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专利名称：用于确定在内燃机的发动机油中碳黑浓度的方法以及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求I的前序部分的用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度(Russkonzentration)的方法。此外，本发明涉及一种根据权利要求12的前序部分的用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度的装置。
背景技术：
普遍已知的是,碳黑进入(Eintrag)发动机油中可对机油特性起到不良作用。例如，到发动机油中的增加的碳黑进入量(Russeintrag)可引起对发动机油的粘度或润滑性能的损害。然而，随着由于现代的废气排放法规而越发复杂的废气后处理需求，现代的内燃机更多地在这样的运行点(Betriebspunkt)中运行，即，在其中，到发动机油中的提高的碳黑进入量是不可避免的。因此，这种类型的碳黑进入发动机油可缩短机油更换间隔，然而这与顾客对越来越长的机油更换间隔的期望背道而驰。
因此产生这样的需要，S卩，可以功能更可靠的方式相对准确地预测到内燃机、尤其地在商用车(Nutzfahrzeug)中的柴油内燃机的发动机油中的碳黑进入量，以使得可对于一定的运行条件推算出(hochrechnen)在内燃机的运行时间上的碳黑进入量。
从文件US 5, 309,213 A中已经已知一种方法和装置，借助于其可确定在液体中光学的起衰减作用(dampfen)的材料(例如在润滑油中的碳黑)的浓度。为此具体提出的是， 结合在发动机油中薄的光电池(Zelle)耦合光线，并且由此测得在不同的部位处的光学的衰减。发明内容
相应地，本发明的目的为，实现这样的用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度的方法和装置，即，借助于该方法和装置可以简单的方式且功能可靠地获得碳黑浓度以及随后获得在一定的内燃机运行时间上的碳黑进入量。
该目的通过独立权利要求的特征实现。此外，有利的设计方案为回引独立权利要求的从属权利要求的对象。
根据权利要求1，提出一种用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度的方法，在其中，沿着和/或穿过测量区段(Messstrecke)以限定的流速引导在机油循环中被引导的发动机油的限定的量，其中，在测量区段的区域中利用至少一个能量源的能量如此加载发动机油，即，包含在发动机油中的碳黑颗粒至少部分地吸收该能量。之后，紧接着借助于至少一个测量装置、具体而言优选地借助于至少一个温度测量装置探测在测量区段区域中被吸收的能量量，并且基于该被吸收的能量量确定在发动机油中的碳黑浓度。
由此，利用根据本发明的方法指导基于这样的能量量确定碳黑浓度，S卩，在发动机油中吸收该能量量，这允许尤其准确地且功能可靠地确定碳黑浓度以及随后确定到发动机油中的碳黑进入量。
原则上存在借助于至少一个测量装置探测被吸收的能量量的不同的可能性。例如，可将优选地在放射区域(Einstrahlbereich)中借助于至少一个温度测量装置探测的发动机油温度与参考温度相比较，并且从中确定在发动机油中的碳黑浓度。原则上，利用这种类型的结构可利用这样的温度测量部位确定碳黑浓度，即，其可具有一个温度测量装置， 但是或者同样可具有多个温度测量装置。例如，这种类型的温度测量部位可构造在能量源的放射点中或放射区域中，但是或者也可在发动机油的流动方向上布置在放射点或放射区域的下游。在此,在相当的(vergleichbar)发动机油状况(Motordl-VerMltnisse)中优选地在没有通过能量源引起的任何能量进入的情况下获得用于发动机油的参考温度。
然而根据一种尤其优选的具体的方法指导提出，在两个测量区段侧的在流动方向上彼此间隔开的温度测量部位之间在测量区段的区域中利用能量加载发动机油。之后，紧接着至少取决于在测量区段的不同的区域中借助于测量区段侧的温度测量部位探测的发动机油温度确定在发动机油中的碳黑浓度。利用这种类型的具体的方法指导，使到发动机油中的能量进入的尤其功能可靠的探测和评估成为可能。
根据另一优选的方法指导可设置成，使用(heranziehen)在测量区段的区域中的发动机油的流速和/或发动机油的特定的热容量和/或碳黑的吸收横截面 (Absorptionsquerschnitt)(例如以用于碳黑颗粒的福射吸收的总的有效横截面的形式) 作为其它参数以用于确定碳黑浓度。由此，可进一步提高在确定碳黑浓度时的预测精度。
由此，利用这种类型的根据本发明的方法指导总地可以简单的且功能可靠的方式可靠地确定在发动机油中的碳黑浓度，尤其地取决于限定的运行点确定在发动机油中的碳黑浓度。此外，备选地或附加地，也可以简单的方式确定用于催化器和/或颗粒过滤器的催化器运行点和/或再生措施。
尤其优选地，能量源为光学的能量源，例如激光器，例如二极管激光器 (Diodenlaser)，该能量源将能量放射到至少一个限定的测量区段侧的放射点或放射区域中。根据本发明的一种优选的设计方案设置成，通过通流容器(Durchflusskiivette)形成测量区段，发动机油的限定的量被导引通过该通流容器，其中，优选地设置成，温度测量部位布置在彼此间隔开的容器区域的区域中。那么优选地，在此如此进行温度探测，即，例如借助于获得温度差获得并评估在测量区段侧的放射点或放射区域的上游和下游的温度差。 那么，为此优选地，能量源在两个彼此间隔开的温度测量部位之间的区域中将能量放射到发动机油中。
原则上以此为出发点，S卩，横向于流动方向完全地辐射穿过机油体积的激光束引起在放射点中在机油体积的整个横截面上均匀的能量进入，其中，参考该横截面基本上均匀地由碳黑颗粒吸收能量。紧接着，在参考横截面发动机油温度均匀提高的情况下将能量直接放出到发动机油处，以使得在至少一个温度测量部位、尤其地在位于放射点或放射区域下游的温度测量部位的区域处应用传感器以用于探测温度是足够的。然而，尤其地在更高的待期待的碳黑浓度(在该浓度下如有可能激光束不再可完全地辐射穿过机油体积，因为碳黑颗粒已经提早将能量吸收)时，已证实为有利的是，在至少一个温度测量部位的区域中布置多个彼此空间上间隔开的温度传感器，借助于这些温度传感器可简单地且可靠地例如在放射点或放射区域的区域中或下游探测在发动机油中的如有可能存在的空间上不同的温度分布。为此优选地，温度传感器布置在关于发动机油的流动方向相同的横截面平面中和/或温度传感器相对于放射区域具有在流动方向上基本上相同的间距。
根据另一备选的解决方案可设置成，借助于温度测量装置探测在放射点或放射区域中的发动机油温度，其中优选地设置成，在第一温度测量部位处探测在放射点或放射区域上游的发动机油温度，并且在第二间隔开的温度测量部位处探测在放射点或放射区域中的发动机油温度。在此，根据一种设计方案尤其优选地，通过高温计(Pyrometer)形成温度测量装置，借助于该高温计探测由发动机油在放射点或放射区域中发射的热辐射，并且紧接着确定在发动机油中的碳黑浓度。由此，现在借助于高温计直接在放射点处探测机油温度。在此利用的是，当能量源的放射深度减小时，与在相同的能量量和更大的放射深度的情况中相比，仅仅加热较小的机油体积。由此，更强地加热更小的机油体积，从而结果其也发射更高的热辐射，最终可由高温计测得该热辐射。
这样的方法指导是尤其优选的，S卩，在其中对于内燃机的限定的运行状态连续地但是或者也间隔式地(例如周期地)在内燃机的运行时间上探测碳黑浓度并且将其输送到评估装置，在评估装置中确定到发动机油中的与工作时间相关的和/或与负载或运行点相关的碳黑进入量。利用如此获得的碳黑浓度可以简单的方式确定，如有可能何时考虑机油更换。那么，如有可能可如此调整或影响内燃机的运行策略，即，在限定的时间点必须更换机油。
此外，在装置方面，该目的通过根据权利要求12的特征实现。
根据权利要求12提出一种形成传感器的用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度的装置，优选地，该装置具有通流容器以用于形成测量区段。此外，该装置具有一个或多个、尤其地两个在测量区段的区域中彼此间隔开的温度测量部位。此外，设置至少一个能量源，借助于该能量源可在至少一个限定的放射点或放射区域中将能量输送到发动机油中的碳黑颗粒处。最后，根据本发明的装置包括评估装置，可至少将在至少一个温度测量部位处探测的温度输送到该评估装置处以用于确定在发动机油中的碳黑浓度。在此，在系统中可固定地预定除了各个待探测的温度数据之外所需的用于确定碳黑进入量的参数。
上文已经详细解释了利用这种类型的装置得到的优点。
根据一种具体的设计方案，温度测量部位可分别包括至少一个通过线圈形成的温度传感器，该线圈为可校正(abgleichen)用于温度探测的带有阻抗(Widerstand)的电桥电路的组成部分，其中，线圈以彼此间隔开的方式布置在形成测量区段的通流容器的区域中。


在图中示意性地示出用于具体地实现(Umsetzung)根据本发明的装置和根据本发明的方法指导的实施例。
其中
图I示意性地显示了用于确定在发动机油中的碳黑进入量的装置的示例性的实施形式，
图2示意性地显示了带有多个布置在放射点下游的温度传感器的结构，以及
图3示意性地显示了根据本发明的装置的另一备选的变型方案。
具体实施方式
在图I中显示了用于确定在发动机油中的碳黑浓度的传感器I，传感器I具有通流容器2，其具有限定的预定的容量(Volumen)。预定量的内燃机的发动机油在一定的持续时间上在流动箭头3，4的方向上流经通流容器2，其中，通过通流容器2的发动机油的流速基本上始终相同，并且具有预定的且由此已知的速度值。
在此，示例性地，在流入侧的容器区域5中在发动机油的流动路径中布置有第一线圈7。以与第一线圈7成间距的方式，在流出侧的容器区域6中布置有另一基本上结构相同的线圈8，其同样位于发动机油的流动路径中。
这两个线圈7，8与阻抗9，10 (其中阻抗10构造成可变的阻抗)以及与电压测量仪11共同形成已知的电桥电路12，在此仅仅示例性地且示意性地示出该电桥电路12，并且显然电桥电路12也可具有任何其它合适的结构。
利用这种类型的电桥电路12，在线圈7,8的区域中构造两个彼此间隔开的温度测量部位或传感器，借助于其可一方面在流入侧的容器区域5中以及另一方面在流出侧的容器区域6中探测发动机油的温度。由此，具体地，在在此选择的且显示的电桥电路12中，利用导体的电的阻抗的温度关系以用于测量温度。这是普遍已知的并且，在该处不必进一步讨论。
此外，传感器I包括在此示例性地选择的二极管激光器13作为光学的能量源，如这在图I中仅仅以虚线示出的那样，借助于二极管激光器13在两个通过线圈7，8形成的温度测量部位之间的区域中如此将光学的能量放射到通流容器2中，即，包含在发动机油中的碳黑颗粒吸收该能量并且紧接着在提高发动机油温度的情况下再次将能量释放到发动机油处。由此，在线圈8的区域中测得温度T2，其在限定的程度上大于在线圈7的区域中探测且测得的温度1\。基于在线圈侧的温度测量部位处的两个温度T2和T1之间的温度差，可借助于在此仅仅非常示意性地示出的评估装置15结合已知的在容器区域中的发动机油的流速、碳黑或碳黑颗粒的已知的吸收横截面以及所使用的发动机油的特定的比热容获得对于当前的内燃机运行状态的在发动机油中的相应的碳黑浓度，并且相应地与运行点相关地和/或在内燃机的寿命上获得总的碳黑进入量。
在此，仅仅示例性地且任意地选择参考形成温度测量部位的线圈7,8的位置获得的放射点14的中心的定位。显然，无论何时其它的布置方案也是可能的。
最终，在图2中仅仅非常示意性地示出备选的实施方案，在其中，在放射点14的上游仅仅设置一个例如通过线圈形成的温度传感器，借助于该温度传感器探测温度T1，而在放射点14的下游在此示例性地分别布置三个空间上彼此间隔开的温度传感器，借助于这些温度传感器，参考一定的位于流动方向上的容器横截面探测在放射点14下游的横截面的不同部位处的温度T2, T3, T4,由此可能的是，在放射点14的下游确定发动机油温度的在流动横截面上观察的空间的分布。
对于在图2的左边的图示中示出的情况(即，仅仅存在发动机油中的正常碳黑浓度)，激光束13a辐射穿过整个测量区段区域或容器区域，从而在放射点14的下游的区域中温度T2, T3和T4基本上分别具有相同的温度值。
如果相反地，在发动机油中的碳黑浓度如此增加，即，激光束13a不可再完全地穿透测量区段区域(如在图2的中间的图示中示出的那样)，则在放射点14的下游的区域中一方面得到对于温度T2和T3以及另一方面对于T4的不同的温度值，也就是说，在在此显示的示例情况中，相对于上游地测得的温度T1不出现或仅仅出现不明显的在探测温度T4的温度传感器的位置的区域中的温度提高。
相同情况(Das Gleiche)在图2的右侧的图示中示出用于在发动机油中的更高的碳黑含量。在这种情况中，在探测温度T3和T4的温度传感器的区域中探测不到或仅仅探测到不明显的相对于温度T1的温度值差别。
由此，基于参考横向于流动方向的流动横截面的温度的空间不均匀分布，如有可能在使用之前已经描述的参数或这些参数中的至少一个的情况下可推出在机油中的碳黑含量。在此优选地，探测温度T2, T3和T4的在此未示出的温度传感器近似位于穿过测量区段2的相同的横截面中。
在图3中显示了涉及碳黑浓度的相同的情况，然而在其中，与根据图2的设计方案不同地，在放射点14的下游未空间上彼此间隔开地布置多个例如通过线圈形成的温度传感器，而是借助于高温计16直接在放射点14处测量机油温度T2。如果激光束13a的放射深度减小(如从左至右地在图3的图示中显示的那样)，则以相同的能量量加热更小的机油体积，然而更强地加热该更小的机油体积，并且由此结果为放出更高的热辐射，之后可由高温计16测得该热辐射。那么由此可推出在机油中的碳黑含量。
可理解的是，在以上根据图2和3中描述的示例中的温度传感器可分别以不同的方式构造在各个温度测量部位处，例如，通过结合图I显示的线圈，但是也可通过合适的其它对于本领域技术人员已知的温度传感器。
权利要求
1.一种用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度的方法，在该方法中，沿着和/或穿过测量区段(2)以限定的流速引导发动机油的限定的量，其特征在于，在所述测量区段(2)的区域中利用至少一个能量源(13)的能量如此加载所述发动机油，即，包含在所述发动机油中的碳黑颗粒至少部分地吸收所述能量，并且，借助于至少一个测量装置探测在所述测量区段区域中被吸收的能量量，尤其地借助于至少一个温度测量装置探测在所述测量区段区域中被吸收的能量量，并且从中确定在发动机油中的碳黑浓度。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，将优选地在放射区域(14)中借助于至少一个温度测量装置探测的发动机油温度与参考温度相比较，并且从中确定在发动机油中的碳黑浓度，其中，优选地设置成，在相当的发动机油比例中然而在没有通过所述能量源(13) 引起的能量进入的情况下获得用于所述发动机油的参考温度。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述测量区段(2)的区域中在两个测量区段侧的在流动方向上彼此间隔开的温度测量部位(7，8)之间利用能量加载发动机油，并且至少取决于在所述测量区段(2)的不同的区域中的借助于测量区段侧的所述温度测量部位(7，8)探测的发动机油温度确定在所述发动机油中的碳黑浓度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用在所述测量区段(2)的区域中的发动机油的流速和/或所述发动机油的特定的比热容和/或碳黑的吸收横截面作为其它参数以用于确定碳黑浓度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述能量源(13)为光学的能量源、尤其地激光器，所述能量源将能量放射到至少一个限定的测量区段侧的放射点或放射区域(14)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过通流容器(2)形成所述测量区段，所述发动机油的限定的量被导引通过所述通流容器，其中，优选地设置成，多个温度测量部位(7，8)布置在彼此间隔开的容器区域的区域中。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其特征在于，在两个彼此间隔开的温度测量部位(7，8)之间的区域中所述光源(13)如此放射，即，在所述放射点或放射区域(14) 的上游和下游的区域中进行发动机油温度探测。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个温度测量部位的区域中、尤其地在位于所述放射点或放射区域(14)下游的温度测量部位(8)的区域中布置多个彼此空间上间隔开的温度传感器，借助于所述温度传感器优选地在所述放射点或放射区域(14)的区域中或下游探测在所述发动机油中的如有可能存在的空间上不同的温度分布，其中优选地设置成，所述温度传感器布置在参考所述发动机油的流动方向相同的横截面中和/或所述温度传感器相对于所述放射区域具有在流动方向上基本上相同的间距。
9.根据权利要求I至6中任一项所述的方法，其特征在于，借助于温度测量装置(16) 探测在所述放射点或放射区域(14)中的发动机油温度，其中优选地设置成，在第一温度测量部位(7)处探测在所述放射点或放射区域(14)上游的发动机油温度，并且在第二间隔开的温度测量部位⑶处探测在所述放射点或放射区域(14)中的发动机油温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过高温计形成所述温度测量装置(16)，借助于所述高温计探测由发动机油在所述放射点或放射区域(14)中发射的热辐射， 并且基于所述测量进一步确定在所述发动机油中的碳黑浓度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于内燃机的限定的运行状态连续地或者间隔式地在内燃机的运行时间上探测碳黑浓度并且将碳黑浓度输送到评估装置(15)，在所述评估装置(15)中确定到所述发动机油中的与工作时间相关的和/或与负载相关的碳黑进入量。
12.一种用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度的、尤其地用于执行根据前述方法权利要求中任一项所述的方法的装置，所述装置具有测量区段，其特征在于-至少一个温度测量部位，-至少一个能量源(13)，借助于所述能量源(13)可在至少一个限定的放射点或放射区域(14)中将能量输送到发动机油中的碳黑颗粒处，以及-评估装置(15)，可至少将在至少一个温度测量部位(7，8)处探测的温度输送到所述评估装置(15)处以用于确定在所述发动机油中的碳黑浓度。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，通过两个布置在形成所述测量区段的通流容器(2)的区域中的、彼此间隔开的温度测量部位形成所述至少一个温度测量部位。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述能量源(13)为光学的能量源、尤其地二极管激光器。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个温度测量部位包括至少一个通过线圈(7，8)形成的温度传感器，所述温度传感器为可校正用于温度探测的带有阻抗(9，10)的电桥电路(12)的组成部分，其中，优选地设置成，多个线圈(7，8) 以彼此间隔开的方式布置在形成所述测量区段的通流容器(2)的区域中。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度的方法，在其中，沿着和/或穿过测量区段(2)以限定的流速引导发动机油的限定的量，其中，在测量区段(2)的区域中利用至少一个能量源(13)的能量如此加载发动机油，即，包含在发动机油中的碳黑颗粒至少部分地吸收该能量。紧接着，探测在测量区段的区域中被吸收的能量量，并且从中确定在发动机油中的碳黑浓度。此外，要求保护一种用于确定在内燃机的发动机油中的碳黑浓度的装置。
文档编号G01N33/26GK102539654SQ20111033040
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月17日 优先权日2010年10月16日
发明者F·菲舍尔, H·贝克 申请人:曼卡车和巴士股份公司