MXPA04007090A

MXPA04007090A - Deteccion de hollin durante operacion en tiempo real en lubricantes de motores diesel.

Info

Publication number: MXPA04007090A
Application number: MXPA04007090A
Authority: MX
Inventors: J Koehler Charles
Original assignee: Eaton Corp
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2005-01-26
Also published as: CA2474579A1; US6839620B1; BRPI0403006A; CN1576834A; JP2005043360A; AU2004203013A1; EP1500924A1; KR20050011697A; US20050021216A1

Abstract

Un probador teniendo un par de electrones separados de manera cercana se sumerge en el lubricante y un electrodo se excita con una corriente de AC de voltaje relativamente bajo. La frecuencia se barre sobre un rango de alrededor de 1-10,000 Hertz y la corriente y el angulo de fase se miden en los intervalos de frecuencia seleccionados. Las impedancias reactivas (Z") y resistiva (Z¦) se calculan para cada medicion de corriente y los valores de Z" se trazan como una funcion de Z¦ como un trazo de Nyquist. El centro de la curvatura del trazo entre el origen y el valor minimo de Z" se localiza; y, el angulo de depresion de una linea a partir del origen a traves del centro de curvatura q se determina para cada muestra. El angulo entonces se traza como una funcion de concentracion de hollin y una curva suave se ajusta a los trazos de datos. La curva puede programarse en un microcomputador para usarse con el sensor para determinacion en tiempo real de concentracion de hollin.

Description

RAGiÓK^-EN^XEM^O-REAL EN LUBRICANTES DE MOTORES DIESEL Antecedentes de la Invención La presente invención se relaciona con la detección de acumulación de hollín o partículas de carbón en lubricantes de motores diesel. Se ha encontrado que reducciones recientes en los límites obligatorios para emisiones de escape de vehículos de motor han requerido ajustar motores diesel para uso con válvulas de recirculación de gas de escape (EGR) para diluir la relación de carga combustible-aire. Esto ha resultado en cambios en la química de combustión y un incremento en la velocidad de acumulación de hollín pasando sobre los anillos de pistón del motor y contaminando el aceite lubricante del motor. La presencia de hollín sobre una concentración de umbral se ha encontrado que hace al lubricante de motor incapaz de llevar a cabo de manera efectiva su función el daño al motor se vuelve inminente. Hasta ahora, los medios disponibles para determinar la concentración de hollín en lubricante de motor eran técnicas de laboratorio las cuales requerían llevar una muestra del aceite de motor a un laboratorio para análisis y llevar a cabo un Análisis Termo-Gravimétrico o usar técnicas ópticas tales como Espectros-copia Infrarroja de Transformada de Fourier para determinar la cantidad de hollín presente en el fluido lubricante. Esto ha probado ser prohibitivamente costoso y consumidor de tiempo y así virtualmente no posible de trabajarse cuando es necesario monitorear la condición del aceite de un motor de diesel durante la operación en servicio. Es conocido usar la Espectroscopia de Impedancia para monitorear la condición de un fluido lubricante de motor durante operación en tiempo real en motores tales como los mostrados y descritos en las patentes US 6,278,281, 6,377,052 y 6,380,746. La técnica anteriormente mencionada utiliza Espectroscopia de Impedancia diferencial para detectar el agotamiento de constituyentes lubricantes añadidos por el fabricante durante el mezclado. Sin embargo los algoritmos de espectroscopia de impedancia expresados en las patentes anteriores se han encontra-do incapaces de monitorear hollín en lubricante de motor diesel. Así, ha sido deseado encontrar una manera o medios para monitorear lubricante de motor diese durante la operación en tiempo real del motor y en particular para monitorear la concentración de hollín. Breve Compendio de la Invención La presente invención utiliza un probador eléctrico para proporcionar una señal eléctrica indicativa de la concentración de hollín en el fluido lubricante o aceite de un motor diesel durante la operación en tiempo real por medio de emplear un procedimiento novedoso para analizar la señal utilizando-espectroscopia de impedancia . Un probador eléctrico teniendo un par de electrodos se sumerge en el lubricante en el colector de aceite del motor y una corriente alternante de relativamente bajo voltaje de frecuencia variable se aplica a los electrodos de probador y la corriente y el ángulo de fase se miden en intervalos seleccionados sobre el rango de frecuencias . Los componentes resistivo y reactivo de la impedancia entonces se calculan y trazan en un trazo de Nyquist de impedancia reactiva contra impedancia resistiva. El centro de la curvatura de la región semicircular del trazo entre el origen y el valor ocurrido mínimo de la impedancia reactiva entonces de determinan. El ángulo de depresión del centro de curvatura a partir del origen por debajo del eje X entonces se calcula y se traza como una función de concentración de hollín para lecturas tomadas con muestras de lubricante teniendo una concentración conocida. Un algoritmo entonces se deriva para el trazo el cual puede programarse en un controlador electrónico para comparar el ángulo de depresión calculado en cualquier instante dado con aquel de valores conocidos para determinar la concentración de hollín correspondiente en ese tiempo. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es un esquema ilustrativo de un sistema que emplea la presente invención. La figura 2 es un trazo de Nyquist ilustrando el método para determinar el . ángulo de de.p_r_e5ión . .

La figura 3 es un trazo del ángulo de depresión como una función de concentración de hollín para dos conjuntos de muestras de lubricante teniendo concentraciones de hollín conocidas diferentes . Descripción Detallada de la Invención El sistema de la presente invención se indica generalmente como 10 e incluye un probador 12 insertado en el cárter del cigüeñal o en el colector de aceite de un motor diesel 14 lleno con lubricante a un nivel indicado como 16. El probador puede tener cualquier configuración de electrodos adecuada; sin embargo, en la práctica de la presente invención se ha encontrado satisfactorio usar un par de electrodos concéntricos configurados tubularmente denotados por los números de referencia 11, 13 en la figura 1. Este probador puede configurarse como se expresa en la solicitud de patente US 10/060,107 solicitada el 31 de enero de 2002, titulada "Probé Assembly For Fluid Condition Monitor And ethod Of Making Same" y cedida al mismo cesionario de la presente solicitud. El probador 12 tiene un electrodo excitado a lo largo de la línea 18 con una corriente AC de relativamente bajo voltaje a partir de un controlador 20 el cual puede incluir un oscilador y microprocesador para proporcionar una fuente de voltaje relativamente baja de corriente de AC al probador. La corriente del probador medida por la conexión a través de la línea 22 a una unidad de procesamiento de señal electrónica 24 la cual u d incluir un microcomputador y la cual mide la amplitud y ángulo de fase de la corriente a través del probador 12 y lleva a cabo sus cálculos según será descrito mas adelante en la presente. Cuando la unidad de procesamiento de señal 24 determina que una condición de umbral predeterminada existe, una señal se envía a través de la línea 26 a una alarma/pantalla 28 para alertar al operador del motor. Se entenderá que el probador 12 tiene un par de electrodos dispuestos en un arreglo separado de manera cercana generalmente paralelo los cuales se sumergen en el lubricante en el colector de aceite del motor y que la medición de corriente fluye a partir de un electrodo a través del lubricante al otro electrodo para completar la trayectoria de corriente a lo largo de la punta 22 al procesador de señal 24. Se entenderá que el controlador 20 y la unidad de procesamiento de señal 24 pueden localizarse de manera remota al motor 14 y combinadas en una unidad empacada común según se ilustra en contorno punteado en la figura 1 y denotada por el número de referencia 30. El voltaje de AC aplicado al probador 12 a través de la punta 18 por excitación de relativamente bajo voltaje como, por ejemplo, RMS de 1 voltio o menos y la frecuencia se barre sobre un rango de alrededor de 1 a 10,000 Hertz. La corriente y el ángulo de fase se miden y, en intervalos seleccionados, como por ejemplo, intervalos de 100-200JHer z._y_la._impe.daac±a.reacti-va-y- la impedancia resistiva se calculan y los pares de datos se trazan con la impedancia reactiva denotada como Z" como los ordénales y la impedancia resistiva denotada como Z' como abscisas en la manera conocida como un trazo de Nyquist según se ilustra en la figura 2. El centro de la curvatura semicircular de la región de la gráfica entre el origen y el valor mínimo de Z" entonces se determina a través de los trazos y el ángulo de depresión del centro de la curvatura formado por una línea a partir del origen a través del centro de la curvatura entonces se calcula. El ángulo de depresión se ilustra en la figura 2 y se denota por el símbolo ? . El ángulo de depresión es pequeño para lubricante de motor diesel sin contener hollín; y, en un valor máximo de alrededor de 9.6% de concentración de hollín, el ángulo de depresión e ha sido determinado como siendo alrededor de 26 grados. Así, las mediciones de corriente del probador pueden utilizarse para determinar el porcentaje de concentración de hollín en el lubricante debido a que hay suficiente variación en el ángulo de depresión ? para proporcionar un grado satisfactorio de sensibilidad o resolución del sensor con la concentración de hollín sobre el rango de interés. Con referencia a la figura 3, el ángulo de depresión ? según se mide para dos grupos de muestras de aceite lubricante para motor diesel teniendo concentraciones conocidas de hollín se traza con los datos para cada muestra indicados por una leyenda do_s_ con¿unt_as _de_mue-S-t.ra.s-se tomaron por separado a partir de drenados de lubricante de dos motores en funcionamiento secuencialmente a intervalos de esfuerzo de lubricación continuamente incrementado. Una curva entonces se ajusta a través de los datos por cualquier técnica adecuada como, por ejemplo, análisis de regresión múltiple; y, tal una curva se ajusta y se muestra como contorno sólido, con los límites de conflabilidad superior e inferior de 95% mostrados en contorno punteado. Se observará a partir de la figura 3 que la técnica de la presente invención permite asi el uso del ángulo de depresión e como un análogo de la concentración de hollín y una curva puede generarse a partir de los datos medidos . Una vez que la curva ha sido generada, la unidad de procesamiento de señal 24 puede programarse con un algoritmo o ecuación para la curva; y, para un ángulo dado © determinado a partir de mediciones de corriente de probador, un valor correspondiente de porcentaje de hollín se determina por el controlador. Se notará a partir de la figura 3 que los datos trazados a partir de cada uno de los dos conjuntos de muestras de drenado de lubricante proporcionan una curva con una curvatura hacia arriba generalmente exponencial. La presente invención así permite la medición de concentración de hollín en el aceite de motor diesel durante la operación en tiempo real con un sensor que proporciona una salida de señal eléctrica continua. El sistema empleando la presente invención puede diseñarse como se muestra en la figura 1 para tener una alarma o pantalla propor-cionando una indicación visual o audible de que el porcentaje máximo permisible de hollín ha sido alcanzado en el lubricante de motor. En la práctica presente de la invención, se ha encontrado que cuando la concentración de hollín en el lubricante alcanza un nivel nocivo es posible tener la alarma o pantalla configurada para indicar que el lubricante no es mas capaz de llevar a cabo de manera efectiva su función. Aunque la invención ha sido descrita anteriormente en la presente con respecto a las formas de realización ilustradas, se entenderá que la invención es capaz de modificación y variación y se limita solamente por las siguientes reivindicaciones .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para monitorear durante operación en tiempo real la acumulación de hollín en lubricantes de motor diesel, que comprende: (a) disponer un par de electrodos en el lubricante de motor y aplicar un voltaje alternante al electrodo a diferentes frecuencias sobre un rango seleccionado y medir la magnitud de corriente y ángulo de fase a cada frecuencia y calcular los componentes resistivo y reactivo de la impedancia para cada medición de corriente,- (b) comparar el componente reactivo (Z") como una función del componente resistivo (?') de la impedancia y determinar la ubicación del centro de la curvatura semicircular entre el origen y el valor ocurrente mínimo de frecuencia baja de la impedancia reactiva; (c) retrasar un intervalo de tiempo específico que repite los pasos a, b y c para calcular el ángulo de depresión ? a partir del origen al centro de la curvatura; (d) determinar el porcentaje de hollín a partir de (i) una comparación con valores conocidos de porcentaje de hollín contra ángulo de depresión, y (ii) una relación conocida entre porcentaje de hollín y ángulo de depresión; y (e) proporcionar una señal eléctrica indicativa de hollín alcanzando un nivel de concentración seleccionado.
2. El método de la reivindicación 1. donde dinhn_ ¾.s.n-de proporcionar una señal eléctrica incluye proporcionar una señal la cual es indicativa de concentración de hollín dentro de un rango de alrededor de 0-9.6%.
3. El método de la reivindicación 1, donde dicho paso de aplicar un voltaje alternante incluye aplicar un voltaje sobre el rango de frecuencias asociados con mediciones de impedancia de fluido en volumen.
4. El método de la reivindicación 1, donde dicho paso de comparar incluye trazar en gráfica un trazo de plano de impedancia complejo (Nyquist) .
5. El método de la reivindicación 1, donde dicho paso de comparar incluye trazar en gráfica un trazo de plano de impedancia complejo (Nyquist) y determinar el lugar geométrico del centro de la curvatura del trazo de Nyquist entre el origen y el valor de reactancia mínimo.
6. El método de la reivindicación 1, donde dicho paso de aplicar un voltaje alternante incluye aplicar un voltaje alternante y medir corriente y ángulo de fase a frecuencias sobre el rango de alrededor de 1-10,000 Hertz .
7. El método de la reivindicación 1, donde dicho paso de comparar incluye usar medios computacionales .