基于粘度估计发动机油寿命的方法和系统的制作方法

专利名称：基于粘度估计发动机油寿命的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆控制系统，更特别地涉及一种基于粘度估计发动机油寿命的系统
和方法。
背景技术：
本部分提供与本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。这里提供的背景信息是为了一般地介绍本发明的背景，就在本背景部分中描述的内容以及在申请时可能没有被另外说成现有技术的描述的多个方面来说，目前署名的发明者的工作既不被清楚地也不被隐含地承认为本发明的现有技术。 机动车可以包括动力系，动力系包括动力装置(例如，发动机，电动机，和/或其组合)、多速变速器和差速器或主减速器。动力装置可以包括产生驱动扭矩的发动机，驱动扭矩通过变速器的不同变速比之一传递到最终传动系以驱动车轮。 发动机机油用来润滑发动机中的部件。发动机机油随着使用而变质，因而必须更换发动机机油。传统上，每当车辆达到预定里程，或规定期限(以首先达到限值为准)，就要更换发动机油。然而，在恶劣的运行条件下，车辆制造商可能建议更频繁地更换发动机油。这些情况要求车辆操作者关于何时更换发动机油做出判断。另一些制造商提供用于确定发动机机油寿命的系统，发动机机油寿命系统的一个例子是通用汽车(GM)发动机机油寿命系统(E0LS)。 EOLS记住车辆的各种运行条件并调整换油之间的里程。EOLS负责确定发动机油的剩余使用寿命百分数和是否需要更换发动机油。发动机油的过度劣化发生在其温度极限时，在高油温，油中的抗氧化剂有耗尽的趋势，并且由于氧化，油变得更粘和酸性。在低油温，燃料、水和积碳有积聚在油中的趋势，减小其粘度并增大磨损。让驾驶员考虑到这些条件是不实际的。即使就这些因素来说，某些条件也没有被考虑。

发明内容
本发明增加提供一种用于增大预测换油指标之间的油寿命的精确度的系统和方法。本发明利用粘度改善油寿命指示。油粘度太高将导致太高的油压累积并妨碍充分的油流向发动机关键区域供应新鲜润滑油，并且将导致加速的磨损。油粘度太低将导致载荷表面的不良液压润滑。因而，"油的粘度"改善了油寿命确定。 在本发明的一个方面中， 一种方法包括确定发动机油压力，确定发动机油温度，基于发动机油压力和发动机油温度确定发动机油的粘度，将发动机油的粘度与阈值进行比较，并响应粘度的比较产生警告信号。 在本发明的另一个方面中，一种方法包括确定新油的粘度，确定用过的油的粘度，
当用过的油的粘度与新油的粘度之比处于范围之外时，产生与油寿命相对应的指标。 在本发明另外的方面中，一种用于指示发动机油寿命的控制模块包括基于发动机
油压力和发动机油温度确定发动机油的粘度的粘度确定模块。控制系统还包括比较模块，
比较模块将发动机油的粘度与阈值进行比较，并响应粘度的比较产生警告信号。 根据下文中提供的详细描述，本发明应用的其他范围将变得显而易见。应该懂得，
4尽管详细描述和具体实施例指出了本发明的优选实施例，但详细描述和具体实施例仅仅为了说明的目的而非用来限制本发明的范围。


根据详细描述和附图，本发明将被更充分地理解，其中 图1是发动机和发动机控制系统的功能框图； 图2是用于图1发动机的油润滑系统的功能图解框图； 图3是恒温下的油压_发动机转速的图； 图4是用于试验发动机的车速、油压、油温、发动机转速的图； 图5是车速、油温和油粘度指数_时间的图； 图6是在测试循环期间在怠速时的发动机转速、油温和粘度指数的图； 图7是在行驶循环期间油粘度指标_油温的图； 图8是在不同油温时油压_发动机转速的图； 图9是在800RPM以下曲轴转速的发动机的油粘度_油温的图； 图10是用于执行本发明的方法的图1的控制系统的框图；禾口 图11是用于执行本发明的方法的流程图。
具体实施例方式
下面的优选实施例的描述实质上仅仅是示范性的，决不是用来限制本发明、其应用或用途。当用在这里时，术语模块是指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用的、专用的或群组的)和存储器，组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适部件。 现在参考图l，示范性地示出了根据本发明的示例性发动机控制系统10。发动机控制系统IO包括发动机12和控制模块14，发动机12包括进气歧管15、具有燃料喷射器的燃料喷射系统16和排气系统17。系统10还可以包括涡轮增压器18。示例性的发动机12包括配置在V型布局的相邻气缸组22、24中的六个气缸20。虽然图l示出了六个气缸(N=6)，但能懂得，发动机12可以包括另外的或更少的气缸20。例如，可以设想具有2、4、5、8U0、12和16个气缸的发动机。还可预料到，发动机12可以具有直列式气缸配置。尽管设想了利用直接喷射的用汽油提供动力的内燃机，但本发明也可以应用于柴油机或其他可选的燃料源。 在发动机运行过程中，发动机进气冲程产生的入口真空将空气吸入进气歧管15中。空气从进气歧管15被吸入多个单独的气缸20中并在其中被压縮。喷射系统16喷射燃料。空气/燃料混合物被压縮并且压縮的热量和/或电能点燃空气/燃料混合物。废气通过排气管26从气缸20排出。废气驱动涡轮增压器18的涡轮叶片25，其又驱动压縮机叶片25，压縮机叶片25能将额外的空气输送(增压)到进气歧管15进而到气缸20中用于燃烧。 涡轮增压器18可以是任何合适的涡轮增压器，例如但不局限于，可变喷嘴涡轮增压器(VNT)。涡轮增压器18可以包括多个位置可变的叶片27，其基于来自控制模块14的信号调节从车辆排气装置17输送到发动机12的空气量。更具体地说，叶片27可在完全打
5开位置和完全关闭位置之间移动。当叶片27处于完全关闭位置中时，涡轮增压器18将最 大空气量输送到进气歧管15中，进而将最大空气量输送到发动机12中。当叶片27处于完 全打开位置中时，涡轮增压器18将最小空气量输送到发动机12中。通过在完全打开和完 全关闭位置之间选择地定位叶片27来调节输送的空气量。 涡轮增压器18包括电子控制叶片螺线管28，其操纵通向叶片致动器(未示出)的 液压流体流。叶片致动器控制叶片27的位置。叶片位置传感器30基于叶片27的物理位 置产生叶片位置信号。增压传感器31基于通过涡轮增压器18输送到进气歧管15的额外 空气产生增压信号。尽管在此实施的涡轮增压器被描述为VNT，但可以设想，可以采用使用 不同电子控制方法的其他涡轮增压器。 歧管绝对压力(MAP)传感器34位于进气歧管15上并基于进气歧管15中的压力 提供(MAP)信号。空气质量流量(MAF)传感器36位于进气口内并且基于流入进气歧管15 中的空气质量提供空气质量流量(MAF)信号。控制模块14利用MAF信号确定供给到发动 机12的空燃比。RPM传感器44如曲轴位置传感器提供发动机转速信号。进气歧管温度传 感器46产生进气温度信号。控制模块14将喷射器正时信号传送到喷射系统16。车速传感 器49产生车速信号。 排气管26可以包括排气再循环(EGR)阀50， EGR阀50能使一部分排气再循环。 控制器14能控制EGR阀50以实现所需的EGR比率。 控制模块14控制发动机系统10的全部操作。更具体地说，控制模块14基于不同 参数控制发动机系统操作，这些参数包括，但不局限于，驾驶员输入、稳定性控制等等。控制 模块14可以被设置为发动机控制模块(ECM)。 控制模块14还可以通过调节通到叶片螺线管28的电流来调节涡轮增压器18的 操作。控制模块14能与叶片螺线管28通信以向进气歧管15中提供增大的空气流(增压)。
排气氧传感器60可以位于排气歧管或排气管内以提供与排气中的氧含量相对应 的信号。 现在参考图2，示出了发动机润滑系统80的图解框图。发动机润滑系统80包括油 槽82，其典型地位于发动机底部，发动机油拾取管84由于泵86的作用吸出其中的油。泵 86通过拾取管84从油槽82抽吸油并将油抽取入滤油器88中。滤油器88向油道90提供 流体以润滑发动机12的不同部分，包括轴承、活塞、杆和发动机12的其他内部部件。油从 油道90返回到油槽82。 泵86可以是不同类型的泵，包括齿轮式正排量泵或叶片式变排量泵。对于排量
泵，用安全阀92使超出热怠速运行范围的过量的油再循环。通过安全阀92再循环的废油
可能最终降低车辆的总燃料经济性，这是因为使用了过量的能量驱动正排量泵。 与在滤油器88和油道90之间的油连通的压力传感器94产生油压信号。与油槽
中的油连通的温度传感器96提供发动机油温度信号。 在油泵的泵送作用下对流动的油的阻力引起发动机油压力。油粘度越高，油流动 的阻力越高。油压是油的流动阻力的量度。发动机润滑系统中的油压是两个因素的函数 油粘度和油流量。今天最流行的发动机是正排量类型的。 泵86也可以是变排量润滑油泵，其由于在不同运行条件下输送正确数量的油流 的固有能力而用来将油再循环的浪费减到最少。
6
在某个流量以前可以不调节发动机中的油流，然后在达到该流量以后才调节发动机中的油流。对于正排量和变排量类型的泵，一般而言，当不调节油流时，油流量与油泵的转速(RPM)成比例。油泵与发动机转速直接关联，并且油泵的转速与发动机RPM直接相关。因而，对于给定的发动机转速(RPM)，如在怠速时，油流量几乎是恒定的并且油压主要随油粘度而变。然而，油粘度对油的温度敏感。随着油的温度升高，油的粘度减小。由于油粘度是阻挡流动的驱动力，所以当油温升高时，油压有减小的趋势。相反，当油温降低时，润滑系统中的油压增加。因而，通过测量油压和油温，能建立油粘度和油压之间的关系。
对于调节的油流，泵设法根据系统要求通过调节其输出流量在其出口维持预定压力。如果泵两边的压差小于设定压力，则泵输出由于内部泄露而修正的最大输送量。在达到压力设定之后，通过改变泵的排量调节输出流量以维持预定压力。取决于下游油压，排量能从其最大值变低成零。预定压力和最大压力之间的压力范围被称为调节范围，在最大压力，排量是零。甚至在油调节范围中也能根据泵特性确定油流量，泵特性包括排量和油压之间的关系。 当泵送到发动机中的油量增加时，油压升高。对于给定的发动机，油压是两个因素
的函数油粘度和油流量。油道中的油流典型地是层状的。对于槽中的层流，总压力降AP
与油流量Q和油粘度P的乘积成线性比例 AP " QX U (1) 根据方程式(l)，油粘度y是 " j () 油流量Q是发动机RPM"和油流调节的函数。 对于未调节的油流，大部分油泵表现为正排量泵。这种正排量泵的油流量与油泵的转速(RPM)成比例。由于油泵转速直接与发动机转速"成比例，所以油粘度i！仅仅是油压和发动机RPM"的函数， - ^ ( 3 ) 对于调节的油流，油流量Q取决于发动机RPM和油压两者。必须通过调节的油流量的数量修改在方程式(2)中通向发动机油道的油流量Q。调节量取决于特定泵类型的油泵特性。可以通过作为油压和发动机RPM的函数建立调节的油流量f的模型来估计调节的油流量， Q " Q未调节-f (AP， ") (4) —旦已知油泵特性，如调节的油流量与油压之间的关系以及泵转速，则方程式(2)能应用于未调节区域之外的宽范围的发动机运行条件。 现在参考图3，为了验证方程式(3)，利用GM4. 2L、 L6发动机的旋转试验台测试数据被用来作图表示在恒定的油温12(TC时在油压和发动机RPM之间的关系。如图3中所示，油压随着发动机RPM线性地增加直到安全阀在油压60磅/平方英寸(psi)附近开始打开为止。在超出60磅/平方英寸的较高油压，油流开始通过安全阀调节且油压偏离线性关系。为了应用于更实际的发动机运行条件，对于城市驾驶循环利用Federal TestProcedure (FTP)试验来操作发动机底盘测功器。图4表示车速、发动机RPM的变化以及相应的油压波动和油槽中的油温变化。如图5中所示，由于在加速和减速过程中发动机RPM的变化，油压极大地波动。图5示出了油粘度指标，作为信号110，其为根据方程式(3)油压除以发动机RPM。当在高发动机RPM通过安全阀调节油流时，油粘度指标在FTP循环过程中波动，并且发动机油道中的油流回路由于可变的阀动作而改变。为了避免这些复杂性，仅仅使用怠速条件期间的数据，因为油流回路是稳定的且未被调节。如图6中所示，油粘度指标值是非常稳定的，在发动机怠速期间不波动。在图7中，在13个怠速条件下的油粘度指标的平均值被描绘为油温的函数。对于在试验中可获得的85t:和95t:之间的狭窄油温范围，用于油粘度指标的13个数据点紧密地沿着油粘度和油温之间的线性关系下降。
为了使本发明应用于变排量泵，使用GM LT8 ， Gamma发动机。在图8中在五个不同的油温处示出了油压和发动机RPM之间的关系。对于230Kpa以下的油压，不调节油流。当油压高于230Kpa时开始调节油流。如图8中所示，当油压在230Kpa以下时，对于未调节的油流区域，油压和发动机RPM之间的关系是线性的，当油压大于230Kpa时，数据偏离线性关系。因而，当不调节油流时，方程式(3)仍然能适用于变排量泵。选择低发动机RPM(810以下)的发动机试验数据以基于方程式(3)估计油粘度指标。这些发动机试验数据的平均值被作图表示为油温的函数，如图9中所示。虽然包含了图中的对于5(TC油温的试验数据，但在这个低油温已经调节了油流，这个数据点对于估计油粘度不是有效的。如图9中所示，用常数k2按比例换算来自方程式(3)的油粘度指标值，以将其直接与5W30发动机油的粘度值进行比较。来自方程式(3)的按比例换算的油粘度非常紧密地随着测量的油粘度下降。然而，如预期的，当调节油流时，它在低油温5(TC偏离了测量的油粘度。为了在调节区域中确定粘度，方程式(2)与方程式(4) 一起用来考虑修正的油流动量。 现在参考图IO，示出了用于发动机油监视的控制模块14各部件的简化图解框图。控制模块14内的每个模块可以互相连接。控制模块14中可以包括不同的模块以执行本发明的方法。 控制模块14可以与复位器210通信，复位器210可以是复位开关或其他类型的复位接口。复位开关例如可以位于仪表板上。复位开关可以是多个开关的组合，所述多个开关以某一顺序启动以产生一信号作为已经在车辆中更换油的指标。
控制模块14可以包括换油确定模块212，其从复位器210接收复位信号。
发动机油温度确定模块214从温度传感器96接收温度信号并将温度信号提供给控制模块14内的不同其他模块。发动机油压力确定模块215从油压传感器94接收油压传感器信号并将油压信号提供给控制模块14内的其他模块。发动机转速确定模块216将发动机转速信号提供给油流量确定模块218。油流量确定模块218也可以从未调节油流确定模块220接收信号。基于产生于油流量确定模块218的油流量信号，粘度确定模块222可以产生粘度信号。粘度确定模块222可以确定粘度并使粘度与温度关联。粘度确定模块输出可以将新油粘度存储在存储器224中。从而，当复位开关最初复位时，发动机油是新的，因而做出新油粘度确定并将其存储在新油粘度存储器224中。 粘度确定模块222也可以与粘度比较模块226通信。粘度比较模块可以将新油粘度与来自粘度确定模块222的用过的油的粘度进行比较。通过将用过的粘度和新粘度之比与一阈值进行比较，指示器228可以用来指示是否需要换油。粘度比较模块226可以将上常数和下常数与用过的粘度和新粘度之比进行比较。当粘度处于两个常数之间时，粘度处于范围内，不启动指示器228。当粘度高于上常数或低于下常数时，粘度比较模块226可以
启动指示器228。指示器228可以提供应当换油或油具有预定寿命量的指示。当然，具有两
个常数仅仅是本发明提供的 一个例子，本发明的变型可以仅仅使用 一个常数。 现在参考图11，阐明了一种根据介入式诊断程序的控制发动机的方法。如上所述，
油压是在泵送作用下油流动的阻力所导致的。除油粘度之外，油道的变化也可以影响阻力，
从而影响测量的油压。较小的油流道对油流提供较大的阻力，因而提供较高的油压，相反，
很大的油流道提供较小的阻力，导致较低的油压。例如，磨损了的轴承能导致低油压。在本
部分中描述的程序可应用于不同的油类型和发动机类型。假定在换油间隔期间发动机轴承
的磨损小并且其对油压的影响可忽略。然而，在没有精度损失的情况下，在多个换油间隔时
间内的变化可能很大。 在步骤310中确定车辆发动机是否开动。这能根据来自发动机控制模块的信号确 定。当发动机没有开动或运行时，系统不继续进行。在步骤312中确定发动机最近是否换过 油。图10的复位器210可以用来确定复位。如果在步骤312中已经换过油，则在步骤314 中确定是否未调节发动机油压力。这可以通过用位于图2中所示的滤油器下游的油温和油 压传感器测量油压和油温来确定。当在步骤314中确定未调节油流时，在步骤316中使油 流量直接与发动机转速相关。测量油压和发动机RPM并根据方程式(3)计算油粘度指标。 在步骤318中使粘度和油温相关联。可以考虑到温度对粘度做出调节。然后将新油的新油 粘度指标P 记录或存储在存储器中以便将来在步骤320中与用过的油的粘度进行比较。
当在步骤314中确定调节(并非未调节)油流时，在步骤322中根据方程式(4) 估计正确的油流并根据方程式(2)计算油粘度指标。然后，也如上所述地执行步骤318和 320。还要注意，仅仅在确定已经换过油之后执行步骤314-320。 回到步骤312，当没有换过油时，步骤330确定是否未调节发动机油压力。这通过 用发动机温度和压力传感器测量油压和油温来实现。当在步骤330中确定未调节油流时， 在步骤332中使油流量与发动机转速相关，从而通过与上面在步骤316-318中对于新油所 描述的相同的程序，用发动机转速确定用过的油粘度指标P 1B。步骤334针对油温调节粘 度。当在步骤334中算出用过的油粘度指标P ,日时，在步骤336中，例如通过以y 除y 1B 形成一比来将用过的油粘度指标P ,日与新油粘度P 进行比较。在步骤336中，将粘度之 比与由下常数Q和上常数C^限定的预定范围进行比较。常数可以用实验方法确定并且取 决于油性质。如果比较的比值位于由Q和G限定的范围之外，则在步骤338中产生换油信 号。当在给定油温和发动机转速下估计的粘度超出上面阐明的预定"阈值"或范围时，可以 将"换油"警告信号发送给车辆操作者。在步骤336中，如果所述比处于范围内，则在步骤 340中，不产生换油信号，因为粘度良好。 回到步骤330，当调节(并非未调节)油流时，在步骤350中根据方程式(4)估计 正确的油流并根据方程式(2)计算油粘度指标。然后也如上所述地执行步骤334和340。
基于本发明的换油提供了一种手段用于实现改善的发动机运行效率，更有效的维 护计划，和延长的发动机寿命，所有这些都导致较低的运行成本。另外，通过向驾驶员发出 突然的油损失或加速的油变质的警告，油粘度计能保护发动机不受损害。最后，通过延长换 油间隔，基于本发明的换油可以帮助减少车辆运行的环境成本。 现在本领域技术人员能从前述描述懂得，本发明的广泛教导能以各种形式实现。因而，尽管本发明被结合其特定实施例描述，但本发明的真实范围不应该受此限制，因为对 于本领域技术人员来说，依据对附图、说明书和所附权利要求的研究，其他变型将变得显而 易见。
权利要求
一种方法，包括确定发动机油压力；确定发动机油温度；基于所述发动机油压力和发动机油温度确定所述发动机油的粘度；将所述发动机油的粘度与阈值进行比较；和响应粘度的比较产生警告信号。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括确定发动机转速，和其中确定所述发动机油的粘 度包括响应于所述发动机油压力、所述发动机油温度和所述发动机转速确定所述发动机油 的粘度。
3. 如权利要求1所述的方法，还包括根据所述发动机油温度和所述发动机油压力确定 未调节油流范围，和其中当发动机油流量处于调节的油流范围内时，基于所述发动机油压 力、发动机转速和调节的压力确定油流量。
4. 如权利要求3所述的方法，其中确定粘度包括根据所述油流量和所述发动机油压力 确定所述粘度。
5. 如权利要求4所述的方法，当所述发动机油流量处于调节的范围内时，根据所述发 动机油压力、所述发动机油温度和发动机转速确定所述油粘度。
6. 如权利要求1所述的方法，其中比较所述发动机油的粘度包括将所述发动机油的粘 度和新发动机油粘度与所述阈值进行比较。
7. 如权利要求1所述的方法，其中比较所述发动机油的粘度包括将所述发动机油的粘 度和新发动机油粘度之比与范围阈值进行比较。
8. 如权利要求1所述的方法，其中产生警告包括当所述比处于所述范围之外时产生警告
9. 一种方法，包括 确定新油的粘度； 确定用过的油的粘度；禾口当用过的油的粘度与所述新油的粘度之比处于范围之外时，产生与油寿命相对应的指标。
10. 如权利要求9所述的方法，还包括当所述用过的油的粘度与所述新油的粘度之比 处于范围之内时，指示所述油是良好的。
11. 如权利要求9所述的方法，其中确定用过的油的粘度包括确定用过的发动机油压 力，确定用过的发动机油温度，基于所述用过的油压力和用过的油温度确定用过的油的粘度。
12. 如权利要求9所述的方法，其中确定用过的油的粘度包括确定用过的发动机油压 力，确定用过的发动机油温度，确定发动机转速，基于所述用过的油压力、发动机转速和用 过的油温度确定用过的油粘度。
13. 如权利要求12所述的方法，还包括根据所述用过的油温度和用过的油压力确定未 调节的油流范围，和其中当发动机油流处于调节的油流范围内时，基于所述用过的油压力、 所述发动机转速和调节的压力确定用过的油流量。
14. 如权利要求13所述的方法，其中确定粘度包括根据所述用过的油流量和所述用过的油压力确定用过的油粘度。
15. 如权利要求13所述的方法，当所述发动机油流量处于调节的范围内时，根据所述用过的油压力、所述用过的油温度和所述发动机转速确定所述油粘度。
16. —种用于指示发动机油寿命的控制模块，包括基于发动机油压力和发动机油温度确定所述发动机油的粘度的粘度确定模块；禾口比较模块，其将所述发动机油的粘度与阈值进行比较，并响应粘度的比较产生警告信号。
17. 如权利要求16所述的系统，还包括接收所述警告信号并显示油寿命的指标的指示器。
18. 如权利要求17所述的系统，其中所述油寿命的指标包括换油指标。
19. 如权利要求16所述的系统，其中所述粘度确定模块基于所述油压力、发动机油温度和发动机转速确定所述发动机油的粘度。
20. 如权利要求16所述的系统，其中所述比较模块将所述发动机油的粘度和新油粘度之比与所述阈值进行比较。
全文摘要
本发明涉及一种基于粘度估计发动机油寿命的方法和系统。一种用于指示发动机油寿命的方法和控制模块包括基于发动机油压力和发动机油温度确定发动机油的粘度的粘度确定模块。控制系统还包括比较模块，比较模块将发动机油的粘度与阈值进行比较，并响应粘度的比较产生警告信号。
文档编号F01M11/10GK101769844SQ20091022282
公开日2010年7月7日 申请日期2009年11月19日 优先权日2008年11月19日
发明者L·郑, T·韩 申请人:通用汽车环球科技运作公司