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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur automatischen Motoröllebensdauerbestimmung, bei der die Anwesenheit von Ölspritzdüsen berücksichtigt ist.
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HINTERGRUND
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In Verbrennungsmotoren wird Öl typischerweise zur Schmierung, Reinigung, Hemmung von Korrosion, Verbesserung der Dichtung wie auch Kühlung des Motors durch Wegführen von Wärme von den beweglichen Teilen verwendet. Motoröle werden allgemein aus erdölbasierten und nicht aus Erdöl bestehenden synthetisierten chemischen Verbindungen abgeleitet. Moderne Motoröle werden hauptsächlich durch Verwendung von Basisöl, das aus Kohlenwasserstoffen besteht, und anderen chemischen Additiven für eine Vielzahl spezifischer Anwendungen gemischt. Über den Verlauf der Nutzlebensdauer des Öls wird Motoröl häufig mit Fremdpartikeln und löslichen Schmutzstoffen kontaminiert, und seine chemischen Eigenschaften werden aufgrund von Oxidation und Nitrierung verschlechtert. Ein üblicher Effekt einer derartigen Kontamination und Verschlechterung bzw. Degradation besteht darin, dass das Öl seine Fähigkeit, den Motor vollständig zu schützen, verlieren kann, was einen Wechsel oder Austausch des gebrauchten Öls gegen sauberes neues Öl erfordert.
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Motoröl wird allgemein auf Grundlage der Nutzungszeit oder auf Grundlage einer Distanz, die das den Motor enthaltende Fahrzeug gelaufen ist, gewechselt. Tatsächliche Betriebsbedingungen des Fahrzeugs und Motorbetriebsstunden stellen einige der häufiger verwendeten Faktoren bei der Entscheidung, wann das Motoröl zu wechseln ist, dar. Zeitbasierte Intervalle berücksichtigen kürzere Fahrten, wobei weniger Meilen gefahren werden, während mehr Schmutzstoffe aufgebaut werden. Während derartiger kürzerer Fahrten kann das Öl oftmals möglicherweise nicht die vollständige Betriebstemperatur lange genug erreichen, um Kondensation, überschüssigen Kraftstoff und andere Verschmutzung wegzubrennen, die zu ”Schlamm”, ”Lack” und anderen schädlichen Ablagerungen führen kann.
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Um zeitige Ölwechsel zu unterstützen, weisen moderne Motoren oftmals Öllebensdauerüberwachungssysteme auf, um den Ölzustand auf Grundlage von Faktoren zu schätzen, die typischerweise eine Verschlechterung bewirken, wie Motordrehzahl und Öl- oder Kühlmitteltemperatur. Wenn ein Motor, der ein Öllebensdauerüberwachungssystem einsetzt, in einem Fahrzeug verwendet ist, kann eine derartige gefahrene Gesamtdistanz des Fahrzeugs seit dem letzten Ölwechsel einen zusätzlichen Faktor bei der Entscheidung hinsichtlich des geeigneten Zeitpunkts für einen Ölwechsel darstellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist hier ein Verfahren zur Bestimmung einer Restöllebensdauer vor einem Ölwechsel in einem Verbrennungsmotor, der einen Ölkörper verwendet, offenbart. Das Verfahren umfasst ein Übertragen des Ölkörpers an den Motor und ein Bestimmen eines Volumens des übertragenen Ölkörpers. Das Verfahren umfasst auch ein Bestimmen, ob eine Ölspritzdüse in dem Motor vorhanden ist. Zusätzlich umfasst das Verfahren das Bestimmen der Restöllebensdauer auf Grundlage des bestimmten Volumens des Ölkörpers und ob eine Ölspritzdüse in dem Motor vorhanden ist. Überdies umfasst das Verfahren ein Aktivieren einer Ölwechselanzeige, wenn die Restöllebensdauer ein vorbestimmtes Niveau erreicht.
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Das Verfahren kann zusätzlich ein Rücksetzen der Ölwechselanzeige zur Darstellung von 100% verbleibender Öllebensdauer nach dem Ölwechsel aufweisen. Zumindest eine der Aktionen aus Bestimmung eines Volumens des übertragenen Ölkörpers, Bestimmung der Restöllebensdauer und Aktivieren und Rücksetzen der Öllebensdaueranzeige können über einen Controller erreicht werden, der relativ zu dem Motor angeordnet und funktionell mit diesem verbunden ist.
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Der Motor kann einen Ölsumpf aufweisen, der zur Aufnahme des übertragenen Ölkörpers angeordnet ist. Die Aktion zur Bestimmung eines Volumens des übertragenen Ölkörpers kann eine Bestimmung eines Pegels des übertragenen Ölkörpers in dem Sumpf aufweisen. Die Aktion zum Bestimmen der Restöllebensdauer kann ferner eine Bestimmung einer Anzahl von Umdrehungen für jedes Verbrennungsereignis des Motors und das Bestimmen einer Anzahl von zulässigen Verbrennungsereignissen unter Verwendung des bestimmten Ölvolumens umfassen.
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Die Ölspritzdüse kann in dem Motor vorhanden sein. In einem solchen Fall kann die Bestimmung der Restöllebensdauer die Einstellung der Restöllebensdauer um einen Faktor umfassen, der ein Ölvolumen von dem übertragenen Ölkörper repräsentiert, das durch die Ölspritzdüse bereitgestellt wird.
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Es ist auch ein System zur Bestimmung der Restöllebensdauer, die für ein Ölvolumen zulässig ist, offenbart.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Motoröllebensdauerüberwachungssystems; und
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2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung einer Anzahl von Motorumdrehungen zeigt, die für ein Ölvolumen in einem Verbrennungsmotor zulässig sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten über die verschiedenen Figuren hinweg entsprechen, zeigt 1 ein automatisches Öllebensdauersystem 5. Das Öllebensdauersystem 5 ist zur Bestimmung einer verbleibenden effektiven oder Nutzlebensdauer von Öl, das in einem Verbrennungsmotor verwendet ist, vor einem Ölwechsel konfiguriert. Die Bestimmung der Restöllebensdauer durch das Öllebensdauersystem 5 umfasst ein Bestimmen einer Anzahl zulässiger Motorumdrehungen für ein spezifisches Ölvolumen.
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Das automatische Öllebensdauersystem 5 weist einen Verbrennungsmotor auf, der schematisch dargestellt und durch Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Motor 10 weist einen Motorblock 12 auf. Der Block 12 umschließt innere Motorkomponenten, wie eine Kurbelwelle 14, Hubkolben 16 und Pleuelstangen 18. Die Kolben 16 sind an der Kurbelwelle 14 über Pleuel 18 zur Hubbewegung in Zylinderbohrungen 13 angebracht. Die Kolben 16 übertragen die Verbrennungskraft an die Kurbelwelle und versetzen dadurch den Motor 10 in Rotation. Die Rotation des Motors 10, die typischerweise in Umdrehungen pro Minute (U/min) gemessen wird, ist durch einen Pfeil 19 bezeichnet. Jede Verbindung zwischen den jeweiligen Kolben 16 und Pleueln 18 und zwischen den Pleueln und der Kurbelwelle 14 weist ein geeignetes Lager (nicht gezeigt) für eine glatte und zuverlässige Rotation auf. Der Motor 10 weist auch Ölspritzdüsen 15 auf. Eine einzelne Ölspritzdüse 15 ist an dem Block 12 unterhalb des Kolbens 16 zur Lieferung eines Strahls aus Öl an die Unterseite des Kolbens 16 oder an die Wand der Zylinderbohrung 13 angeordnet gezeigt. Spritzdüsen 15 werden dabei eingesetzt, um die durch die Kolben 16 auftretende thermische Beanspruchung zu mindern, die durch Verbrennung während des Betriebs des Motors 10 erzeugt wird. Obwohl eine einzelne Ölspritzdüse 15 an jedem Kolbenort gezeigt ist, ist die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Spritzdüsen zum Kühlen eines einzelnen Kolbens 16 nicht ausgeschlossen.
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Der Motor 10 weist auch eine Ölwanne oder einen Ölsumpf 20 auf. Der Sumpf 20 ist an dem Motor 10 angeordnet und an dem Block 12 zur Aufnahme eines Ölkörpers 22 befestigt. Der Ölkörper 22 ist in dem Motor 10 zum Schmieren der beweglichen Teile des Motors, wie Lager (nicht gezeigt), Kolben 16 und Pleuel 18, und für andere Funktionen verwendet, wie Kühlung des Motors durch Wegführen von durch Reibung und Verbrennung erzeugter Wärme von den beweglichen Teilen. Der Ölkörper 22 funktioniert zusätzlich zur Entfernung von Schmutzstoffen von dem Motor 10. Der Motor 10 weist zusätzlich einen Ölfilter 26 auf, der spezifisch konfiguriert ist, dass er verschiedene Fremdpartikel abfängt, die das Öl im Gebrauch sammeln kann. Damit die Ölströmung nicht beschränkt wird, ist der Filter 26 allgemein in der Lage, Partikel nur bis zu einer gewissen Größe herunter abzufangen, und kann somit versagen, kleinere Schmutzstoffe zu fangen. Der Ölkörper 22 kann auch lösliche Schmutzstoffe absorbieren, die nicht von dem Filter 26 entfernt werden. Daher wird der Ölkörper 22 über die Zeit aufgrund von Oxidation und Nitrierung wie auch Verschmutzung mit Fremdmaterialien chemisch verschlechtert, wodurch es bei seinem Schutz des Motors 10 weniger effektiv wird und einen Ölwechsel erforderlich macht. Der Sumpf 20 weist einen entfernbaren Stopfen 24 auf, der als eine Gewinde-Befestigungseinrichtung konfiguriert sein kann, um ein Abziehen des Ölkörpers 22 von dem Sumpf während eines Ölwechsels zuzulassen.
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Das automatische Öllebensdauersystem 5 weist auch einen Controller 28 auf und kann einen Sensor 30, wie gezeigt ist, aufweisen. Der Controller 28 kann ein Zentralprozessor, der derart konfiguriert ist, den Betrieb des Motors 10 zu regulieren, oder eine dedizierte Einheit sein, die derart programmiert ist, dass nur das automatische Öllebensdauersystem betrieben wird. Der Sensor 30 ist zur Erfassung eines Pegels oder einer Höhe des Ölkörpers 22 konfiguriert. Der Controller 28 steht in Kommunikation mit dem Sensor 30, der an dem Motor 10 relativ zu dem Sumpf 20 angeordnet ist. Der Sensor 30 ist zumindest teilweise in den Ölkörper 22 eingetaucht und derart konfiguriert, dass der Pegel des Öls, das in dem Sumpf 20 vorhanden ist, erfasst wird und derartige Daten an den Controller 28 kommuniziert werden. Der Sensor 30 kann derart konfiguriert sein, den Pegel des Ölkörpers 22 entweder, wenn der Motor 10 abgeschaltet ist, oder dynamisch zu erfassen, d. h. wenn der Motor läuft. Der Controller 28 empfängt Daten von dem Sensor 30 und bestimmt eine geeignete Zeit oder Gelegenheit zum Wechsel des Ölkörpers 22, d. h. Austausch gegen frisches Öl.
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Die geeignete erlaubte Anzahl von Motorumdrehungen vor einem Wechsel des Ölkörpers 22 wird gemäß einer mathematischen Beziehung oder eines mathematischen Algorithmus R(Rev) = K(Öl) × [K(Motor) × KPS] × V bestimmt, die durch Bezugszeichen 33 bezeichnet ist. Die mathematische Beziehung 33 ist in dem Controller 28 programmiert und gespeichert. R(Rev) repräsentiert eine Gesamtanzahl von Motorumdrehungen, die für ein spezifisches Volumen des Ölkörpers 22 zulässig ist. R(Rev) kann auch für ein vorbestimmtes Niveau einer effektiven oder Nutzlebensdauer repräsentativ sein, die dem Ölkörper 22 verbleibt, bevor ein Ölwechsel notwendig wird. Der Faktor K(Öl) repräsentiert eine Gesamtanzahl erlaubter Verbrennungsereignisse des Motors 10 pro Liter des Ölkörpers 22, während K(Eng) eine Anzahl von Umdrehungen des Motors 10 für jedes Verbrennungsereignis des Motors repräsentiert. Die Gesamtzahl zulässiger Verbrennungsereignisse pro Liter des Ölkörpers 22 K(Öl) stellt in Beziehung 33 eine Eingangsvariable dar.
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K(Motor) ist eine mathematische Konstante, deren Wert von der tatsächlichen Motorkonfiguration mit einer spezifischen Anzahl von Zylindern abhängt. Beispielsweise sind in einem Viertaktmotor mit sechs Zylindern zwei vollständige Motorumdrehungen für jeden Zylinder für ein einzelnes Verbrennungsereignis erforderlich, d. h. K(Motor) ist gleich 2 geteilt durch 6 bei demselben Beispiel und besitzt daher einen Wert gleich 1/3. Die höchsten Temperaturen, denen der Motor 10 ausgesetzt ist, treten in den Brennräumen 17 während der tatsächlichen Verbrennungsereignisse auf. Da die Kolben 16 in direktem Kontakt mit den Verbrennungskräften stehen und infolge der extremen Temperaturen, die während der Verbrennungsereignisse erzeugt werden, sind die Kolben ebenfalls extrem hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. Es sind Ölspritzdüsen 15 vorgesehen, um derartige thermische Beanspruchungen zu vermeiden. Ein Ölanteil von dem Ölkörper 22 wird daher an die Unterseite der Kolben 16 oder an die Wand der jeweiligen Zylinderbohrungen 13 gesprüht, sodass bei Kontakt mit den Kolben dieser bestimmte Anteil des Öls eine große Menge an Wärme absorbiert. Demgemäß beschleunigt ein Kontakt von Öl mit derartigen extremen Temperaturen die Verschlechterung des bestimmten Anteils des Ölkörpers 22 und führt zu einer Reduzierung der Gesamtanzahl zulässiger Motorumdrehungen R(Rev).
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Es ist ein Faktor kPS vorgesehen, um die Verschlechterung des bestimmten Anteils des Ölkörpers 22, der an die Unterseiten der Kolben 16 oder an die Wand der jeweiligen Zylinderbohrungen 13 gesprüht wird, zu berücksichtigen. Wenn Spritzdüsen 15 vorhanden sind, wird der Faktor kPS als ein Dezimalbruch ausgedruckt, d. h. eine Zahl kleiner als 1, um mit dem Faktor K(Motor) multipliziert zu werden und dadurch die Anzahl von Umdrehungen des Motors 10 für jedes Verbrennungsereignis des Motors zu reduzieren, wenn der Motor Ölspritzdüsen 15 verwendet. Die tatsächliche Größe des Faktors kPS kann empirisch bestimmt oder auf Grundlage der tatsächlichen Nutzöllebensdauer des Ölkörpers 22 geschätzt werden, die während der Bewertung und dem Test des Motors 10 bestimmt wird. Wenn keine Spritzdüsen 15 in dem Motor 10 vorhanden sind, wird der Faktor kPS auf einen Wert von 1 eingestellt. Daher wird bei dem Beispiel des Viertaktmotors mit sechs Zylindern, wie oben beschrieben ist, der K(Motor)-Wert von 1/3 zusätzlich mit dem Faktor kPS multipliziert. Das Ergebnis von K(Motor) × kPS wird dann in der mathematischen Beziehung 33 verwendet. Innerhalb derselben mathematischen Beziehung 33 ist der Faktor V ein Volumen in Liter des Ölkörpers 22, wie durch die Nennölkapazität des Motors 10 bestimmt ist, die typischerweise an der ”Voll”-Markierung an einer Ölpegelanzeige oder einem Tauchstab (nicht gezeigt) angezeigt ist oder auf dem Ölpegel in dem Sumpf 20, der durch Sensor 30 erfasst ist, nach dem Ölwechsel basiert. Somit wird, wenn die mathematische Beziehung 33 den Faktor kPS enthält, R(Rev) dadurch bezüglich extremer Temperaturen der Verbrennung eingestellt, die durch Kolben 16 oder die Wände der Zylinderbohrungen 13 an das Ölvolumen, das durch die Ölspritzdüsen 15 gesprüht wird, geleitet wird.
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Nach der Bestimmung von R(Rev) auf Grundlage der Beziehung 33 führt der Controller 28 eine Steueraktion aus, wie ein Aktivieren oder Auslösen einer Öllebensdaueranzeige 34. Die Öllebensdaueranzeige 34 ist derart konfiguriert, einem Bediener des Motors oder des den Motor enthaltenden Fahrzeugs zu signalisieren, wann die Anzahl von Motorumdrehungen, die für die bestimmte Qualität und das bestimmte Volumen des Ölkörpers 22 zulässig ist, R(Rev) erreicht worden ist. Die Öllebensdaueranzeige 34 kann auch den Prozentsatz der verbleibenden Öllebensdauer anzeigen. Um sicherzustellen, dass der Bediener zuverlässig benachrichtigt wird, wenn die Zeit zum Ölwechsel gekommen ist, kann die Öllebensdaueranzeige 34 an einer Instrumententafel innerhalb eines Fahrgastraums des Fahrzeugs positioniert sein. Die Öllebensdaueranzeige 34 kann unmittelbar bei der Bestimmung, dass R(Rev) erreicht worden ist, oder nur nachdem R(Rev) erreicht worden ist, wenn der Motor gestartet und/oder abgeschaltet ist, ausgelöst werden. Nach dem Ölwechsel wird die Öllebensdaueranzeige 34 zur Darstellung von 100% verbleibender Öllebensdauer rückgesetzt und die Bestimmung von R(Rev) an einem frischen Ölkörper kann beginnen.
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Ein Verfahren 40 zur Bestimmung einer Restöllebensdauer vor einem Ölwechsel ist in 2 gezeigt und nachfolgend unter Bezugnahme auf den in 1 gezeigten Aufbau beschrieben. Das Verfahren 40 beginnt bei Kästchen 42 mit der Übertragung eines Ölkörpers 22 an den Sumpf 20.
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Nach dem Kästchen 42 fährt das Verfahren mit Kästchen 44 fort, wo es eine Bestimmung des Ölvolumens V des übertragenen Ölkörpers 22 aufweist, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Nach dem Kästchen 44 fährt das Verfahren mit Kästchen 46 fort. Bei Kästchen 46 umfasst das Verfahren die Bestimmung des geeigneten Wertes von Faktor kPS, der repräsentiert, ob eine Ölspritzdüse in dem Motor 10 vorhanden ist, und kann auch ein spezifisches Ölvolumen von dem Ölkörper 22 repräsentieren, das durch Ölspritzdüsen 15 an die Kolben 15 oder die Wände der Zylinderbohrungen 13 geliefert wird. Ein derartiges spezifisches Ölvolumen wird durch die Konstruktion vorgesehen, um Kolben 16 effektiv zu kühlen. Die Wirkung, dass ein derartiges Ölvolumen den extremen Temperaturen der Verbrennung bei der zulässigen Anzahl von Motorumdrehungen R(Rev) ausgesetzt ist, und der geeignete Wert des Faktors kPS können daher während des Tests des Motors 10 empirisch hergestellt werden.
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Nach Kästchen 46 fährt das Verfahren mit Kästchen 48 fort. Bei Kästchen 48 umfasst das Verfahren die Bestimmung, wann die Restöllebensdauer ein vorbestimmtes Niveau erreicht und ein Ölwechsel erforderlich ist. Das vorbestimmte Niveau an Restöllebensdauer kann gemäß der Anzahl von Motorumdrehungen R(Rev) hergestellt werden, wobei R(Rev) darauf, ob Kolbenspritzdüsen im Motor 10 vorhanden sind, und daher auf dem bestimmten Faktor kPS und dem bestimmten Volumen des Ölkörpers 22 durch Verwendung der Beziehung 33 basiert. Nach dem Kästchen 48 fährt das Verfahren mit Kästchen 50 fort, wo es ein Ausführen einer Steueraktion aufweist, wie ein Aktivieren der Öllebensdaueranzeige 34, um einen Bediener des Motors 10 oder des Fahrzeugs, in dem sich der Motor befindet, zu signalisieren, wann die Restöllebensdauer das vorbestimmte Niveau erreicht. Eine kontinuierliche Ablesung des Prozentsatzes der restlichen Nutzöllebensdauer, wie durch die Anzahl von Motorumdrehungen R(Rev) reflektiert ist, die bezüglich des Ölvolumens eingestellt ist, das an die Kolben 16 oder die Wände der Zylinderbohrungen 13 gesprüht wird, kann auf Grundlage des Faktors kPS ebenfalls vorgesehen werden.
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Während die besten Arten zur Ausführung der Erfindung detailliert beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche.