專利名稱：利用電裝置確定油壽命的結(jié)束的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及對工作的內(nèi)燃機中潤滑油的品質(zhì)和剩余使用壽命進行連續(xù)評估，在工 作的內(nèi)燃機中潤滑油由于暴露于高溫、污染以及剪切負載而遭受連續(xù)的品質(zhì)惡化。該方法 需要連續(xù)測量油的電阻和介電常數(shù)，以特定的方式對這些測量值進行組合并利用所得到的組合測量值作為油壽命的指標。
背景技術(shù)：
用作內(nèi)燃機中潤滑流體的油，由于在氧化環(huán)境中暴露于高溫、高剪切應力以及來 自燃燒產(chǎn)物或其他來源的污染而在使用中遭受逐漸惡化。因此，潤滑流體的性能在使用過 程中連續(xù)下降，直到其潤滑特性不能滿足最低標準并且其必須用新油更換或替代。盡管已 經(jīng)顯示眾多工作臺式分析測量值與發(fā)動機的油狀況相關(guān)，但它們需要獲得油的采樣；經(jīng) 常使用精密的設備對油進行化學分析；以及解讀結(jié)果。因此，這種分析測量值非常適合于對 油品質(zhì)的研究評估，但是對于在使用中評估油的狀況卻不是一種優(yōu)選方法。為了提高消費者的便利性以及保護自然資源，希望延長車輛發(fā)動機油的更換間 隔，直到該流體的潤滑能力僅滿足最低可接受標準。然而，顯著地延長發(fā)動機油的更換間隔 需要可靠地知曉油的狀態(tài)，從而使得消費者可以在“使用中的惡化”已經(jīng)將潤滑性能降低到 了最低可接受水平時即時地注意到需要換油了。制造商已經(jīng)通過在固定的里程距離之后要求換油，或者通過根據(jù)發(fā)動機的工作狀 況使用算法來估計油的剩余壽命并將結(jié)果提供給車輛操作者，而響應于這種需求。為了避 免對發(fā)動機或其他機構(gòu)造成任何損壞，這些指標通常被規(guī)定為低估潤滑流體的壽命。因此，需要一種更精確的方法來確定潤滑流體的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
下面更為詳細描述的方法利用先前研發(fā)的阻抗測量裝置(或類似裝置)來通過 在油處于工作溫度時對阻抗測量裝置施加合適的電波形，而對油的電阻抗執(zhí)行車載測量。 例如，典型的使用碳氫化合物作為燃料的內(nèi)燃機中的油溫通常在約9o°c到約iio°c的范圍 內(nèi)，但它們可以上升到約150°c?？梢栽诎l(fā)動機工作過程中并當油處于希望的工作溫度時對 油連續(xù)進行這種測量。從這種阻抗數(shù)據(jù)可以連續(xù)確定相應的電阻率值和介電常數(shù)值。阻抗 裝置的工作以及電阻率值的連續(xù)確定可以通過車載發(fā)動機控制計算機或被編程用于這種 處理的其他計算裝置來管理。根據(jù)本發(fā)明的實踐，電阻率值和介電常數(shù)值的單獨確定現(xiàn)在用一種新的程序來管 理，并進行組合以計算呈集總化或組合電測量值形式的單個油特性指示值。集總化電測量 參數(shù)與利用實驗室分析技術(shù)確定的發(fā)動機油狀況的廣泛測量值之間的完全相關(guān)性，證明對 單獨的電測量值(即電阻率和介電常數(shù))的這種特定組合的使用是有道理的，其中所述實 驗室分析技術(shù)例如差示掃描量熱法、傅里葉變換紅外光譜法、粘度測量、以及戊烷不溶物 (Pentane Insolubles)的石角定。
由于在車輛運行期間可以按照需要獲得在某個油溫下對油的電阻率值和介電常 數(shù)值的確定，因此可以對作為時間的函數(shù)的集總化電阻率/介電常數(shù)電特性值或參數(shù)進行 適當?shù)膸缀踹B續(xù)的記錄并且將其保存在計算機存儲器中。當根據(jù)本發(fā)明對油的電阻率值和 介電常數(shù)值進行組合時，會發(fā)現(xiàn)，在時間上積累的值，這里被稱為集總化電測量值，形成了 曲線。該曲線的特定特征和特性以及該曲線的變化隨后作為油狀況的指標。具體地，可以看到，該曲線呈現(xiàn)出三個區(qū)段或三個部分。該曲線的第一區(qū)段(這里 指區(qū)域0)開始于清潔或者新鮮的油，構(gòu)成油量(oil volume)的使用壽命中相對較短的一 段時間。區(qū)域0通常表現(xiàn)為一個峰，其特征在于大致恒定的且快速上升的斜率、峰處的最大 值、以及快速下降的且變化的斜率。然后集總化電測量值經(jīng)歷中間時間部分，即區(qū)域I，其 特征是大致線性的正斜率。這部分數(shù)據(jù)通常反映的是油量的大部分工作壽命。組合電值的 時間導數(shù)值在曲線的這部分具有大致相同的值。曲線的第三部分，即區(qū)域II，也表現(xiàn)出大 致線性的正斜率(具有大致相同的時間導數(shù)值)，但是該斜率通常以大于5的因子比區(qū)域I 的斜率明顯更陡。正如考慮本說明書下述附圖所意識到的，這些特征平滑地從一個區(qū)域向 下一區(qū)域過渡，并且這種過渡由這些區(qū)域中間的合適的曲線區(qū)段來實現(xiàn)。從集總化電測量值隨時間變化的曲線的區(qū)域I向區(qū)域II的過渡與指示油開始快 速惡化并因此指示油壽命結(jié)束的分析測量值是關(guān)聯(lián)的。因此，可以通過監(jiān)測該集總化電測 量值隨時間變化的曲線的走勢并識別指示區(qū)域I向區(qū)域II過渡的特征的出現(xiàn)，來確定油壽 命的結(jié)束?？梢酝ㄟ^連續(xù)跟蹤該集總化電測量值隨時間變化的曲線的導數(shù)，并識別對應于區(qū) 域I的大致線性斜率的出現(xiàn)來識別該過渡，并利用該過渡在中期預測換油的需要。連續(xù)觀 察到基本恒定的線性斜率證實當前的油狀態(tài)對應于區(qū)域I。但是當檢測到斜率的連續(xù)上升 (這與從區(qū)域I的行為到區(qū)域II的行為進行的過渡相一致)并超過了某預設閾值時，它示 意油壽命的結(jié)束。這時，應該提醒車輛操作者(或者固定發(fā)動機操作者)需要換油了。本發(fā)明涉及以下技術(shù)方案方案1. 一種用于確定使用中的一定量的油的剩余使用壽命的方法，其中所述油 對工作機構(gòu)進行流體潤滑，所述方法包括當所述油處于預定工作溫度并且在所述機構(gòu)中正常使用期間，在所述油的整個壽 命期間連續(xù)確定所述油的電阻率值和介電常數(shù)值；通過形成所確定的值與針對未使用的油所獲得的電阻率值和介電常數(shù)值之比，連 續(xù)計算所確定的電阻率值和介電常數(shù)值的歸一化值，以便將所述歸一化值組合成單個復合 式油的電特性值；通過取所述歸一化電阻率和歸一化介電常數(shù)的平方和的一半的平方根，連續(xù)計算 油的電特性值；對所計算的油的電特性值的歷史進行積累，從而得到與油的累計使用時間相關(guān)的 油的電特性值的曲線；計算油的電特性值的時間導數(shù)；利用所述時間導數(shù)的預定變化來預測油的使用工 作壽命的結(jié)束；以及生成指示所述油的剩余使用壽命的信號。方案2.方案1的方法，其中，在觀察到所述油的電特性值的第一系列大致相同值
5的時間導數(shù)之后，預測所述油的壽命結(jié)束。方案3.方案1的方法，其中，通過所述油的特性值的第二系列時間導數(shù)來預測所 述油的壽命結(jié)束，其中所述第二系列時間導數(shù)的值持續(xù)大于所述第一系列時間導數(shù)的值， 并且在繼所述第一系列時間導數(shù)之后使用了一段時間所述油以后出現(xiàn)。方案4.方案1的方法，其中，所述油包括源于石油的礦基油。方案5.方案1的方法，其中，所述油包括具有碳基和/或硅基材料的合成油。方案6.方案1的方法，其中，所述機構(gòu)是以烴為燃料的發(fā)動機。方案7.方案1的方法，其中，所述機構(gòu)內(nèi)的所述油在約90°C以上的溫度下工作。方案8.方案3的方法，其中，所述第二系列時間導數(shù)與所述第一系列時間導數(shù)之 比超過約5。方案9. 一種用于確定使用中的一定量的油的剩余使用壽命的方法，其中所述油 對工作機構(gòu)進行流體潤滑，所述方法包括運行所述機構(gòu)以獲得處于90°C至150°C這一范圍內(nèi)的、穩(wěn)定的可重復的油溫；在所述油的整個壽命期間重復確定所述油的電阻率值和介電常數(shù)值；從所確定的電阻率值和介電常數(shù)值計算歸一化的無量綱的電阻率值和介電常數(shù) 值；通過取所述歸一化電阻率和歸一化介電常數(shù)的平方和的一半的平方根，計算集總 化電測量參數(shù)；記錄所述油的集總化電測量參數(shù)的歷史，從而得到電大小向量隨時間變化的曲 線，所述曲線包括1)第一部分，在這期間集總化電測量值的瞬時斜率隨時間首先增大，然 后減小到零，然后在再次減小為零之前以不斷減小的速率減?。?)第二部分，在這期間所 述斜率開始時增大，然后達到基本恒定的第一值；以及3)第三部分，在這期間所述斜率同 樣是開始時增大，然后達到基本恒定的第二值，其中所述基本恒定的第二斜率比所述基本 恒定的第一斜率大；用油的狀況標識接近連續(xù)的集總化電參數(shù)隨時間變化的曲線中的各部分，其中 1)第一部分表示油壽命的早期階段；2)第二階段提供早期警告，告知正在接近所述油的壽 命終點但是所述油還會繼續(xù)具有令人滿意的性能；3)第三階段表示所述油的快速惡化正 在發(fā)生并且已經(jīng)到達油壽命的終點；以及生成表示所述油的剩余使用壽命的信號。方案10.方案9的方法，其中所述油包括源于石油的礦基油。方案11.方案9的方法，其中所述油包括具有碳基和/或硅基材料的合成油。方案12.方案9的方法，其中所述機構(gòu)是以烴為燃料的發(fā)動機。本發(fā)明的實踐針對用于車輛上的內(nèi)燃機。然而，很顯然，本發(fā)明可以用來對運行在 實際任何發(fā)動機或機構(gòu)中的潤滑油的剩余使用壽命進行評估。


圖1的曲線圖示出了在長期高溫、高負載的發(fā)動機測試過程中，第一種礦基發(fā)動 機油的特性的集總化分析測量值隨時間的演變；圖2的曲線圖示出了在長期高溫、高負載的發(fā)動機測試過程中，第一種礦基發(fā)動機油的集總化電測量值的變化隨時間的演變；圖3的曲線圖示出了在長期高溫、高負載的發(fā)動機測試過程中，第二種礦基發(fā)動 機油的集總化電測量值的變化隨時間的演變；圖1和圖2所示的數(shù)據(jù)是在V-6發(fā)動機中在3000rpm和3000Nm的負載這樣的普 通測試條件(造成超過120°C的工作油溫)下針對單種GF4發(fā)動機油獲得的。圖3所示的 數(shù)據(jù)是在相同的發(fā)動機測試條件下得到的，但是代表可歸于第二種礦基油的數(shù)據(jù)。
具體實施例方式本發(fā)明是一種用于確定發(fā)動機潤滑油的品質(zhì)和使用壽命的方法。該方法利用流過 電阻抗傳感器的適當潤滑油來監(jiān)測該油在正常工作溫度下和在發(fā)動機或其他工作機構(gòu)中 使用時的電特性。該方法的實施由合適的電子儀器來支持。Halalay 等提出的美國專利 7，362，110 "Measurement Cell forLiquids (液體的 測量單元)”中披露了一種用于測量或確定發(fā)動機油或其他液體的電阻率和介電常數(shù)之值 的合適單元的例子，其被引入本說明書以說明這種單元的設計和使用。Halalay等提出的美 國專利7，370，514 ‘‘Determining Quality of Oil in Use (確定使用中的油的品質(zhì))”中 披露了一種利用這種單元來確定和使用發(fā)動機油的電阻率值和介電常數(shù)值的方法，其同樣 也被引入本說明書中以進一步說明在預計工作的發(fā)動機中潤滑油的使用壽命時電特性的 測量和使用。Halalay 等提出的美國專利 6，922，064‘‘Fluid Quality Test Method Based on Impedance (基于阻抗的流體品質(zhì)測試方法)”披露了一種利用阻抗儀器來監(jiān)測儲箱中流 體的阻抗的方法的另一例子。難以對有關(guān)使用過程中發(fā)動機油的惡化進行先驗的預測，因為發(fā)動機油是涉及由 多種分子化合物組成的混合物的復雜流體，并以多種方式遭受惡化。因此，已經(jīng)研發(fā)了多種 化學物理分析方法來試圖量化潤滑油在使用了一段之后的剩余使用壽命。這些分析技術(shù)是 足夠特定的，因為它們對于不同的惡化路徑表現(xiàn)出了不同的敏感性。因此，為了實現(xiàn)對油在 使用過程中出現(xiàn)的變化進行廣泛的(broadly based)評估，希望利用多種測試程序和技術(shù) 來進行諸多測試。這些程序和技術(shù)包括壓力差示掃描量熱法(DSC)、傅里葉變換紅外光譜 法(FTIR)；粘度測量；以及用戊烷稀釋后進行離心。利用這些技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)包括DSC， 即由壓力差示掃描量熱法記錄的氧化誘導時間(the time to oxidation induction) ；Ox, 即由FTIR測量的氧化程度；Nitr，即由FTIR測量的硝化程度；KV40，即40°C時的運動粘度； KV100,即100°C時的運動粘度；TAN，即總酸值；TBN，即總堿值；PIN，即戊烷不溶物。潤滑油特征的實驗室分析測量值的多樣性為潤滑油在使用過程中出現(xiàn)的復雜的 化學物理變化提供了廣泛且均衡的描述，但是復雜化了對油狀況從而對油的剩余壽命的整 體評估，因為并不是所有的這些測量值都是強相關(guān)的。并且，主導的惡化機制將依賴于車輛 的用途和駕駛周期，而這些對于各個車輛和車輛操作者而言將是不同的，因此不能預先知 道。因此，如果選定的測量值不能對由于特定車輛用戶的駕駛習慣導致的主導惡化機制表 現(xiàn)出所需的敏感性，那么集中于該特定的個體測量值就是不適當?shù)?。有關(guān)對這些測量值的 一些子集的任意選擇方面持有類似的意見。然而在本文中，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些測量值可以以這樣一種方式進行組合，這
7種方式適當?shù)貙⑺鼈儗υu估油狀況的貢獻進行加權(quán)和平衡，從而提供對油狀況更為廣泛的 敏感性。將油的分析測試數(shù)據(jù)進行這種組合的目的在于提供單個但是可靠的油特性分析參 數(shù)，用于與在工作的發(fā)動機中在油的壽命期間更容易獲得的、組合后的電阻率/介電常數(shù) 參數(shù)相比較。簡言之，在油的使用時間內(nèi)進行的幾種分析測試的數(shù)據(jù)通過用當前值除以初 始值以使其無量綱而被歸一化。并且對于一些分析測試而言，利用自然對數(shù)值和/或相反 值來便于進行具有相似量級的分析測試值的組合。但是在對分析測試值進行組合時注意要 保持組合后數(shù)據(jù)的可靠性，以便與如在本發(fā)明的實施中所產(chǎn)生的組合后電阻率/介電常數(shù) 數(shù)據(jù)相比較。這種分析測試數(shù)據(jù)的數(shù)學組合還具有簡化評估的優(yōu)點，因為僅需要一個集總 化參數(shù)就可以表征油的狀況。這種方法的效用由圖1來傳達，圖1示出了在特定的發(fā)動機工作和負載條件下該 集總化分析測量值隨測試時間的變化，其包含兩個線性區(qū)段，第一個線性區(qū)段處于短的測 試時間處，由區(qū)域I表示，第二個線性區(qū)段處于長的測試時間處，由區(qū)域II表示。對這些結(jié) 果的解讀是，集總化分析測量值的緩慢線性上升表示由于油的化學物理特征的改變而導致 的油品質(zhì)的緩慢且受控的惡化，不過這些變化不足以對油的性能構(gòu)成顯著的影響。相反，示 出集總化分析測量值隨增加的測試時間而快速變化的第二個線性區(qū)段，示意了嚴重油惡化 的開始，并且是對已經(jīng)到達油壽命終點的指示。通過識別這兩個外推線性部分相交的時刻， 可以獲得對油壽命結(jié)束更為精確的估計。對于所示的油和測試條件，這個出現(xiàn)在 210小 時的測試時間處。和利用分析測量值一樣，優(yōu)選地將電測量值進行組合來獲得復合測量值。同樣，這 不僅是簡單方便的問題，而且反映了各個測量值對油所經(jīng)歷的多種惡化過程表現(xiàn)出不同敏 感性這個事實。例如，油的電阻率P與由在所施加電場的影響下移動通過介質(zhì)的自由電荷載體 (自由離子)所經(jīng)歷的拖曳力成比例，因此與介質(zhì)的粘度n成比例，并且與自由電荷載體 (離子)的數(shù)量密度隊成反比，或者說p n/X。因此，在自由電荷載體的數(shù)量恒定的情 況下(即沒有釋放自由離子的化學反應)，電阻率代表流體粘度的測量值。介電常數(shù)是對潤 滑劑中分子偶極子在所施加電場的影響下所進行的重新取向的度量。當油的微觀組分的偶 極矩d發(fā)生改變時，例如通過化學反應(其向油的分子組分中引入氧原子或氮原子、或者包 含氧原子或氮原子的化學成分(chemical moiety))或者通過在油中添加極性液體(例如 水、乙醇或者乙二醇)而發(fā)生改變時，油的介電常數(shù)將發(fā)生改變。除了經(jīng)歷所施加的電場， 流體內(nèi)的偶極子還要經(jīng)歷熱運動。雖然電場趨向于使偶極子在與電場平行且相反的方向上 排列，但熱運動卻趨向于破壞這種排列并通過分子碰撞而使偶極子隨機取向。此外，粘性 力將趨向于減慢偶極子在電場中的旋轉(zhuǎn)，同時也趨向于減慢熱運動對它們排列的隨機化影 響，所以介電常數(shù)還依賴于介質(zhì)的粘度。因此，我們有這樣的比例關(guān)系￡ nNd，其中 是 介質(zhì)內(nèi)偶極子的數(shù)量密度。明顯地，電阻率和介電常數(shù)數(shù)據(jù)對可以示意壽命結(jié)束的特定油 特征的敏感性是不同的，因此，這些測量值的合適組合或集總化會更全面地表征油的狀態(tài)。應當理解，前述的關(guān)于潤滑劑粘度與其電阻率及介電常數(shù)的比例關(guān)系是單為數(shù)據(jù) 解讀的啟發(fā)性目而描述的，其既無意圖也不聲稱是由基本原理分析所獲得的關(guān)系。由于電阻率和介電常數(shù)具有不同的單位，所以方便的是首先將它們轉(zhuǎn)換成無量綱 的形式，從而可以使它們更容易地組合。這么做的一個方便的方法是將這些參數(shù)的任何瞬
8時測量值除以它們在新的未使用的油中所表現(xiàn)出的值，從而構(gòu)造出歸一化的電阻率和歸一 化的介電常數(shù)。從而，在測試開始時，電阻率和介電常數(shù)的這些歸一化值具有值1。類似的， 如果集總化電測量值對于未使用的油也表現(xiàn)出值1則是方便的，因為在這個參數(shù)中任何與 值1的偏離就會示意油已處于使用中。因此，集總化電測量值| |E(t) | |被計算為 其中p是電阻率，、是介電常數(shù)，它們每個都是在時間t = t或t = 0時測量 的。圖2針對同樣的油示出了集總化電測量值| |E(t) | |隨測試時間的變化，所述同樣 的油的集總化分析測量值隨測試時間的變化已在圖1中示出。與集總化分析參數(shù)所表現(xiàn)出 的相對簡單的行為相反的是，集總化電測量值的行為較復雜。集總化電測量數(shù)據(jù)示出了在 短時間處快速產(chǎn)生的初始峰，隨后逐漸衰減而在中間時間處形成寬的最小值，其在更長的 時間處表現(xiàn)出斜率的快速且加速的增大。為了便于與集總化分析數(shù)據(jù)相比較，這些區(qū)域被 指定為對應于短時間峰的區(qū)域0、對應于中間時間處寬的最小值的區(qū)域I、以及對應于在長 時間處所觀察到的大斜率的區(qū)域II。然而，集總化電測量值的使用使分級的(gradated)、簡便實施的算法能夠用于檢 測油壽命的結(jié)束，因為在中間時間處的行為(對應于區(qū)域I的所述寬的最小值特征)顯示 出隨測試時間的線性變化。因此，中間時間數(shù)據(jù)可以用線性關(guān)系來擬合，與單獨的電阻率數(shù) 據(jù)形成對比，在單獨的電阻率數(shù)據(jù)中斜率(dp/dt)在整個測試期間是連續(xù)變化的。然而， 與單獨的電阻率數(shù)據(jù)相同的是，區(qū)域II中斜率快速改變的開始指示油壽命的結(jié)束。這在圖 2中示出，圖2還指示出，區(qū)域I和區(qū)域II的數(shù)據(jù)的線性外推斜率的相交出現(xiàn)在 210小時 處。這與圖1中所示的對于相同的油和測試條件利用集總化分析測量值所導出的估計的壽 命結(jié)束相一致。因此，這種一致性論證了在集總化分析測量值與集總化電測量值之間所需 的強相關(guān)性，其證明了利用集總化電測量值作為油品質(zhì)的指標從而作為油剩余壽命的指標 是有道理的。圖3示出了與圖2所示類似的一組數(shù)據(jù)，但是針對的是配方不同的油。相同的整 體趨勢是顯然的，但是中間時間處線性斜率的大小較小并且持續(xù)時間較短。為了明確表達 用于將集總化電測量值應用于油壽命結(jié)束的檢測中的更詳細算法，需要提及圖2和圖3的 兩個特征。第一個是，在壽命結(jié)束時存在線性曲線區(qū)段和觀察到這些線性區(qū)段的相交位置對 應于壽命的結(jié)束。第二點是，對應于油的快速惡化的后來出現(xiàn)的線性區(qū)段(區(qū)域II)示出 的斜率，其大小是第一線性區(qū)段(區(qū)域I)的斜率大小的 10倍，并且在從一個線性行為向 另一個線性行為過渡時，斜率是第一線性區(qū)段的斜率的 3倍。這些特征，即集總化電測量值隨時間變化的第一線性斜率的發(fā)展和第二線性斜率 的發(fā)展，不同于單獨的電阻率的行為，單獨的電阻率的行為顯示的是連續(xù)變化的斜率，在快 速油惡化開始時發(fā)生突然的斜率變化。這些不同意味著，從單獨的電阻率數(shù)據(jù)不能獲得的特征，S卩，將要到來的換油需 求，通過上述第一線性關(guān)系的發(fā)展，在油的壽命期間被相對較早地示意告知。因此，換油的 需要不僅可以通過集總化電測量值的第一線性斜率隨時間的發(fā)展來預測，還可以通過指示達到與從第一線性斜率向第二線性斜率的過渡相關(guān)聯(lián)的明顯更大的斜率的斜率的逐漸變 化來確認?，F(xiàn)在關(guān)注于對足以給出馬上需要換油之警告的油快速惡化的開始的確定。需要檢 測兩個特征與第一線性斜率的偏離；以及大于3的當前斜率與第一線性區(qū)段的斜率之比。 為了避免發(fā)動機損壞，下述的更詳細的程序遵循更保守的方法當斜率之比超過2時向操 作者觸發(fā)一系列越來越緊急的警告，因為這提供了安全裕度并且允許操作者在換油的需要 變成危急之前還可以駕駛一段距離。下述程序提供了關(guān)于針對工作的發(fā)動機如何來實現(xiàn)這個的更多細節(jié)。該程序預期 具有一些數(shù)據(jù)存儲能力的車載計算機械(computingengine)。當前車輛廣泛利用了車載計 算機和數(shù)據(jù)存儲器，例如來在性能和燃料經(jīng)濟性上控制并優(yōu)化發(fā)動機的工作。實現(xiàn)本發(fā)明 所需的能力可以合并到目前已安裝的計算模塊中或者在單機系統(tǒng)中實現(xiàn)。本發(fā)明的效用也 以電測量值的可獲得性為基礎，所述電測量值代表當油達到與正常工作條件一致的高溫時 的發(fā)動機油狀態(tài)。存在如下車輛運行條件，例如寒冷天氣下的短途旅行所進行的測量將會 被變化的發(fā)動機油溫混淆或者被油內(nèi)的濕氣混淆或者被其他可以獲得的氣候影響所混淆。 這些因素對于本領域技術(shù)人員是眾所周知的，在下面的討論中將假設所有數(shù)據(jù)都是具有代 表性的，并且都是在將測量數(shù)據(jù)與外來影響清楚地隔離的條件下收集的。例如，預期將在基 本不變的油溫下并且當油溫超過約100°C時進行所有測量。利用例如Halalay的，110中所描述的阻抗測量單元以及利用例如Halalay的，064 中所描述的測試方法，使油在該單元中流通并在多個頻率下確定阻抗X，然后利用這些阻抗 測量值在時間間隔At上計算油的電阻率P及介電常數(shù)￡，其中At比油的預期壽命短得 多。利用下述關(guān)系計算作為時間的函數(shù)的集總化電測量值I |E(t) | | 選擇具有足夠持續(xù)時間的時間窗口以包括足夠大數(shù)目(n個)的| |E(t) | |值，以 保證例如由外部電噪聲引起的隨機或統(tǒng)計誤差不會在隨后步驟中明顯影響時間導數(shù)的確 定。將會意識到的是，電測量值的采樣率、與信號幅度相比的統(tǒng)計誤差相對幅度、以及導數(shù) 變化的速度是相互關(guān)聯(lián)的。因此，可以在油的壽命期間采用與希望數(shù)據(jù)精度相一致的可變 采樣率。盡管有如上所述，但是仍意圖收集足夠的數(shù)據(jù)，使得當作為時間的函數(shù)繪圖時所 有數(shù)據(jù)的集合將形成接近連續(xù)的曲線。因此每個時間窗口都將具有(n+1). At的持續(xù)時 間，其中At是當前采樣率。可替代地，該持續(xù)時間可以看作延伸在從時刻、到時刻、(相 當于[t0+[n+l]. At])的時間周期上。在時間窗口內(nèi)計算| |E(t) | |與時間的導數(shù)d| |E(t) | /dt，從而使隨機統(tǒng)計變化 的影響最小化。認識到圖2和3清楚地表示出當出現(xiàn)或可以預測到油壽命的快速惡化時， 該數(shù)據(jù)可以通過線性關(guān)系來擬合，導數(shù)可以如下來求得。執(zhí)行I |E(t) | |數(shù)據(jù)隨時間的線性 擬合，利用回歸程序使噪聲或隨機誤差的影響最小化，并得到形式如下的關(guān)系| |E(t) | | = C+kt，其中 C 和 k 是常量；并用k確定在時間t = 時的期望導數(shù) 為了保證確定斜率的頻度與數(shù)據(jù)收集的頻度相同，在確定斜率隨時間的變化時采 用移動平均。因此，將在與第一次確定相同的時間段(n+1). At上進行斜率的第二次確定， 但是現(xiàn)在在時間間隔“(tfAt)至時刻(、+(11+2). At)”上延伸，或者推廣至第m次確定， 在時間間隔“(tQ+m. At)至(t0+(m+n+l). At)”上延伸。在短時間處從數(shù)據(jù)中觀察到的初始峰使得通過導數(shù)[d(| |E(t) | |/肚)1來估計油 的使用壽命的能力變得更加復雜。因此，為了避免初始峰對分析帶來的混亂，使用輔助指標 或標記。為了保證所顯示的任何油壽命消息都反映油的當前狀態(tài)，當前使用中的大多數(shù) 發(fā)動機油壽命指標均要求在換油之后進行重置。重置通常是手動進行并且由換油的技術(shù) 員或用戶執(zhí)行。當重置指標時，還應該在適當?shù)能囕d計算機或存儲單元內(nèi)設置單獨的標記 (FLAG)。該標記可采用兩個值第一個值表示，在油的壽命期間的任何時刻確定的先導數(shù) (priorderivative) [d(| E(t) | |)/dt]t’具有負值(TRUE)；第二個值表示，在油的壽命期 間的任何時刻確定的先導數(shù)[d(| |E(t) | |)/dt]t’還不具有負值(FALSE)。這些情況被指定 為TRUE和FALSE只是為了方便，任何可區(qū)別這些狀態(tài)的表示都是可以接受的。FLAG在初 始時應該被設為FALSE。此外，為了臨時存儲中間結(jié)果所需的兩個存儲位置STORAGE 1和 STORAGE 2應該被重置為0。可以識別下面的稈序和結(jié)果如果在某測量時刻t’，[d(| |E(t) | |)/dt]t’ > 0 并且 FLAG = FALSE，這表示 正在初始峰的上升斜率上收集數(shù)據(jù)，并且不能或不必對油的壽命進行估計。然而，應該 對[d(| |E(t) | |)/dt]t’的當前值進行存儲。為了方便起見，用于存儲當前所確定的斜 率的存儲位置被指定為STORAGE 1。預期在相當長的一段時間內(nèi)將會連續(xù)觀察到條件 [d(| |E(t) | |)/dt]t’ > 0，因為適當?shù)臄?shù)據(jù)采樣率會導致累積比以合適的精度確定斜率所 需要的數(shù)據(jù)多得多的數(shù)據(jù)。在每次確定斜率時，應該拋棄當前存儲的值并且由當前值來替 代。這樣將只有最當前的斜率值保存在位置STORAGE 1中。當在某稍后的時刻t”，[d( |E(t) | )/dt]t，<0并且FLAG = FALSE時，這表示正 在初始峰的下降斜率上收集數(shù)據(jù)。應該將FLAG重置為FLAG = TRUE，但是不能也不必對油 的壽命進行估計。同樣，應該拋棄先前存儲的值[d(| |E(t) | |)/dt]t”，并由當前的斜率值 [d(| |E(t) | |)/dt]t”替代，并且在每次確定斜率時都應該發(fā)生這種用當前值對已存儲值的 替代，然而FLAG應該保持設定為TRUE。當在某更稍后的時刻t”，，[d(||E(t)||)/dt]t”，彡0并且FLAG = TRUE時，這表 示正在或接近于曲線中淺的最小值(shallow minimum)的最小值處收集數(shù)據(jù)。當這個條件 滿足時，需要一些附加步驟i)將剛確定的值[d( |E(t) | I) | )/dt]t”，和先前存儲的值[d( |E(t) | |)/dt]t 進行比較，這里將先前存儲的值[d( |E(t) | )/dt]t指定為[d( |E(t) | D/dth”’—1。如果 [d(| |E(t) | )/dt]t”，_[d( |E(t) | )/dt]t”，1 > 0，那么 FLAG 應該保持設定為 TRUE，并 且位置STORAGE 1內(nèi)存儲的斜率值[d(| |E(t) | D/dt]^’—1同樣應當繼續(xù)被當前斜率值即 [d(| |E(t) | )/dt]t”，替代。ii)繼續(xù)監(jiān)測斜率差[d( |E(t) | )/dt]t，，，_[d( |E(t) | D/cWt”，—1，直到該差基 本為零。即[d( |E(t) | )/dt]t”，_[d(| |E(t) | )/dt]t”，1 0，其對應于曲線的第一個
11線性區(qū)段，即區(qū)域I。然后，除了更新存儲在位置STORAGE 1中的斜率值，還應該將該斜率值 存儲在第二位置STORAGE 2中。直到換油為止，STORAGE 2都不作更新或重置。在某更稍后的時刻t””對斜率差值的繼續(xù)監(jiān)測將會導致如下條件[d(| |E(t) | )/dt]t””-[d( |E(t) | D/cWt””—1 > 0，這示意 了斜率增大的開始， 而該開始指示了油的快速惡化。如果，另外[d(| |E(t) I |)/dt]t””_7[d(| |E(t) I |)/d t] t”—1 > 2，則它表示正在進行較小線性斜率與較大線性斜率之間的過渡，應該向操作者觸發(fā) 警告告知油的剩余使用壽命有限了，不久后將需要換油。當比率[d(||E(t) | |)/dt]t””_7[d(| |E(t) | D/cWt”’—1 繼續(xù)增大時，這示意油的 剩余潤滑能力在繼續(xù)惡化，應該向車輛操作者觸發(fā)越來越緊急的警告告知需要立即換油。 如本領域技術(shù)人員所熟知的，這可以單獨或聯(lián)合利用視覺的或者聽覺的警報來實現(xiàn)。上述詳細描述的過程使得能夠基本上連續(xù)地評估油的狀態(tài)，尤其是其剩余壽命。 也可以利用該信息生成信號來告知車輛操作者油的剩余壽命，以作為當油的壽命即將結(jié)束 時提供的警告的補充。參照特定例子對本發(fā)明的實施進行了描述，提供所述特定例子的目的在于說明， 而不在于限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種用于確定使用中的一定量的油的剩余使用壽命的方法，其中所述油對工作機構(gòu)進行流體潤滑，所述方法包括當所述油處于預定工作溫度并且在所述機構(gòu)中正常使用期間，在所述油的整個壽命期間連續(xù)確定所述油的電阻率值和介電常數(shù)值；通過形成所確定的值與針對未使用的油所獲得的電阻率值和介電常數(shù)值之比，連續(xù)計算所確定的電阻率值和介電常數(shù)值的歸一化值，以便將所述歸一化值組合成單個復合式油的電特性值；通過取所述歸一化電阻率和歸一化介電常數(shù)的平方和的一半的平方根，連續(xù)計算油的電特性值；對所計算的油的電特性值的歷史進行積累，從而得到與油的累計使用時間相關(guān)的油的電特性值的曲線；計算油的電特性值的時間導數(shù)；利用所述時間導數(shù)的預定變化來預測油的使用工作壽命的結(jié)束；以及生成指示所述油的剩余使用壽命的信號。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，在觀察到所述油的電特性值的第一系列大致相同值的時 間導數(shù)之后，預測所述油的壽命結(jié)束。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，通過所述油的特性值的第二系列時間導數(shù)來預測所述油 的壽命結(jié)束，其中所述第二系列時間導數(shù)的值持續(xù)大于所述第一系列時間導數(shù)的值，并且 在繼所述第一系列時間導數(shù)之后使用了一段時間所述油以后出現(xiàn)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，所述油包括源于石油的礦基油。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，所述油包括具有碳基和/或硅基材料的合成油。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，所述機構(gòu)是以烴為燃料的發(fā)動機。
7.權(quán)利要求1的方法，其中，所述機構(gòu)內(nèi)的所述油在約90°C以上的溫度下工作。
8.權(quán)利要求3的方法，其中，所述第二系列時間導數(shù)與所述第一系列時間導數(shù)之比超 過約5。
9.一種用于確定使用中的一定量的油的剩余使用壽命的方法，其中所述油對工作機構(gòu) 進行流體潤滑，所述方法包括運行所述機構(gòu)以獲得處于90°C至150°C這一范圍內(nèi)的、穩(wěn)定的可重復的油溫；在所述油的整個壽命期間重復確定所述油的電阻率值和介電常數(shù)值；從所確定的電阻率值和介電常數(shù)值計算歸一化的無量綱的電阻率值和介電常數(shù)值；通過取所述歸一化電阻率和歸一化介電常數(shù)的平方和的一半的平方根，計算集總化電 測量參數(shù)；記錄所述油的集總化電測量參數(shù)的歷史，從而得到電大小向量隨時間變化的曲線，所 述曲線包括1)第一部分，在這期間集總化電測量值的瞬時斜率隨時間首先增大，然后減 小到零，然后在再次減小為零之前以不斷減小的速率減??；2)第二部分，在這期間所述斜 率開始時增大，然后達到基本恒定的第一值；以及3)第三部分，在這期間所述斜率同樣是 開始時增大，然后達到基本恒定的第二值，其中所述基本恒定的第二斜率比所述基本恒定 的第一斜率大；用油的狀況標識接近連續(xù)的集總化電參數(shù)隨時間變化的曲線中的各部分，其中1)第一部分表示油壽命的早期階段；2)第二階段提供早期警告，告知正在接近所述油的壽命終 點但是所述油還會繼續(xù)具有令人滿意的性能；3)第三階段表示所述油的快速惡化正在發(fā) 生并且已經(jīng)到達油壽命的終點；以及 生成表示所述油的剩余使用壽命的信號。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述油包括源于石油的礦基油。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用電裝置確定油壽命的結(jié)束。在正常的車輛發(fā)動機工作條件下連續(xù)收集發(fā)動機潤滑油的電阻率和介電常數(shù)的電測量值，并將其組合成復合參數(shù)，即集總化電測量值，其是發(fā)動機油狀況的指標，并且在油的使用壽命期間繪圖時，其顯示預期油壽命結(jié)束的第一線性斜率，之后顯示指示油壽命結(jié)束的更陡峭的第二斜率。描述了一種可在車載計算機上執(zhí)行的、用以探測這些特征的算法。
文檔編號G01N27/06GK101845977SQ20101014549
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者E·W·施奈德, I·C·哈拉萊 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司