专利名称：利用电装置确定油寿命的结束的制作方法
技术领域：
本发明涉及对工作的内燃机中润滑油的品质和剩余使用寿命进行连续评估，在工 作的内燃机中润滑油由于暴露于高温、污染以及剪切负载而遭受连续的品质恶化。该方法 需要连续测量油的电阻和介电常数，以特定的方式对这些测量值进行组合并利用所得到的组合测量值作为油寿命的指标。
背景技术：
用作内燃机中润滑流体的油，由于在氧化环境中暴露于高温、高剪切应力以及来 自燃烧产物或其他来源的污染而在使用中遭受逐渐恶化。因此，润滑流体的性能在使用过 程中连续下降，直到其润滑特性不能满足最低标准并且其必须用新油更换或替代。尽管已 经显示众多工作台式分析测量值与发动机的油状况相关，但它们需要获得油的采样；经 常使用精密的设备对油进行化学分析；以及解读结果。因此，这种分析测量值非常适合于对 油品质的研究评估，但是对于在使用中评估油的状况却不是一种优选方法。为了提高消费者的便利性以及保护自然资源，希望延长车辆发动机油的更换间 隔，直到该流体的润滑能力仅满足最低可接受标准。然而，显著地延长发动机油的更换间隔 需要可靠地知晓油的状态，从而使得消费者可以在“使用中的恶化”已经将润滑性能降低到 了最低可接受水平时即时地注意到需要换油了。制造商已经通过在固定的里程距离之后要求换油，或者通过根据发动机的工作状 况使用算法来估计油的剩余寿命并将结果提供给车辆操作者，而响应于这种需求。为了避 免对发动机或其他机构造成任何损坏，这些指标通常被规定为低估润滑流体的寿命。因此，需要一种更精确的方法来确定润滑流体的使用寿命。
发明内容
下面更为详细描述的方法利用先前研发的阻抗测量装置(或类似装置)来通过 在油处于工作温度时对阻抗测量装置施加合适的电波形，而对油的电阻抗执行车载测量。 例如，典型的使用碳氢化合物作为燃料的内燃机中的油温通常在约9o°c到约iio°c的范围 内，但它们可以上升到约150°c。可以在发动机工作过程中并当油处于希望的工作温度时对 油连续进行这种测量。从这种阻抗数据可以连续确定相应的电阻率值和介电常数值。阻抗 装置的工作以及电阻率值的连续确定可以通过车载发动机控制计算机或被编程用于这种 处理的其他计算装置来管理。根据本发明的实践，电阻率值和介电常数值的单独确定现在用一种新的程序来管 理，并进行组合以计算呈集总化或组合电测量值形式的单个油特性指示值。集总化电测量 参数与利用实验室分析技术确定的发动机油状况的广泛测量值之间的完全相关性，证明对 单独的电测量值(即电阻率和介电常数)的这种特定组合的使用是有道理的，其中所述实 验室分析技术例如差示扫描量热法、傅里叶变换红外光谱法、粘度测量、以及戊烷不溶物 (Pentane Insolubles)的石角定。
由于在车辆运行期间可以按照需要获得在某个油温下对油的电阻率值和介电常 数值的确定，因此可以对作为时间的函数的集总化电阻率/介电常数电特性值或参数进行 适当的几乎连续的记录并且将其保存在计算机存储器中。当根据本发明对油的电阻率值和 介电常数值进行组合时，会发现，在时间上积累的值，这里被称为集总化电测量值，形成了 曲线。该曲线的特定特征和特性以及该曲线的变化随后作为油状况的指标。具体地，可以看到，该曲线呈现出三个区段或三个部分。该曲线的第一区段(这里 指区域0)开始于清洁或者新鲜的油，构成油量(oil volume)的使用寿命中相对较短的一 段时间。区域0通常表现为一个峰，其特征在于大致恒定的且快速上升的斜率、峰处的最大 值、以及快速下降的且变化的斜率。然后集总化电测量值经历中间时间部分，即区域I，其 特征是大致线性的正斜率。这部分数据通常反映的是油量的大部分工作寿命。组合电值的 时间导数值在曲线的这部分具有大致相同的值。曲线的第三部分，即区域II，也表现出大 致线性的正斜率(具有大致相同的时间导数值)，但是该斜率通常以大于5的因子比区域I 的斜率明显更陡。正如考虑本说明书下述附图所意识到的，这些特征平滑地从一个区域向 下一区域过渡，并且这种过渡由这些区域中间的合适的曲线区段来实现。从集总化电测量值随时间变化的曲线的区域I向区域II的过渡与指示油开始快 速恶化并因此指示油寿命结束的分析测量值是关联的。因此，可以通过监测该集总化电测 量值随时间变化的曲线的走势并识别指示区域I向区域II过渡的特征的出现，来确定油寿 命的结束。可以通过连续跟踪该集总化电测量值随时间变化的曲线的导数，并识别对应于区 域I的大致线性斜率的出现来识别该过渡，并利用该过渡在中期预测换油的需要。连续观 察到基本恒定的线性斜率证实当前的油状态对应于区域I。但是当检测到斜率的连续上升 (这与从区域I的行为到区域II的行为进行的过渡相一致)并超过了某预设阈值时，它示 意油寿命的结束。这时，应该提醒车辆操作者(或者固定发动机操作者)需要换油了。本发明涉及以下技术方案方案1. 一种用于确定使用中的一定量的油的剩余使用寿命的方法，其中所述油 对工作机构进行流体润滑，所述方法包括当所述油处于预定工作温度并且在所述机构中正常使用期间，在所述油的整个寿 命期间连续确定所述油的电阻率值和介电常数值；通过形成所确定的值与针对未使用的油所获得的电阻率值和介电常数值之比，连 续计算所确定的电阻率值和介电常数值的归一化值，以便将所述归一化值组合成单个复合 式油的电特性值；通过取所述归一化电阻率和归一化介电常数的平方和的一半的平方根，连续计算 油的电特性值；对所计算的油的电特性值的历史进行积累，从而得到与油的累计使用时间相关的 油的电特性值的曲线；计算油的电特性值的时间导数；利用所述时间导数的预定变化来预测油的使用工 作寿命的结束；以及生成指示所述油的剩余使用寿命的信号。方案2.方案1的方法，其中，在观察到所述油的电特性值的第一系列大致相同值
5的时间导数之后，预测所述油的寿命结束。方案3.方案1的方法，其中，通过所述油的特性值的第二系列时间导数来预测所 述油的寿命结束，其中所述第二系列时间导数的值持续大于所述第一系列时间导数的值， 并且在继所述第一系列时间导数之后使用了一段时间所述油以后出现。方案4.方案1的方法，其中，所述油包括源于石油的矿基油。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，所述机构是以烃为燃料的发动机。方案7.方案1的方法，其中，所述机构内的所述油在约90°C以上的温度下工作。方案8.方案3的方法，其中，所述第二系列时间导数与所述第一系列时间导数之 比超过约5。方案9. 一种用于确定使用中的一定量的油的剩余使用寿命的方法，其中所述油 对工作机构进行流体润滑，所述方法包括运行所述机构以获得处于90°C至150°C这一范围内的、稳定的可重复的油温；在所述油的整个寿命期间重复确定所述油的电阻率值和介电常数值；从所确定的电阻率值和介电常数值计算归一化的无量纲的电阻率值和介电常数 值；通过取所述归一化电阻率和归一化介电常数的平方和的一半的平方根，计算集总 化电测量参数；记录所述油的集总化电测量参数的历史，从而得到电大小向量随时间变化的曲 线，所述曲线包括1)第一部分，在这期间集总化电测量值的瞬时斜率随时间首先增大，然 后减小到零，然后在再次减小为零之前以不断减小的速率减�。�2)第二部分，在这期间所 述斜率开始时增大，然后达到基本恒定的第一值；以及3)第三部分，在这期间所述斜率同 样是开始时增大，然后达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；用油的状况标识接近连续的集总化电参数随时间变化的曲线中的各部分，其中 1)第一部分表示油寿命的早期阶段；2)第二阶段提供早期警告，告知正在接近所述油的寿 命终点但是所述油还会继续具有令人满意的性能；3)第三阶段表示所述油的快速恶化正 在发生并且已经到达油寿命的终点；以及生成表示所述油的剩余使用寿命的信号。方案10.方案9的方法，其中所述油包括源于石油的矿基油。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，其中所述机构是以烃为燃料的发动机。本发明的实践针对用于车辆上的内燃机。然而，很显然，本发明可以用来对运行在 实际任何发动机或机构中的润滑油的剩余使用寿命进行评估。
图1的曲线图示出了在长期高温、高负载的发动机测试过程中，第一种矿基发动 机油的特性的集总化分析测量值随时间的演变；图2的曲线图示出了在长期高温、高负载的发动机测试过程中，第一种矿基发动机油的集总化电测量值的变化随时间的演变；图3的曲线图示出了在长期高温、高负载的发动机测试过程中，第二种矿基发动 机油的集总化电测量值的变化随时间的演变；图1和图2所示的数据是在V-6发动机中在3000rpm和3000Nm的负载这样的普 通测试条件(造成超过120°C的工作油温)下针对单种GF4发动机油获得的。图3所示的 数据是在相同的发动机测试条件下得到的，但是代表可归于第二种矿基油的数据。
具体实施例方式本发明是一种用于确定发动机润滑油的品质和使用寿命的方法。该方法利用流过 电阻抗传感器的适当润滑油来监测该油在正常工作温度下和在发动机或其他工作机构中 使用时的电特性。该方法的实施由合适的电子仪器来支持。Halalay 等提出的美国专利 7，362，110 "Measurement Cell forLiquids (液体的 测量单元)”中披露了一种用于测量或确定发动机油或其他液体的电阻率和介电常数之值 的合适单元的例子，其被引入本说明书以说明这种单元的设计和使用。Halalay等提出的美 国专利7，370，514 ‘‘Determining Quality of Oil in Use (确定使用中的油的品质)”中 披露了一种利用这种单元来确定和使用发动机油的电阻率值和介电常数值的方法，其同样 也被引入本说明书中以进一步说明在预计工作的发动机中润滑油的使用寿命时电特性的 测量和使用。Halalay 等提出的美国专利 6，922，064‘‘Fluid Quality Test Method Based on Impedance (基于阻抗的流体品质测试方法)”披露了一种利用阻抗仪器来监测储箱中流 体的阻抗的方法的另一例子。难以对有关使用过程中发动机油的恶化进行先验的预测，因为发动机油是涉及由 多种分子化合物组成的混合物的复杂流体，并以多种方式遭受恶化。因此，已经研发了多种 化学物理分析方法来试图量化润滑油在使用了一段之后的剩余使用寿命。这些分析技术是 足够特定的，因为它们对于不同的恶化路径表现出了不同的敏感性。因此，为了实现对油在 使用过程中出现的变化进行广泛的(broadly based)评估，希望利用多种测试程序和技术 来进行诸多测试。这些程序和技术包括压力差示扫描量热法(DSC)、傅里叶变换红外光谱 法(FTIR)；粘度测量；以及用戊烷稀释后进行离心。利用这些技术获得的数据包括DSC， 即由压力差示扫描量热法记录的氧化诱导时间(the time to oxidation induction) ；Ox, 即由FTIR测量的氧化程度；Nitr，即由FTIR测量的硝化程度；KV40，即40°C时的运动粘度； KV100,即100°C时的运动粘度；TAN，即总酸值；TBN，即总碱值；PIN，即戊烷不溶物。润滑油特征的实验室分析测量值的多样性为润滑油在使用过程中出现的复杂的 化学物理变化提供了广泛且均衡的描述，但是复杂化了对油状况从而对油的剩余寿命的整 体评估，因为并不是所有的这些测量值都是强相关的。并且，主导的恶化机制将依赖于车辆 的用途和驾驶周期，而这些对于各个车辆和车辆操作者而言将是不同的，因此不能预先知 道。因此，如果选定的测量值不能对由于特定车辆用户的驾驶习惯导致的主导恶化机制表 现出所需的敏感性，那么集中于该特定的个体测量值就是不适当的。有关对这些测量值的 一些子集的任意选择方面持有类似的意见。然而在本文中，本发明人已经发现，这些测量值可以以这样一种方式进行组合，这
7种方式适当地将它们对评估油状况的贡献进行加权和平衡，从而提供对油状况更为广泛的 敏感性。将油的分析测试数据进行这种组合的目的在于提供单个但是可靠的油特性分析参 数，用于与在工作的发动机中在油的寿命期间更容易获得的、组合后的电阻率/介电常数 参数相比较。简言之，在油的使用时间内进行的几种分析测试的数据通过用当前值除以初 始值以使其无量纲而被归一化。并且对于一些分析测试而言，利用自然对数值和/或相反 值来便于进行具有相似量级的分析测试值的组合。但是在对分析测试值进行组合时注意要 保持组合后数据的可靠性，以便与如在本发明的实施中所产生的组合后电阻率/介电常数 数据相比较。这种分析测试数据的数学组合还具有简化评估的优点，因为仅需要一个集总 化参数就可以表征油的状况。这种方法的效用由图1来传达，图1示出了在特定的发动机工作和负载条件下该 集总化分析测量值随测试时间的变化，其包含两个线性区段，第一个线性区段处于短的测 试时间处，由区域I表示，第二个线性区段处于长的测试时间处，由区域II表示。对这些结 果的解读是，集总化分析测量值的缓慢线性上升表示由于油的化学物理特征的改变而导致 的油品质的缓慢且受控的恶化，不过这些变化不足以对油的性能构成显著的影响。相反，示 出集总化分析测量值随增加的测试时间而快速变化的第二个线性区段，示意了严重油恶化 的开始，并且是对已经到达油寿命终点的指示。通过识别这两个外推线性部分相交的时刻， 可以获得对油寿命结束更为精确的估计。对于所示的油和测试条件，这个出现在 210小 时的测试时间处。和利用分析测量值一样，优选地将电测量值进行组合来获得复合测量值。同样，这 不仅是简单方便的问题，而且反映了各个测量值对油所经历的多种恶化过程表现出不同敏 感性这个事实。例如，油的电阻率P与由在所施加电场的影响下移动通过介质的自由电荷载体 (自由离子)所经历的拖曳力成比例，因此与介质的粘度n成比例，并且与自由电荷载体 (离子)的数量密度队成反比，或者说p n/X。因此，在自由电荷载体的数量恒定的情 况下(即没有释放自由离子的化学反应)，电阻率代表流体粘度的测量值。介电常数是对润 滑剂中分子偶极子在所施加电场的影响下所进行的重新取向的度量。当油的微观组分的偶 极矩d发生改变时，例如通过化学反应(其向油的分子组分中引入氧原子或氮原子、或者包 含氧原子或氮原子的化学成分(chemical moiety))或者通过在油中添加极性液体(例如 水、乙醇或者乙二醇)而发生改变时，油的介电常数将发生改变。除了经历所施加的电�。� 流体内的偶极子还要经历热运动。虽然电场趋向于使偶极子在与电场平行且相反的方向上 排列，但热运动却趋向于破坏这种排列并通过分子碰撞而使偶极子随机取向。此外，粘性 力将趋向于减慢偶极子在电场中的旋转，同时也趋向于减慢热运动对它们排列的随机化影 响，所以介电常数还依赖于介质的粘度。因此，我们有这样的比例关系￡ nNd，其中 是 介质内偶极子的数量密度。明显地，电阻率和介电常数数据对可以示意寿命结束的特定油 特征的敏感性是不同的，因此，这些测量值的合适组合或集总化会更全面地表征油的状态。应当理解，前述的关于润滑剂粘度与其电阻率及介电常数的比例关系是单为数据 解读的启发性目而描述的，其既无意图也不声称是由基本原理分析所获得的关系。由于电阻率和介电常数具有不同的单位，所以方便的是首先将它们转换成无量纲 的形式，从而可以使它们更容易地组合。这么做的一个方便的方法是将这些参数的任何瞬
8时测量值除以它们在新的未使用的油中所表现出的值，从而构造出归一化的电阻率和归一 化的介电常数。从而，在测试开始时，电阻率和介电常数的这些归一化值具有值1。类似的， 如果集总化电测量值对于未使用的油也表现出值1则是方便的，因为在这个参数中任何与 值1的偏离就会示意油已处于使用中。因此，集总化电测量值| |E(t) | |被计算为 其中p是电阻率，、是介电常数，它们每个都是在时间t = t或t = 0时测量 的。图2针对同样的油示出了集总化电测量值| |E(t) | |随测试时间的变化，所述同样 的油的集总化分析测量值随测试时间的变化已在图1中示出。与集总化分析参数所表现出 的相对简单的行为相反的是，集总化电测量值的行为较复杂。集总化电测量数据示出了在 短时间处快速产生的初始峰，随后逐渐衰减而在中间时间处形成宽的最小值，其在更长的 时间处表现出斜率的快速且加速的增大。为了便于与集总化分析数据相比较，这些区域被 指定为对应于短时间峰的区域0、对应于中间时间处宽的最小值的区域I、以及对应于在长 时间处所观察到的大斜率的区域II。然而，集总化电测量值的使用使分级的(gradated)、简便实施的算法能够用于检 测油寿命的结束，因为在中间时间处的行为(对应于区域I的所述宽的最小值特征)显示 出随测试时间的线性变化。因此，中间时间数据可以用线性关系来拟合，与单独的电阻率数 据形成对比，在单独的电阻率数据中斜率(dp/dt)在整个测试期间是连续变化的。然而， 与单独的电阻率数据相同的是，区域II中斜率快速改变的开始指示油寿命的结束。这在图 2中示出，图2还指示出，区域I和区域II的数据的线性外推斜率的相交出现在 210小时 处。这与图1中所示的对于相同的油和测试条件利用集总化分析测量值所导出的估计的寿 命结束相一致。因此，这种一致性论证了在集总化分析测量值与集总化电测量值之间所需 的强相关性，其证明了利用集总化电测量值作为油品质的指标从而作为油剩余寿命的指标 是有道理的。图3示出了与图2所示类似的一组数据，但是针对的是配方不同的油。相同的整 体趋势是显然的，但是中间时间处线性斜率的大小较小并且持续时间较短。为了明确表达 用于将集总化电测量值应用于油寿命结束的检测中的更详细算法，需要提及图2和图3的 两个特征。第一个是，在寿命结束时存在线性曲线区段和观察到这些线性区段的相交位置对 应于寿命的结束。第二点是，对应于油的快速恶化的后来出现的线性区段(区域II)示出 的斜率，其大小是第一线性区段(区域I)的斜率大小的 10倍，并且在从一个线性行为向 另一个线性行为过渡时，斜率是第一线性区段的斜率的 3倍。这些特征，即集总化电测量值随时间变化的第一线性斜率的发展和第二线性斜率 的发展，不同于单独的电阻率的行为，单独的电阻率的行为显示的是连续变化的斜率，在快 速油恶化开始时发生突然的斜率变化。这些不同意味着，从单独的电阻率数据不能获得的特征，S卩，将要到来的换油需 求，通过上述第一线性关系的发展，在油的寿命期间被相对较早地示意告知。因此，换油的 需要不仅可以通过集总化电测量值的第一线性斜率随时间的发展来预测，还可以通过指示达到与从第一线性斜率向第二线性斜率的过渡相关联的明显更大的斜率的斜率的逐渐变 化来确认。现在关注于对足以给出马上需要换油之警告的油快速恶化的开始的确定。需要检 测两个特征与第一线性斜率的偏离；以及大于3的当前斜率与第一线性区段的斜率之比。 为了避免发动机损坏，下述的更详细的程序遵循更保守的方法当斜率之比超过2时向操 作者触发一系列越来越紧急的警告，因为这提供了安全裕度并且允许操作者在换油的需要 变成危急之前还可以驾驶一段距离。下述程序提供了关于针对工作的发动机如何来实现这个的更多细节。该程序预期 具有一些数据存储能力的车载计算机械(computingengine)。当前车辆广泛利用了车载计 算机和数据存储器，例如来在性能和燃料经济性上控制并优化发动机的工作。实现本发明 所需的能力可以合并到目前已安装的计算模块中或者在单机系统中实现。本发明的效用也 以电测量值的可获得性为基�。龅绮饬恐荡淼庇痛锏接胝９ぷ魈跫恢碌母呶率� 的发动机油状态。存在如下车辆运行条件，例如寒冷天气下的短途旅行所进行的测量将会 被变化的发动机油温混淆或者被油内的湿气混淆或者被其他可以获得的气候影响所混淆。 这些因素对于本领域技术人员是众所周知的，在下面的讨论中将假设所有数据都是具有代 表性的，并且都是在将测量数据与外来影响清楚地隔离的条件下收集的。例如，预期将在基 本不变的油温下并且当油温超过约100°C时进行所有测量。利用例如Halalay的，110中所描述的阻抗测量单元以及利用例如Halalay的，064 中所描述的测试方法，使油在该单元中流通并在多个频率下确定阻抗X，然后利用这些阻抗 测量值在时间间隔At上计算油的电阻率P及介电常数￡，其中At比油的预期寿命短得 多。利用下述关系计算作为时间的函数的集总化电测量值I |E(t) | | 选择具有足够持续时间的时间窗口以包括足够大数目(n个)的| |E(t) | |值，以 保证例如由外部电噪声引起的随机或统计误差不会在随后步骤中明显影响时间导数的确 定。将会意识到的是，电测量值的采样率、与信号幅度相比的统计误差相对幅度、以及导数 变化的速度是相互关联的。因此，可以在油的寿命期间采用与希望数据精度相一致的可变 采样率。尽管有如上所述，但是仍意图收集足够的数据，使得当作为时间的函数绘图时所 有数据的集合将形成接近连续的曲线。因此每个时间窗口都将具有(n+1). At的持续时 间，其中At是当前采样率。可替代地，该持续时间可以看作延伸在从时刻、到时刻、(相 当于[t0+[n+l]. At])的时间周期上。在时间窗口内计算| |E(t) | |与时间的导数d| |E(t) | /dt，从而使随机统计变化 的影响最小化。认识到图2和3清楚地表示出当出现或可以预测到油寿命的快速恶化时， 该数据可以通过线性关系来拟合，导数可以如下来求得。执行I |E(t) | |数据随时间的线性 拟合，利用回归程序使噪声或随机误差的影响最小化，并得到形式如下的关系| |E(t) | | = C+kt，其中 C 和 k 是常量；并用k确定在时间t = 时的期望导数 为了保证确定斜率的频度与数据收集的频度相同，在确定斜率随时间的变化时采 用移动平均。因此，将在与第一次确定相同的时间段(n+1). At上进行斜率的第二次确定， 但是现在在时间间隔“(tfAt)至时刻(、+(11+2). At)”上延伸，或者推广至第m次确定， 在时间间隔“(tQ+m. At)至(t0+(m+n+l). At)”上延伸。在短时间处从数据中观察到的初始峰使得通过导数[d(| |E(t) | |/肚)1来估计油 的使用寿命的能力变得更加复杂。因此，为了避免初始峰对分析带来的混乱，使用辅助指标 或标记。为了保证所显示的任何油寿命消息都反映油的当前状态，当前使用中的大多数 发动机油寿命指标均要求在换油之后进行重置。重置通常是手动进行并且由换油的技术 员或用户执行。当重置指标时，还应该在适当的车载计算机或存储单元内设置单独的标记 (FLAG)。该标记可采用两个值第一个值表示，在油的寿命期间的任何时刻确定的先导数 (priorderivative) [d(| E(t) | |)/dt]t’具有负值(TRUE)；第二个值表示，在油的寿命期 间的任何时刻确定的先导数[d(| |E(t) | |)/dt]t’还不具有负值(FALSE)。这些情况被指定 为TRUE和FALSE只是为了方便，任何可区别这些状态的表示都是可以接受的。FLAG在初 始时应该被设为FALSE。此外，为了临时存储中间结果所需的两个存储位置STORAGE 1和 STORAGE 2应该被重置为0。可以识别下面的稈序和结果如果在某测量时刻t’，[d(| |E(t) | |)/dt]t’ > 0 并且 FLAG = FALSE，这表示 正在初始峰的上升斜率上收集数据，并且不能或不必对油的寿命进行估计。然而，应该 对[d(| |E(t) | |)/dt]t’的当前值进行存储。为了方便起见，用于存储当前所确定的斜 率的存储位置被指定为STORAGE 1。预期在相当长的一段时间内将会连续观察到条件 [d(| |E(t) | |)/dt]t’ > 0，因为适当的数据采样率会导致累积比以合适的精度确定斜率所 需要的数据多得多的数据。在每次确定斜率时，应该抛弃当前存储的值并且由当前值来替 代。这样将只有最当前的斜率值保存在位置STORAGE 1中。当在某稍后的时刻t”，[d( |E(t) | )/dt]t，<0并且FLAG = FALSE时，这表示正 在初始峰的下降斜率上收集数据。应该将FLAG重置为FLAG = TRUE，但是不能也不必对油 的寿命进行估计。同样，应该抛弃先前存储的值[d(| |E(t) | |)/dt]t”，并由当前的斜率值 [d(| |E(t) | |)/dt]t”替代，并且在每次确定斜率时都应该发生这种用当前值对已存储值的 替代，然而FLAG应该保持设定为TRUE。当在某更稍后的时刻t”，，[d(||E(t)||)/dt]t”，彡0并且FLAG = TRUE时，这表 示正在或接近于曲线中浅的最小值(shallow minimum)的最小值处收集数据。当这个条件 满足时，需要一些附加步骤i)将刚确定的值[d( |E(t) | I) | )/dt]t”，和先前存储的值[d( |E(t) | |)/dt]t 进行比较，这里将先前存储的值[d( |E(t) | )/dt]t指定为[d( |E(t) | D/dth”’—1。如果 [d(| |E(t) | )/dt]t”，_[d( |E(t) | )/dt]t”，1 > 0，那么 FLAG 应该保持设定为 TRUE，并 且位置STORAGE 1内存储的斜率值[d(| |E(t) | D/dt]^’—1同样应当继续被当前斜率值即 [d(| |E(t) | )/dt]t”，替代。ii)继续监测斜率差[d( |E(t) | )/dt]t，，，_[d( |E(t) | D/cWt”，—1，直到该差基 本为零。即[d( |E(t) | )/dt]t”，_[d(| |E(t) | )/dt]t”，1 0，其对应于曲线的第一个
11线性区段，即区域I。然后，除了更新存储在位置STORAGE 1中的斜率值，还应该将该斜率值 存储在第二位置STORAGE 2中。直到换油为止，STORAGE 2都不作更新或重置。在某更稍后的时刻t””对斜率差值的继续监测将会导致如下条件[d(| |E(t) | )/dt]t””-[d( |E(t) | D/cWt””—1 > 0，这示意 了斜率增大的开始， 而该开始指示了油的快速恶化。如果，另外[d(| |E(t) I |)/dt]t””_7[d(| |E(t) I |)/d t] t”—1 > 2，则它表示正在进行较小线性斜率与较大线性斜率之间的过渡，应该向操作者触发 警告告知油的剩余使用寿命有限了，不久后将需要换油。当比率[d(||E(t) | |)/dt]t””_7[d(| |E(t) | D/cWt”’—1 继续增大时，这示意油的 剩余润滑能力在继续恶化，应该向车辆操作者触发越来越紧急的警告告知需要立即换油。 如本领域技术人员所熟知的，这可以单独或联合利用视觉的或者听觉的警报来实现。上述详细描述的过程使得能够基本上连续地评估油的状态，尤其是其剩余寿命。 也可以利用该信息生成信号来告知车辆操作者油的剩余寿命，以作为当油的寿命即将结束 时提供的警告的补充。参照特定例子对本发明的实施进行了描述，提供所述特定例子的目的在于说明， 而不在于限制本发明。
权利要求
一种用于确定使用中的一定量的油的剩余使用寿命的方法，其中所述油对工作机构进行流体润滑，所述方法包括当所述油处于预定工作温度并且在所述机构中正常使用期间，在所述油的整个寿命期间连续确定所述油的电阻率值和介电常数值；通过形成所确定的值与针对未使用的油所获得的电阻率值和介电常数值之比，连续计算所确定的电阻率值和介电常数值的归一化值，以便将所述归一化值组合成单个复合式油的电特性值；通过取所述归一化电阻率和归一化介电常数的平方和的一半的平方根，连续计算油的电特性值；对所计算的油的电特性值的历史进行积累，从而得到与油的累计使用时间相关的油的电特性值的曲线；计算油的电特性值的时间导数；利用所述时间导数的预定变化来预测油的使用工作寿命的结束；以及生成指示所述油的剩余使用寿命的信号。
2.权利要求1的方法，其中，在观察到所述油的电特性值的第一系列大致相同值的时 间导数之后，预测所述油的寿命结束。
3.权利要求1的方法，其中，通过所述油的特性值的第二系列时间导数来预测所述油 的寿命结束，其中所述第二系列时间导数的值持续大于所述第一系列时间导数的值，并且 在继所述第一系列时间导数之后使用了一段时间所述油以后出现。
4.权利要求1的方法，其中，所述油包括源于石油的矿基油。
5.权利要求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.权利要求1的方法，其中，所述机构是以烃为燃料的发动机。
7.权利要求1的方法，其中，所述机构内的所述油在约90°C以上的温度下工作。
8.权利要求3的方法，其中，所述第二系列时间导数与所述第一系列时间导数之比超 过约5。
9.一种用于确定使用中的一定量的油的剩余使用寿命的方法，其中所述油对工作机构 进行流体润滑，所述方法包括运行所述机构以获得处于90°C至150°C这一范围内的、稳定的可重复的油温；在所述油的整个寿命期间重复确定所述油的电阻率值和介电常数值；从所确定的电阻率值和介电常数值计算归一化的无量纲的电阻率值和介电常数值；通过取所述归一化电阻率和归一化介电常数的平方和的一半的平方根，计算集总化电 测量参数；记录所述油的集总化电测量参数的历史，从而得到电大小向量随时间变化的曲线，所 述曲线包括1)第一部分，在这期间集总化电测量值的瞬时斜率随时间首先增大，然后减 小到零，然后在再次减小为零之前以不断减小的速率减�。�2)第二部分，在这期间所述斜 率开始时增大，然后达到基本恒定的第一值；以及3)第三部分，在这期间所述斜率同样是 开始时增大，然后达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；用油的状况标识接近连续的集总化电参数随时间变化的曲线中的各部分，其中1)第一部分表示油寿命的早期阶段；2)第二阶段提供早期警告，告知正在接近所述油的寿命终 点但是所述油还会继续具有令人满意的性能；3)第三阶段表示所述油的快速恶化正在发 生并且已经到达油寿命的终点；以及 生成表示所述油的剩余使用寿命的信号。
10.权利要求9的方法，其中所述油包括源于石油的矿基油。
全文摘要
本发明涉及利用电装置确定油寿命的结束。在正常的车辆发动机工作条件下连续收集发动机润滑油的电阻率和介电常数的电测量值，并将其组合成复合参数，即集总化电测量值，其是发动机油状况的指标，并且在油的使用寿命期间绘图时，其显示预期油寿命结束的第一线性斜率，之后显示指示油寿命结束的更陡峭的第二斜率。描述了一种可在车载计算机上执行的、用以探测这些特征的算法。
文档编号G01N27/06GK101845977SQ20101014549
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月29日 优先权日2009年3月27日
发明者E·W·施奈德, I·C·哈拉莱 申请人:通用汽车环球科技运作公司
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