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EP2057462A1 - Verfahren zur überwachung des zustands eines motorenöls in einem verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zur überwachung des zustands eines motorenöls in einem verbrennungsmotor

Info

Publication number
EP2057462A1
EP2057462A1 EP07802723A EP07802723A EP2057462A1 EP 2057462 A1 EP2057462 A1 EP 2057462A1 EP 07802723 A EP07802723 A EP 07802723A EP 07802723 A EP07802723 A EP 07802723A EP 2057462 A1 EP2057462 A1 EP 2057462A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine oil
oil
viscosity
engine
monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07802723A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Gilch
Olaf Graupner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP2057462A1 publication Critical patent/EP2057462A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/30—Oils, i.e. hydrocarbon liquids for lubricating properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2888—Lubricating oil characteristics, e.g. deterioration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the state of an engine oil in an internal combustion engine.
  • the invention is now based on the object of specifying a method for monitoring the state of an engine oil, which allows a reliable statement about the state of the engine oil during its use in the internal combustion engine.
  • the viscosity index of the new engine oil is first determined and then the deviation from this viscosity index is evaluated.
  • a new engine oil is filled during an oil change, which can be detected electronically by an oil level sensor.
  • the new engine oil a measurement of the viscosity index is specified which represents ⁇ represents a good yardstick for the engine oil quality. It is also conceivable that the vehicle manufacturer allows different engine oils with different viscosity indices. When changing from one to the other engine oil is now a reliable reference for assessing the aging of the engine oil obtained by the first measurement of the Viskosticiansindi ⁇ zes.
  • the determined viscosity indices are stored in an electronic memory.
  • a slight electronic processing of Messgeb ⁇ nisse is possible.
  • the information about the Viscosity indices that the engine oil has exhibited at certain times which may be an important in ⁇ formation for assessing warranty cases for engine damage , for example.
  • the note to the driver in the instrument cluster is visible.
  • the instrument cluster gives the driver attention with which the Hin ⁇ setting a bad oil condition can not be overlooked.
  • it is advantageous if the hint for the driver is acoustically perceptible.
  • a recommendation for the remaining service life of the engine oil is derived from the determined state of the engine oil. This is particularly important in order to make optimal use of the engine oil from an economic and ecological point of view.
  • This residual distance which can be displayed in the vehicle display, represents a very important information for the driver, since he can schedule a service in good time at the beginning of quality loss of the engine oil. Indeed ⁇ neuter ages an engine oil chemically only extremely strong, once a certain aging threshold is reached. This leads then within a very short remaining distance to a complete breakdown of the oil, which manifests itself by the formation of black sludge and leads to engine damage.
  • the recommendation for the remaining service life of the engine oil is displayed to the vehicle driver.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with four cylinders
  • FIG. 2 shows the output signal of the viscosity sensor at different fuel concentrations in the engine oil
  • FIG. 3 shows the viscosity of an engine oil as a function of the temperature
  • FIG. 4 shows the behavior of the viscosity of an engine oil in Ab ⁇ dependence on the temperature and at the entry of carbon black
  • FIG. 5 shows the viscosity behavior of an engine oil over the temperature
  • FIG. 6 again shows the viscosity of an engine oil over the temperature
  • FIG. 8 shows a method for determining the quality and the state of the engine oil according to the prior art.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 with four cylinders 2, in which pistons 3 are arranged.
  • the pistons 3 are movably mounted in the cylinders 2 and connected by means of connecting rods 17 to the crankshaft 4.
  • the movable parts shown here are lubricated by an engine oil 6 during operation of the Burn ⁇ voltage motors. 1
  • the engine oil 6 is located in the oil pan 5 and it is guided via a not shown here line system to the lubrication points.
  • the quality of the engine oil 6 deteriorates over the operating time of the engine oil 6 in the internal combustion engine 1. This deterioration occurs z. B. by the entry of fuels in the engine oil 6 or by the entry of soot in the engine oil 6 in diesel engines.
  • Viscosity index improvers contain active ingredients (viscosity improvers, polymers) which, when dissolved in motor oil 6, improve the viscosity-temperature behavior, ie they reduce the temperature dependence of the viscosity.
  • VI improvers are an important component in multigrade engine oils.
  • the most important viscosity index IMPROVE ⁇ rer groups are: Polymethacrylates (PMA), olefin copolymers (OCP), polyisobutylenes (PIB) and styrene-butadiene copolymers (SCB) or styrene-isoprene copolymers (SIC).
  • the temperature of the engine oil 6 can be detected and with a viscosity sensor 9, the viscosity of the engine oil can be detected. Both values can be supplied to a control unit 10 in which a microcontroller 11 and an electronic memory 15 are present. In the microcontroller 11, the viscosity index of the engine oil 6 at the time of measurement can be determined from the measured values of the viscosity and the temperature of the engine oil 6. This value can be stored in the electronic memory 15.
  • the determination of the viscosity index is preferably carried out in the warm-up phase of the internal combustion engine 1, in that the viscosity sensor 9 determines the viscosity of the engine oil 6 at different temperatures of the engine oil 6.
  • the viscosity index is formed as a quotient of viscosity and temperature of the engine oil 6.
  • a high viscosity index means that the viscosity of the engine oil 6 changes very little with a change in temperature.
  • a low viscosity index means that the viscosity of the engine oil ⁇ 6 changes with a change in temperature greatly. In any case, a high viscosity index is advantageous, since with such an engine oil 6 the viscosity behaves approximately the same at all operating temperatures of the internal combustion engine 1.
  • Figure 2 shows the output signal of the viscosity sensor at different fuel concentrations in the engine oil 6. ones shown, provides are measurement results at different temperatures between 22 0 C and 8O 0 C.
  • FIG. 3 shows the viscosity of an engine oil 6 as a function of the temperature. Shown is an engine oil 6, which was refilled at time t 0 in the internal combustion engine 1. Until the time ti, the engine oil has been diluted by the 6 ⁇ A support fuel, whereby the viscous ⁇ sity of the engine oil has fallen 6, which is represented by the gestri ⁇ smiled curve at ti. A further entry of fuel until time t 2 causes the viscosity of engine oil 6 to decrease again, as indicated by the curve at t2.
  • Figure 4 shows the behavior of the viscosity of a Mo ⁇ toröls 6 in function of the temperature at the entry of carbon black.
  • the newly introduced into the engine 1 oil 6 shows a behavior corresponding to the curve at t 0 . Due to the soot entry until the time ti, the engine oil 6 has been thickened, resulting in the curve at t 2 . Another soot entry leads to further thickening of the engine oil 6, which is represented by the curve at t 2 .
  • the effects of Figure 3 and Fi ⁇ gur 4 can overlap by both carbon black and fuel are introduced into the engine oil 6, whereby the viscosity does not change, however, the quality of the engine oil 6 is significantly deteriorated. This is the reason that the mere measurement of the viscosity is not sufficient to determine the quality of the engine oil 6 safely.
  • VI improvers are long-chain molecules are mixed with the high-quality ⁇ engine oil to produce a flat curve of the viscosity index.
  • VI improvers the viscosity of the cold engine oil changes only slightly compared with that of the hot engine oil. Exactly this behavior is necessary in order to optimally lubricate the internal combustion engine in all operating conditions.
  • a too viscous engine oil passes very slowly to the lubrication point, wohinge- a too thin engine oil gen its lubricity ver ⁇ lines. Optimally, it is therefore, when an engine oil having the same viscosity at each Be ⁇ operating temperature. This Op ⁇ timum approaching HEADPHONES by the use of VI improvement.
  • the long-chain molecules of the VI improvers are destroyed during operation of the engine oil.
  • FIG. 5 with the curve at t 0 shows the viscosity behavior of a new engine oil 6 via the change of the temperature. After the viscosity index improvers have been destroyed, the viscosity of the engine oil 6 is related to the change in temperature corresponding to the curve shown at t n . It can be seen that the viscosity of engine oil 6 after destruction of the VI improvers is very high at low temperatures, whereas it is very low at high temperatures. This indicates a very poor quality of the engine oil 6, since the engine oil 6 is extremely tough at cold start and in the
  • Operating temperature of the internal combustion engine 1 expresses Phynflüs ⁇ sig, which can lead to inadequate lubrication of the bearings and moving parts in the internal combustion engine 1.
  • Figure 6 shows the viscosity of the change of the temperature shown for different time points of the Be ⁇ drive of an engine oil 6 in the internal combustion engine 1.
  • the new motor oil 6 was introduced into the internal combustion engine 1 and by the introduction of carbon black, the viscosity was measured at the time ti and increased at time t 2 .
  • the viscous t ⁇ sticians of another engine oil 6 is shown, which differs markedly from the behavior of viscosity of the engine oil previously shown. From these measurements, for example, the vehicle manufacturer can recognize whether the vehicle driver has used an inferior quality engine oil 6, which could lead to a loss of warranty claims.
  • FIG. 7 shows the viscosity indices of an engine oil 6, which were determined at different times t 0 to t 3 .
  • the viscosity index is a ratio of the viscosity - Tem ⁇ peratur of oils. Its numerical value is greater, the flatter the viscosity-temperature profile is and vice versa.
  • a high viscosity index characterizes a ge ⁇ ringere change in the viscosity of the change of Tempe ⁇ temperature.
  • an engine oil 6 with a high viscosity dex of higher quality than one with a low viscosity index At time t 0 z. B.
  • a newly filled ⁇ engine oil 6 a relatively high viscosity index, which decreases in the course of the operating time of the engine oil 6 in the internal combustion engine 1 and falls between the times t 2 and t 3 a kriti ⁇ rule value K.
  • the driver should receive the indication that the engine oil 6 is to be changed immediately. Having a viscosity index below the critical value K a sufficient lubrication of the moving parts of the engine 1 is not more ge ⁇ ensured.
  • the CON may ⁇ er réelle 10 for protection of the engine 1 to ensure that promotes via the injection pump 13 and the fuel lines 12, a small amount of fuel to the injectors 14 overall is, whereby the power of the engine 1 is reduced. The power of the internal combustion engine 1 is reduced so that sufficient lubrication of the moving parts is ensured until the driver provides for a change of the engine oil 6.
  • FIG. 8 shows a method of determining the quality and condition of the engine oil 6 of the prior art.
  • a sensor 19 is arranged, which makes a resistance measurement or a dielectricity measurement in the engine oil 6.
  • the measured values for the resistance or for the dielectricity are supplied to the control unit 10 and evaluated by the microcontroller 11. From these measured values is ge ⁇ joined to the state of the engine oil. 6
  • This method for determining the quality and the state of the engine oil 6 is very inaccurate and therefore only very suitable for reliable statements about the quality and the condition of the engine oil 6.

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Abstract

Um ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls (6) in einem Verbrennungsmotor (1), bei dem zunächst die Viskosität des Motorenöls (6) bei verschiedenen Temperaturen des Motorenöls (6) bestimmt wird, wonach aus der Viskosität und der Temperatur des Motorenöls (6) ein Viskositätsindex ermittelt wird, anzugeben, das eine zuverlässige Aussage über den Zustand des Motoröls während seiner Verwendung im Verbrennungsmotor zulässt, wird der Viskositätsindex des Motoröls (6) zu unterschiedlichen aufeinander folgenden Zeitpunkten (t0, t1, t2) bestimmt und die Veränderung des Viskositätsindizes über die Zeit dient als Maß zur Bewertung des Ölzustandes.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls in einem Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des ZuStands eines Motorenöls in einem Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der Kfz-Technik ist die Notwendigkeit bekannt, den Füll¬ stand des Motorenöls zu überwachen. Weiterhin ist bekannt, dass die Qualität des Öls insbesondere durch Verschmutzung mit der Zeit nachlässt. Aus diesem Grund wird üblicherweise bei regelmäßigen Wartungsarbeiten am Kraftfahrzeug das Moto- renöl ausgewechselt. Da der Zustand des Motorenöls unter an¬ derem auch von dem Fahrstil des Kraftfahrzeugbenutzers ab¬ hängt, wird zunehmend dazu übergegangen, den Ölzustand geson¬ dert zu überwachen und den Benutzer darauf hinzuweisen, dass ein Ölwechsel stattzufinden hat.
Eine möglichst genaue Vorhersage des Ölwechselzeitpunktes ist bisher im Wesentlichen durch Messung der Leitfähigkeit oder der Permitivität des Öls mit kapazitiven Verfahren erfolgt. Bekannte Ausführungen nach dem kapazitiven Verfahren können bei Ausbildung der Elektrodenstruktur als konzentrische Röhren gleichzeitig zur Füllstandsmessung benutzt werden. Diese haben allerdings den Nachteil, dass im Öl enthaltene Wasser¬ tropfen oder Metallpartikel die eng beabstandeten Elektrodenstrukturen kurzschließen können, wodurch dauerhafte Funkti- onsstörungen hervorgerufen werden. Die Erfahrungen auf diesem Gebiet haben auch gezeigt, dass mit rein kapazitiven Sensoren keine eindeutigen Aussagen über die Lebensdauer und den Zustand eines Öls möglich sind.
Aus der DE 103 45 253 Al ist es bekannt, einen Piezo-Schwin- ger in eine Ölkreislauf einzubringen und mit diesem die Vis¬ kosität des Öls zu bestimmen. Die Viskosität alleine ist aber als Grundlage zur Bestimmung des Ölzustandes nicht ausrei¬ chend, da unterschiedliche Alterungserscheinungen durchaus gegenläufige Einflüsse auf die Viskosität des Motorenöls ha¬ ben können. Beispielsweise verdickt ein Rußeintrag das Öl wo- gegen ein Kraftstoffeintrag das Öl verdünnt. Erfolgt nun gleichzeitig ein Kraftstoffeintrag und ein Rußeintrag, so kann die Viskosität des Öls unter Umständen unverändert blei¬ ben, wobei jedoch der Zustand des Öls durch den Ruß und den Kraftstoff wesentlich verschlechtert ist. Bei einer reinen Viskositätsmessung würde der verschlechterte Zustand des Öls unerkannt bleiben, was zu einem hohen Verschleiß im Verbrennungsmotor führen würde. Eine Beobachtung des Viskosität des Motoröls führt dem nach nicht zu einer zuverlässigen Beurtei¬ lung des Zustandes des Motoröls. Mit einer Viskositätsmessung ist auch keine zuverlässige Aussage über die Qualität eines neu eingefüllten Motoröls möglich. Das Einfüllen eines minderwertigen Motoröls in den Verbrennungsmotor wird durch eine Viskositätsmessung nicht erkannt.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motoröls anzugeben, das eine zuverlässige Aussage über den Zustand des Motoröls während seiner Verwendung im Verbrennungsmotor zulässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Durch die Bestimmung des Viskositätsindexes zu unterschiedli¬ chen aufeinander folgenden Zeitpunkten (tθ, tl, t2) und die Bewertung des Ölzustandes über die Zeit durch eine Messung der Veränderung des Viskositätsindizes, wird eine aussage¬ kräftige Beurteilung der Qualität des Motoröls während des Betriebes des Fahrzeuges möglich. Bei jeder Warmlaufphase des Verbrennungsmotors kann das Viskositätsverhalten des Motoröls in einem großen Temperaturintervall (z.B. zwischen 150C und 1000C) erfasst werden und daraus der aktuelle Viskositätsin¬ dex des Motoröls bestimmt werden. Der so bestimmte Viskosi- tätsindex verändert sich nach jeder Warmlaufphase des Motors, zum Beispiel durch den Eintrag von Ruß oder Kraftstoff in das Motoröl oder durch den Abbau von Viskositätsindexverbesse- rern. Der gleichzeitige Eintrag von Ruß und Kraftstoff in das Motoröl kann dazu führen, dass die Viskosität unverändert bleibt, wobei sich jedoch der Viskositätsindex messbar verän¬ dert. Auch die Zerstörung der Viskositätsindexverbesserer, die als langkettige Moleküle einem schnellen Abbau unterlie¬ gen, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren sicher er- kannt, was mit einer reinen Viskositätsmessung nicht möglich wäre. Durch die Messung der Veränderung des Viskositätsindi¬ zes wird einen hochwertige Aussage über die momentane Quali¬ tät des Motoröls im Verbrennungsmotor möglich.
Bei einer Ausgestaltung wird zunächst der Viskositätsindex des neuen Motoröls bestimmt und dann wird die Abweichung von diesem Viskositätsindex bewertet. Ein neues Motoröl wird bei einem Ölwechsel eingefüllt, was elektronisch durch einen Ölstandssensor erkannt werden kann. Durch das neue Motoröl wird ein Messwert für den Viskositätsindex vorgegeben, der einen guten Beurteilungsmaßstab für die Motorölqualität dar¬ stellt. Es ist auch denkbar, dass der Fahrzeughersteller verschiedene Motoröle mit unterschiedlichen Viskositätsindizes zulässt. Beim Wechsel von dem einen Motoröl zu dem anderen ergibt sich nun durch die erste Messung des Viskositätsindi¬ zes ein zuverlässiger Referenzwert zur Beurteilung der Alterung des Motoröls. Darüber hinaus kann durch die Vorgabe ei¬ nes minimalen Viskositätsindizes zuverlässig erkannt werden, ob ein minderwertiges Motorenöl in den Motor eingefüllt wur- de, wenn das eingefüllte Motorenöl diesen Wert unterschrei¬ tet. Diese Information ist besonders bei der Beurteilung von Gewährleistungsansprüchen von hoher Bedeutung.
Bei einer Weiterbildung werden die ermittelten Viskositätsin- dizes in einem elektronischen Speicher abgelegt. Hierdurch wird einen leichte elektronische Verarbeitung des Messergeb¬ nisse möglich. Darüber hinaus bleibt die Information über die Viskositätsindizes die das Motoröl zu bestimmten Zeitpunkten aufgewiesen hat erhalten, was zum Beispiel eine wichtige In¬ formation zur Beurteilung von Garantiefällen bei Motorschäden sein kann.
Wenn beim Erreichen einer vorbestimmten Verschlechterung des Zustandes des Motorenöls ein Hinweis an einen Fahrzeugführer ausgegeben wird, kann dieser bedarfsgerecht einen Ölwechsel veranlassen. Kommt der Fahrzeugführer diesem Hinweis nicht ausreichend schnell nach, können sich für den Fahrzeughersteller Gründe für den Ausschluss von Garantieleistungen ergeben. Mit der vollständigen Nutzung des Motoröls bis an seine Verschleißgrenze ergeben sich ökonomische und ökologische Vorteile .
Bei einer Weiterbildung wird der Hinweis an den Fahrzeugführer im Kombiinstrument sichtbar. Dem Kombiinstrument schenkt der Fahrzeugführer besondere Aufmerksamkeit, womit der Hin¬ weis über einen schlechten Ölzustand nicht übersehen werden kann. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Hinweis für den Fahrzeugführer akustisch wahrnehmbar ist.
Bei einer Ausgestaltung wird aus dem ermittelten Zustand des Motoröls eine Empfehlung für die Restlaufzeit des Motoröls abgeleitet. Dies ist besonders wichtig, um das Motoröl unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten optimal nutzen zu können. Diese Restlaufstrecke, welche im Fahrzeugdisplay angezeigt werden kann, stellt für den Fahrer eine sehr wichtige Information dar, da er bei beginnendem Qualitätsverlust des Motoröls rechtzeitig einen Service einplanen kann. Tat¬ sächlich altert ein Motoröl chemisch erst dann extrem stark, wenn einmal eine gewisse Alterungsschwelle erreicht ist. Dies führt dann innerhalb einer sehr kurzen verbleibenden Restlaufstrecke zu einem völligen Zusammenbruch des Öls, welche sich durch Bildung von Schwarzschlamm äußert und zum Motorschaden führt. Bis zum Erreichen dieses kritischen Alterungszustands kann sich das Öl jedoch völlig unauffällig zeigen, wenn sich eindickende und verdünnende Effekte überlagern. Wird dieser kritische Grenzwert überschritten, ist ein sofortiger Werkstattaufenthalt notwendig. Wenn dies ohne Vorwar¬ nung eintritt, kann der Fahrer im ungünstigsten Fall davon überrascht werden, während er sich auf einer längeren Fahrt befindet. Daher ist eine zuverlässige Vorhersage einer Rest¬ laufstrecke sehr vorteilhaft.
Bei einer Weiterbildung wird die Empfehlung für die Restlauf- zeit des Motoröls dem Fahrzeugführer zur Anzeige gebracht.
Hat der Fahrzeugführer beispielsweise eine lange Urlaubsreise vor sich, kann er sehr gut abschätzen, ob er den Ölwechsel vor oder nach der Fahrt vornehmen sollte.
Bei einer nächsten Ausgestaltung ist durch den Fahrzeughersteller ein minimaler Viskositätsindex vorgegeben, bei dessen Unterschreiten auf ein minderwertiges Motorenöl geschlossen wird. Dies ist von großer Bedeutung für die Ansprüche im Rahmen einer Garantie. Kann dem Fahrzeugführer nachgewiesen wer- den, dass er ein nicht zugelassenes Motoröl von minderer Qua¬ lität verwendet hat, ist der Ausschluss einer Garantieleis¬ tung vorstellbar.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Figur 1 einen Verbrennungsmotor mit vier Zylindern,
Figur 2 das Ausgangssignal des Viskositätssensors bei ver- schiedenen Kraftstoffkonzentrationen im Motoröl,
Figur 3 die Viskosität eines Motoröls in Abhängigkeit von der Temperatur,
Figur 4 das Verhalten der Viskosität eines Motoröls in Ab¬ hängigkeit von der Temperatur und beim Eintrag von Ruß, Figur 5 das Viskositätsverhalten eines Motoröls über die Temperatur,
Figur 6 wiederum die Viskosität eines Motoröls über die Temperatur
Figur 7 die Viskositätsindizes eines Motoröls zu verschie¬ denen Zeitpunkten t0 bis t3,
Figur 8 ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität und des Zustandes des Motoröls nach dem Stand der Technik.
Figur 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1 mit vier Zylindern 2, in denen Kolben 3 angeordnet sind. Die Kolben 3 sind beweg- lieh in den Zylindern 2 gelagert und mittels Pleuelstangen 17 mit der Kurbelwelle 4 verbunden. Die hier dargestellten beweglichen Teile werden während des Betriebes des Verbren¬ nungsmotors 1 durch ein Motoröl 6 geschmiert. Das Motoröl 6 befindet sich in der Ölwanne 5 und es wird über ein hier nicht dargestelltes Leitungssystem zu den Schmierstellen geführt. Die Qualität des Motoröls 6 verschlechtert sich über die Betriebszeit des Motoröls 6 im Verbrennungsmotor 1. Diese Verschlechterung erfolgt z. B. durch den Eintrag von Treibstoffen in das Motoröl 6 oder durch den Eintrag von Ruß in das Motoröl 6 bei Dieselmotoren. Durch derartige Verunreinigungen wird die Viskosität des Motoröls 6 beeinflusst, dar¬ über hinaus aber auch die Fähigkeit des Motoröls 6 die beweg¬ lichen Teile an den Schmierstellen zu schützen. Im Motoröl 6 vorhandene Additive können beispielsweise zersetzt werden, wodurch die Qualität des Motoröls 6 negativ beeinflusst wird. Solche Additive sind zum Beispiel die so genannten Viskosi- tätsindexverbesserer . Viskositätsindexverbesserer (VI-Verbes- serer) enthalten Wirkstoffe (Viscosity Improver, Polymere) , die im Motoröl 6 gelöst das Viskositäts-Temperatur-Verhalten verbessern, d. h. sie vermindern die Temperaturabhängigkeit der Viskosität. Bei tiefen Temperaturen verbessern sie das Fliessverhalten des Motoröls 6, und bei hohen Temperaturen bewirken sie eine höhere Viskosität als ohne VI-Verbesserer . VI-Verbesserer sind ein wichtiger Bestandteil in Mehrbe- reichsmotorölen . Die wichtigsten Viskositätsindex-Verbesse¬ rer-Gruppen sind: Polymethacrylate (PMA) , Olefincopolymere (OCP) , Polyisobuthylene (PIB) und Styrol-Butadien-Copolymere (SCB) oder Styrol-Isopren-Copolymere (SIC) .
Mit einem Temperatursensor 7 kann die Temperatur des Motoröls 6 erfasst werden und mit einem Viskositätssensor 9 kann die Viskosität des Motoröls erfasst werden. Beide Werte können einem Steuergerät 10 zugeführt werden, in dem ein Mikrocont- roller 11 und ein elektronischer Speicher 15 vorhanden ist. Im MikroController 11 kann aus den gemessenen Werten der Viskosität und der Temperatur des Motoröls 6 der Viskositätsin- dex des Motoröls 6 zum Messzeitpunkt bestimmt werden. Dieser Wert kann im elektronischen Speicher 15 abgelegt werden.
Die Ermittlung des Viskositätsindexes erfolgt vorzugsweise in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors 1, indem der Visko- sitätssensor 9 bei verschiedenen Temperaturen des Motoröls 6 die Viskosität des Motoröls 6 bestimmt. Der Viskositätsindex bildet sich als Quotient von Viskosität und Temperatur des Motoröls 6. Ein hoher Viskositätsindex bedeutet dabei, dass sich die Viskosität des Motoröls 6 bei einer Veränderung der Temperatur nur sehr wenig ändert. Ein niedriger Viskositätsindex hingegen bedeutet, dass sich die Viskosität des Motor¬ öls 6 bei einer Änderung der Temperatur in großem Maße ändert. Vorteilhaft ist in jedem Fall ein hoher Viskositätsindex, da sich bei einem solchen Motoröl 6 die Viskosität bei allen Betriebstemperaturen des Verbrennungsmotors 1 annähernd gleich verhält. Sinkt der Viskositätsindex stark ab ist dies ein Hinweis dafür, dass die Qualität des Motoröls 6 erheblich zurückgegangen ist. Dies kann vom Steuergerät 10 ermittelt werden und es können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Es ist z. B. denkbar, dass vom Steuergerät 10 Signale an die Einspritzpumpe 13 abgegeben werden, die dazu führen, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 einen gewissen Höchstwert nicht mehr übersteigt. Dazu wird von der Ein¬ spritzpumpe 13 eine geringere Kraftstoffmenge über die Kraft¬ stoffleitung 12 zu den Einspritzventilen 14 gefördert, womit die Leistung der des Verbrennungsmotors 1 zurückgeht. In Kom- bination oder alternativ dazu kann im Kombinationsinstrument 16 eine Warnung ausgegeben werden, die dem Fahrzeugführer anzeigt, dass ein Ölwechsel notwendig ist. Zudem ist eine akus¬ tische Warnung des Fahrzeugführers über einen Lautsprecher 18 denkbar, die dem Fahrzeugführer den Hinweis gibt, das Motoröl 6 zu wechseln. Mit den Viskositätsindizes stehen hier Mess¬ werte zur Verfügung, die eine genaue Aussage über die Quali¬ tät des Motoröls 6 während des Betriebes des Verbrennungsmo¬ tors 1 zulassen. Eine Aussage über die Viskosität, wie sich durch den Viskositätssensor 9 zur Verfügung steht, ist nicht ausreichend, um die Qualität des Motoröls 6 vollständig zu beschreiben, da z. B. der Rußeintrag und der Kraftstoffeintrag in Kombination zu einer gleich bleibenden Viskosität führen können, wobei jedoch die Qualität des Motoröls 6 er¬ heblich vermindert ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verschlechterung des Motorölzustandes sicher er¬ kannt .
Figur 2 zeigt das Ausgangssignal des Viskositätssensors bei verschiedenen Kraftstoffkonzentrationen im Motoröl 6. Darge- stellt sind Messergebnisse bei verschiedenen Temperaturen zwischen 220C und 8O0C.
Figur 3 zeigt die Viskosität eines Motoröls 6 in Abhängigkeit von der Temperatur. Dargestellt ist ein Motoröl 6, das zum Zeitpunkt t0 neuwertig in den Verbrennungsmotor 1 eingefüllt wurde. Bis zum Zeitpunkt ti ist das Motoröl 6 durch den Ein¬ trag von Kraftstoff verdünnt worden, wodurch sich die Visko¬ sität des Motoröls 6 verringert hat, was durch die gestri¬ chelte Kurve bei ti dargestellt ist. Ein weiterer Eintrag von Kraftstoff bis zum Zeitpunkt t2 führt dazu, dass sich die Viskosität des Motoröls 6 erneut verringert hat, was durch die Kurve bei t2 dargestellt ist. Figur 4 hingegen zeigt das Verhalten der Viskosität eines Mo¬ toröls 6 in Abhängigkeit von der Temperatur beim Eintrag von Ruß. Das neu in den Verbrennungsmotor 1 eingeführte Öl 6 zeigt ein Verhalten entsprechend der Kurve bei t0. Durch den Rußeintrag bis zum Zeitpunkt ti ist das Motoröl 6 verdickt worden, was zur Kurve bei t2 führt. Ein weiterer Rußeintrag führt zur weiteren Verdickung des Motoröls 6, was durch die Kurve bei t2 dargestellt ist. Die Effekte aus Figur 3 und Fi¬ gur 4 können sich jedoch überlagern, indem sowohl Ruß als auch Kraftstoff in das Motoröl 6 eingetragen werden, wodurch sich die Viskosität nicht verändert, jedoch die Qualität des Motoröls 6 erheblich verschlechtert wird. Dies ist der Grund dafür, dass die reine Messung der Viskosität nicht ausreicht, um die Qualität des Motoröls 6 sicher zu bestimmen. Auch die Verschlechterung der Ölqualität durch den Abbau von Viskosi- tätsindexverbesserern (VI-Verbesserer) kann dargestellt werden. VI-Verbesserer sind langkettige Moleküle die dem hoch¬ wertigen Motoröl beigemischt sind, um einen flachen Verlauf des Viskositätsindexes hervorzurufen. Mit VI-Verbesserern än- dert sich die Viskosität des kalten Motoröls gegen über der des heißen Motoröls nur recht geringfügig. Genau dieses Ver¬ halten ist notwendig, um den Verbrennungsmotor in allen Betriebzuständen optimal zu schmieren. Ein zu zähflüssiges Motoröl gelangt nur sehr langsam an die Schmierstelle, wohinge- gen ein zu dünnflüssiges Motoröl seine Schmierfähigkeit ver¬ liert. Optimal ist es also, wenn ein Motoröl bei jeder Be¬ triebstemperatur die gleiche Viskosität aufweist. Diesem Op¬ timum nähert man sich durch die Verwendung von VI-Verbesse- rern. Leider werden die langkettigen Moleküle der VI-Verbes- serer im Laufe des Betriebes des Motoröls zerstört. Diese
Zerstörung der VI-Verbesserer kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sicher erkannt werden. Die VI-Verbesserer sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Motoröle, womit durch die Erkennung der Zerstörung der VI-Verbesserer direkt auf den Zustand und die Qualität des Motoröls zurück geschlossen wer¬ den kann. Hierzu zeigt Figur 5 mit der Kurve bei t0 das Viskositätsver¬ halten eines neuen Motoröls 6 über die Änderung der Temperatur. Nach Zerstörung von Viskositätsindexverbesserern verhält sich die Viskosität des Motoröls 6 über die Änderung der Tem- peratur entsprechend der bei tn dargestellten Kurve. Zu sehen ist, dass die Viskosität des Motoröls 6 nach Zerstörung der VI-Verbesserer bei geringen Temperaturen sehr hoch ist, wo hingegen sie bei hohen Temperaturen sehr niedrig ist. Dies deutet auf eine sehr schlechte Qualität des Motoröls 6 hin, da das Motoröl 6 beim Kaltstart extrem zäh ist und bei der
Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors 1 äußert dünnflüs¬ sig ist, was zu einer unzureichenden Schmierung der Lagerstellen und beweglichen Teile im Verbrennungsmotor 1 führen kann .
Figur 6 zeigt wiederum die Viskosität über die Änderung der Temperatur, dargestellt für verschiedene Zeitpunkte des Be¬ triebes eines Motoröls 6 im Verbrennungsmotor 1. Bei t0 wurde das neue Motoröl 6 in den Verbrennungsmotor 1 eingefüllt und durch Eintrag von Ruß wurde die Viskosität zum Zeitpunkt ti und zum Zeitpunkt t2 erhöht. Mit der Kurve t3 ist das Visko¬ sitätsverhalten eines anderen Motoröls 6 dargestellt, das deutlich vom Viskositätsverhalten des zuvor dargestellten Motoröls abweicht. Aus diesen Messungen kann der Fahrzeugher- steller beispielsweise erkennen, ob der Fahrzeugführer ein Motoröl 6 mit minderwertiger Qualität benutzt hat, woraus sich ein Verlust von Gewährleistungsansprüchen ableiten ließe.
Figur 7 zeigt die Viskositätsindizes eines Motoröls 6, welche zu verschiedenen Zeitpunkten t0 bis t3 ermittelt wurden. Der Viskositätsindex ist eine Kenngröße für das Viskosität - Tem¬ peraturverhalten von Ölen. Sein Zahlenwert ist umso größer, je flacher der Viskositäts-Temperaturverlauf ist und umge- kehrt. Ein hoher Viskositätsindex kennzeichnet damit eine ge¬ ringere Änderung der Viskosität über die Änderung der Tempe¬ ratur. Somit ist ein Motoröl 6 mit einem hohen Viskositätsin- dex qualitativ hochwertiger als ein solches mit einem niedrigen Viskositätsindex. Zum Zeitpunkt t0 hat z. B. ein neu ein¬ gefülltes Motoröl 6 einen relativ hohen Viskositätsindex, der im Laufe der Betriebszeit des Motoröls 6 im Verbrennungsmotor 1 absinkt und zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 einen kriti¬ schen Wert K unterschreitet. Spätestens zum Zeitpunkt t3 sollte der Fahrzeugführer den Hinweis erhalten, dass das Motoröl 6 umgehend zu wechseln ist. Mit einem Viskositätsindex unter dem kritischen Wert K ist eine ausreichende Schmierung der beweglichen Teile des Verbrennungsmotors 1 nicht mehr ge¬ währleistet. Bei erkannter geringer Ölqualität kann das Steu¬ ergerät 10 zum Schutz des Verbrennungsmotors 1 dafür sorgen, dass über die Einspritzpumpe 13 und die Kraftstoffleitungen 12 eine geringe Kraftstoffmenge zu den Einspritzdüsen 14 ge- fördert wird, wodurch die Leistung des Verbrennungsmotors 1 herabgesetzt wird. Die Leistung des Verbrennungsmotors 1 wird so weit herabgesetzt, dass eine ausreichende Schmierung der beweglichen Teile sichergestellt ist, bis der Fahrzeugführer für einen Wechsel des Motoröls 6 sorgt.
Figur 8 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität und des Zustandes des Motoröls 6 nach dem Stand der Technik. In einer mit Motoröl 6 gefüllten Ölwanne 5 ist ein Sensor 19 angeordnet, der im Motoröl 6 eine Widerstandsmessung oder eine Dielektrizitätsmessung vornimmt. Die Messwerte für den Widerstand oder für die Dielektrizität werden dem Steuergerät 10 zugeführt und von dem MikroController 11 ausgewertet. Aus diesen Messwerten wird auf den Zustand des Motoröls 6 ge¬ schlossen. Dieses Verfahren zur Bestimmung der Qualität und des Zustandes des Motoröls 6 ist sehr ungenau und daher für zuverlässige Aussagen über die Qualität und den Zustandes des Motoröls 6 nur wenig geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls
(6) in einem Verbrennungsmotor (1), bei dem zunächst die Viskosität des Motorenöls (6) bei verschiedenen Tempera¬ turen des Motorenöls (6) bestimmt wird, wonach aus der Viskosität und der Temperatur des Motorenöls (6) ein Vis¬ kositätsindex ermittelt wird, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Viskositätsindex des Motoröls (6) zu unterschiedlichen aufeinander folgenden Zeitpunkten (tθ, tl, t2) bestimmt wird und die Verände¬ rung des Viskositätsindizes über die Zeit als Maß zur Be¬ wertung des Motorölzustandes dient.
2. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls (6) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass ein Sollwert für den Viskositäts¬ index in einem elektronischen Speicher (15) abgelegt ist.
3. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls (6) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass der Viskositätsindex des neuen Mo¬ toröls (6) bestimmt wird und die Abweichung von diesem Viskositätsindex bewertet wird.
4. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls
(6) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die ermittelten Viskositätsindizes in einem elektronischen Speicher (15) abgelegt wird.
5. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls
(6) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass beim Erreichen einer vorbe¬ stimmten Verschlechterung des Zustandes des Motorenöls (6) ein Hinweis an einen Fahrzeugführer ausgegeben wird.
6. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls
(6) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass der Hinweis für den Fahrzeugführer im Kombiinstrument (16) sichtbar wird.
7. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls
(6) nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass der Hinweis für den Fahrzeugführer akustisch wahrnehmbar ist.
8. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls
(6) nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus dem ermittelten Zustand des Motoröls (6) eine Empfehlung für eine Restlaufzeit des Motoröls (6) abgeleitet wird.
9. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls
(6) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Empfehlung für die Restlauf- zeit des Motoröls (6) dem Fahrzeugführer zur Anzeige ge¬ bracht wird.
10. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Motorenöls
(6) nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch den Fahrzeughersteller ein minimaler Viskositätsindex vorge¬ geben ist bei dessen unterschreiten auf ein minderwerti¬ ges Motoröl (6) geschlossen wird.
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