln einer Ölzustandstendenz (OCT), die auf der Öltemperatur und der -leitfähigkeit gegenüber den gefahrenen Kilometern oder der Maschinenbetriebszeit beruht, woraus ein Ölwechselauslösepunkt bestimmt wird. Das herkömmliche Verfahren zum Entwickeln einer Ölzustandstendenz legt fest, dass der Durchschnitt aller Leitfähigkeitspunkte in einem festen Temperaturbereich (d. h. 80EC ∀ 1EC), wenn das Maschinenöl erwärmt ist, Teil der OCT sein sollte. Es gibt drei Probleme oder Risiken, die mit dieser Verfahrensweise verbunden sind:

(1) OCT-Punkte werden während des Maschinenbetriebs berechnet. Auf Grund des inhärenten thermischen Nachlaufs des Ölzustandssensors können variierende Maschinenbetriebsbedingungen beträchtliche Fehler in der OCT auf Grund von plötzlichen Temperaturschwankungen verursachen, während die Maschine läuft. Diese falschen Punkte erzeugen unerwünschte Fluktuationen oder Rauschen in der OCT, wodurch die Genauigkeit der Ölwechselauslösepunkte reduziert wird.
(2) In einigen Anwendungen werden die OCT-Punkte nur bei einer festgelegten Temperatur gemessen. Wenn die Betriebsbedingungen der Maschine diese besondere Temperatur nicht häufig genug erreichen, leidet die Genauigkeit von OCT, oder im schlimmsten Fall könnte ein Zustand ohne irgendeine OCT auftreten.
(3) Die Zeiten zwischen den OCT-Punkten können beträchtlich variieren.

1 stellt das herkömmliche Verfahren zum Erzeugen einer typischen Maschinenerwärmungs-OCT (Maschinen-ein-OCT) für einen Temperaturpunkt von 80EC einer Fahrzeugmaschine dar, die mit der richtigen Menge von Sunoco 5W-30-Öl gefüllt ist. Die Achse 10 repräsentiert die akkumulierte Maschineneinschaltzeit (in Stunden) unter "normalen" Fahrbedingungen, während die Achse 12 ein Ölleitfähigkeitssignal (OCS) repräsentiert (d. h. eine Ölzustandssensorausgabe (in Volt)). Der erste OCT-Punkt 14 ist bei einem OCS definiert, wenn die Maschinenöltemperatur 80EC erreicht, während die Maschine läuft (d. h. an ist). Nachfolgende OCT-Punkte 16 werden in ähnlicher Weise definiert, bevor die Maschinenöltemperatur sich während der Maschinenabschaltperioden unter 80EC abgekühlt hat (Abkühlzyklen). Wie in 1 zu sehen ist, ist die OCT nicht zeitnormalisiert, wobei die Zeit zwischen OCT-Punkten beträchtlich variieren kann, und es gibt auch eine Reihe von falschen Punkten (d. h. Rauschen), die zu einem beträchtlichen Fehler im OCT-Profil führen können.
Was dementsprechend benötigt wird, ist ein robusteres Verfahren zur Erzeugung einer OCT, wobei die vorher erwähnten Probleme angegangen werden.
WO 96/28742 offenbart ein Verfahren zum Überwachen der Ölqualitätsverschlechterung unter Verwendung eines gitterartigen kapazitiven Sensors.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es wird eine zeitnormalisierte OCT ohne die Unzulänglichkeiten des herkömmlichen Verfahrens entwickelt. Während der Maschinenabschaltzeiten, wenn sich die Maschine abkühlt, implementiert das Hauptcomputerprogramm des Fahrzeugs den Tendenzalgorithmus, durch den Maschinenölleitfähigkeits-(Ölsensorausgangsspannungs-) und Temperaturdaten in einem festgelegten Temperaturbereich (d. h. 80 EC bis 50 EC) erhalten werden.
Die Erfassung dieser Daten während der Abkühlung der Maschine beseitigt die falschen Punkte des herkömmlichen Verfahrens. Dies erfordert, dass der Ölzustandssensor zwischen Maschineneinschalt- und Maschinenausschaltzuständen unterscheidet. Er muss dann Messungen vornehmen können, nachdem die Zündung abgeschaltet wurde. Dies erfordert einen Stromanschluss, der unabhängig vom Zündschalter (Batteriestrom) ist. Der Sensor könnte dann für einen bestimmten Zeitraum nach dem Abschalten der Zündung betrieben werden, zum Beispiel zwei Stunden, um kontinuierliche Messungen von Ölleitfähigkeitsdaten über der Öltemperatur auszuführen. Um Batteriestrom zu sparen, könnte der Sensor auch in bestimmten Intervallen ein- und ausgeschaltet werden, um eine ausreichende Zahl von Ablesungen vorzunehmen. Dieser Zustand könnte "Schlafmodus" genannt werden, bei dem der Sensor in bestimmten Zeitintervallen "aufwacht", um Ablesungen vorzunehmen. Das Mittel, um das Obengenannte zu erreichen, ist im Fachgebiet bekannt.
Diese erfassten Daten werden dann in eine polynomische Gleichung zweiten Grades (die Abkühlgleichung) eingegeben, um ihre Koeffizienten unter Verwendung der nichtlinearen Regression (d. h. Anpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate) zu bestimmen. Diese Abkühlgleichung modelliert die Ölleitfähigkeit als Funktion der Temperatur und wird zu einer festgelegten Zeit während der Maschineneinschaltperiode verwendet, um einen OCT-Punkt zu berechnen. Daten von nachfolgenden geeigneten Maschinenabschaltperioden erzeugen andere Werte für die Koeffizienten, da die Ölleitfähigkeit sich mit Zeit und Verwendung ändert, was also zu anderen Werten für die Koeffizienten jedes berechneten OCT-Punktes während nachfolgender Maschineneinschaltperioden führt. Zusammen bestimmen diese OCT-Punkte die Ölzustandstendenz, die durch eine Prozedur analysiert wird, die vom Hauptcomputerprogramm des Fahrzeugs aufgerufen wird, um zu bestimmen, wann ein Ölwechsel notwendig ist.
Ein Beispiel für ein Ölsensorsystem wird im US-Patent 5,274,335 beschrieben, das am 28. Dezember 1993 an Wang et al. erteilt wurde, dessen Offenbarung hiermit durch Verweis hierin aufgenommen wird.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zeitnormalisierte OCT ohne die Unzulänglichkeiten des herkömmlichen Verfahrens zu entwickeln, um festzustellen, wann ein Ölwechsel notwendig ist. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile, Merkmale und Nutzen der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung erkennbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine herkömmliche Ölzustandstendenz gemäß dem Stand der Technik dar.
2 stellt ein typisches Abkühlprofil dar, das zum Erzeugen einer Abkühlgleichung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 stellt ein Beispiel für eine normalisierte OCT gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
4 ist ein Flussdiagramm zur Implementierung des Tendenzalgorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug nun auf die 2 bis 4, stellt 2 ein Abkühlungsprofil 20 dar, das zum Erzeugen einer Abkühlgleichung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei die Ausgangsspannung des Ölzustandssensors (OCS) gegen die Maschinenöltemperatur in einem Temperaturbereich, vorzugsweise von 80 EC bis 50 EC, aufgetragen ist. Der Temperaturbereich ist vorzugsweise in zwölf Zonen 22–44 unterteilt, in denen die Datenpunkte 46 erhalten werden. Es wird vorzugsweise ein Datenpunkt 46 pro Zone aus jeder Zone 22–44 verwendet, um die Koeffizienten a, b und c einer Abkühlgleichung zu bestimmen: V = aT2 + bT + c wobei nichtlineare Regressionstechniken (d. h. Anpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate) verwendet wird, wobei V die OCS-Ausgangsspannung bei einer festgelegten Maschinenöltemperatur T in Grad Celsius, vorzugsweise 70 Grad Celsius, repräsentiert. Die Abkühlgleichung wird durch die glatte Linie 50 von 2 repräsentiert. Wenn diese Abkühlgleichung festgelegte Zeitbegrenzungen erfüllt (d. h. dass sie ausreichend neu ist), wird sie zu einer festgelegten Zeit während der Maschineneinschaltperiode verwendet, um einen OCT-Punkt (d. h. 60 von 3) zu berechnen. Alle fehlenden OCT-Punkte werden zwischen dem gerade berechneten OCT-Punkt und dem vorherigen OCT-Punkt, der unter Verwendung der vorherigen gültigen Abkühlgleichung berechnet wurde, interpoliert, wobei die Temperatur T einen festgelegten Wert, vorzugsweise von 70 Grad Celsius, in jeder Abkühlgleichung hat. Fehlende OCT-Punkte sind OCT-Punkte, die nicht zur festgelegten Zeit berechnet werden können, zu der ein OCT-Punkt während einer Maschineneinschaltperiode berechnet werden soll, da es keine gültige Abkühlgleichung gibt. Solche OCT-Punkte werden als fehlend erklärt und so, wie oben beschrieben, aufgenommen. Datenpunkte, wie zum Beispiel 46 von 2, aus nachfolgenden Maschinenabschaltperioden erzeugen andere Werte für die Koeffizienten a, b und c, da sich die Ölleitfähigkeit mit der Zeit und dem Gebrauch verändert. Daher führt jede neue Abkühlgleichung, die erzeugt wird, zu einem anderen berechneten Wert für einen OCT-Punkt, wie zum Beispiel 62 von 3, zu festgelegten Zeiten während nachfolgender Maschineneinschaltperioden, wobei die Temperatur T einen festgelegten Wert, vorzugsweise von 70 Grad Celsius, für jeden berechneten OCT-Punkt hat. Zusammen bestimmen diese OCT-Punkte, wie zum Beispiel 60 und 62 von 3, eine normalisierte Ölzustandstendenz (OCT) 64, wie als Beispiel durch 3 dargestellt, die vom Hauptcomputerprogramm analysiert wird, um zu bestimmen, wann ein Ölwechsel notwendig ist.
4 ist ein Flussdiagramm 100, das die Implementierung des Tendenzalgorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung als Beispiel angibt, durch welches die OCT 64 von 3 erzeugt wird. In Block 110 ruft das Hauptcomputerprogramm des Fahrzeugs die algorithmische Prozedur auf. In Block 120 wird der Algorithmus ausgelöst. Block 130 prüft, ob die Maschine gerade läuft.
Wenn die Maschine in Block 130 gerade läuft, geht die Steuerung zu Block 210 weiter. Block 210 prüft, ob das Öl gewechselt wurde. Falls nicht, geht die Steuerung zu Block 230 weiter. Anderenfalls wird in Block 220 der OCT gelöscht, die Zeitzähler und die Abkühlgleichung werden zurückgesetzt, und der Initialisierungsmodus wird auf wahr gesetzt. Dann geht die Steuerung zu Block 230 weiter. Die Zeitzähler werden in Block 230 aktualisiert, und die Kontrolle geht auf Block 200 über.
Wenn die Maschine nicht läuft, wird der Status des Ölzustandssensors in Block 140 in den Mikroprozessorspeicher geschrieben, und die Datensammlung während der Abkühlung wird in Block 150 ausgelöst. Block 160 kontrolliert, ob eine vollständige Abkühlung aufgetreten ist. Falls nicht, geht die Kontrolle auf Block 200 über. Anderenfalls wird in Block 170 eine neue Abkühlgleichung erzeugt, wie vorher beschrieben. Block 180 kontrolliert, ob der Initialisierungsmodus wahr ist. Falls nicht, geht die Kontrolle auf Block 200 über. Anderenfalls wird der Zeitzähler modifiziert, und der Initialisierungsmodus wird in Block 190 auf falsch gesetzt. Dann geht die Kontrolle auf Block 200 über.
Es ist zu bemerken, dass eine neue Maschine die richtige Menge und Qualität von Öl enthalten muss, bevor sie laufen kann. Daher kann eine vollständige Abkühlung in Block 160 erst auftreten, wenn die Maschine zum ersten Mal eingeschaltet wurde. In dem Fall, wo eine neue Maschine die richtige Menge und Qualität von Öl enthält, aber noch nicht zum ersten Mal eingeschaltet wurde, geht die Kontrolle von Block 160 auf Block 200 über, dann entweder zu Block 240 oder zu den Blöcken 250, 260 und 240. In jedem Fall geht die Kontrolle, wenn die Maschine zum ersten Mal eingeschaltet wird, von Block 130 zu Block 210 zu Block 220 über, bei dem die OCT gelöscht wird, die Zeitzähler und die Abkühlgleichung zurückgesetzt werden und der Initialisierungsmodus auf wahr gesetzt wird.
Block 200 kontrolliert, ob es Zeit für einen neuen OCT-Punkt ist. Falls nicht, geht die Kontrolle in Block 240 zum Hauptcomputerprogramm des Fahrzeugs zurück. Anderenfalls kontrolliert Block 250 auf eine gültige Abkühlgleichung. Wenn es keine gültige Abkühlgleichung gibt, wird der neue benötigte OCT-Punkt in Block 260 als fehlend deklariert, und die Kontrolle geht dann in Block 240 zum Hauptcomputerprogramm des Fahrzeugs zurück. Wenn anderenfalls eine gültige Abkühlgleichung vorhanden ist, wird ein neuer OCT-Punkt aus der Abkühlgleichung bei Block 270 berechnet, wie vorher beschrieben. Block 280 prüft auf fehlende OCT-Punkte. Falls es keine fehlenden OCT-Punkte gibt, geht die Kontrolle auf Block 300 über. Anderenfalls werden die fehlenden OCT-Punkte in Block 290 zwischen den letzten zwei berechneten OCT-Punkten interpoliert. Die OCT wird in Block 300 aktualisiert und im Speicher gespeichert. In Block 310 wird das Flag "Analysierte OCTendenz setzen" zur Verwendung durch das Hauptcomputerprogramm des Fahrzeugs bei der Bestimmung gesetzt, wann ein Ölwechsel notwendig ist, und die Kontrolle geht dann in Block 240 zum Hauptcomputerprogramm des Fahrzeugs zurück.
Die kontinuierliche Wiederholung des obigen Prozesses, durch den zu festgelegten Zeiten während jeder Maschineneinschaltperiode nur ein OCT-Punkt berechnet oder als fehlend erklärt wird, erzeugt die OCT-Punkte, wie zum Beispiel 60 und 62 von 3, durch die die OCT 64 erzeugt wird. Das Hauptcomputerprogramm des Fahrzeugs analysiert die OCT 64, um festzustellen, wann ein Ölwechsel notwendig ist. Die OCT 64 von 3 wurde aus tatsächlichen Daten erzeugt und enthält auf Grund von fehlenden OCT-Punkten viele interpolierte Punkte, wie vorher beschrieben. Die allgemeine Form der Kurve ändert sich jedoch nicht.

Claims

Verfahren (100) zum Bereitstellen einer Ölzustandstendenz zur Verwendung in Verbindung mit einer Ölzustandssensor-Spannungsausgabe, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Verbrennungsmotor betrieben wird (130), wobei sich der Motor erwärmt; der Betrieb des Motors gestoppt wird, wobei sich der Motor abkühlt (150); die erfasste Ausgangsspannung in vorbestimmten Intervallen während eines vorbestimmten Temperaturbereichs des Abkühlens des Motors gemessen wird (160); eine Abkühlgleichung (50) aus der gemessenen Ausgangsspannung erzeugt wird (170); und ein Ölzustandstendenzpunkt (60) aus der erzeugten Abkühlgleichung berechnet wird (270).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abkühlgleichung des Schritts des Erzeugens durch V = aT² + bT + c gegeben ist, wobei V eine Spannungsausgabe des Ölzustandssensors ist, wobei T mehrere Temperaturen darstellt, die über den Bereich des Kühlens ausgewählt werden, und wobei a, b und c Konstanten sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Erzeugens die Werte der Konstanten a, b und c durch herkömmliche nichtlineare Regressionstechniken bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Berechnens umfasst, dass eine Spannung V' berechnet wird, wobei V' = aT'² + bT' + c zu einer vorbestimmten Zeit des Betriebs des Verbrennungsmotors ist und wobei T' eine vorbestimmte Temperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner umfasst, dass vor dem Schritt des Berechnens (270) ermittelt wird, ob der Schritt des Erzeugens (170) die Abkühlgleichung innerhalb einer vorbestimmten vorausgehenden Zeitdauer erzeugt hat.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei nach dem Schritt des Ermittelns ein fehlender Ölzustandstendenzpunkt festgestellt wird (260), wenn der Schritt des Erzeugens die Abkühlgleichung nicht innerhalb der vorbestimmten vorausgehenden Zeitdauer erzeugt hat.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass jeder fehlende Öltendenzpunkt unter Verwendung berechneter Öltendenzpunkte vor bzw. nach jedem fehlenden Öltendenzpunkt interpoliert wird (290).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei während des Schritts des Erzeugens der vorbestimmte Bereich des Abkühlens im Wesentlichen den Bereich zwischen 80°C und 50°C umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorbestimmte Temperatur T' im Wesentlichen 70°C beträgt.