专利名称：发动机油的氧化防止性能的估计装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用作判定发动机油的劣化的指标的发动机油的氧化防止性能的估计
直ο
背景技术：
发动机油除了具有发动机的润滑功能以外，还具有清洁、防锈、防腐蚀等各种功能。当发动机油劣化时，无法维持这些诸多功能，并且，由于淤渣的生成等，成为发动机损伤等不良情况的原因，所以，优选根据劣化程度尽早进行更换。另一方面，从近年来的环境保护的观点出发，寻求废油量的削减，在发动机油的情况下，特别优选根据废油量和更换频度的多少，尽可能地延长更换间隔。从以上的发动机保护和环境保护这两个观点出发，精度良好地判定发动机油的实际劣化并适当设定发动机油的更换时期成为非常重要的课题。因此，以往提出了与发动机油有关的各种劣化判定装置，例如公知有专利文献1 所公开的装置。该劣化判定装置具有根据发动机油(以下称为“油”)的性状进行判定的第 1判定装置、和根据发动机的工作信息进行判定的第2判定装置。在第1和第2判定装置的任意一方判定为油劣化时，在显示器上显示该意思，提示油的更换。第1判定装置使用光传感器，从发光部向油发出光，并且，利用受光部接收由油反射的光，在其受光量小于规定的第1基准值时，在油中生成直径较大的微粒子，判定为油劣化。另一方面，第2判定装置计算油更换后车辆的行驶距离等的发动机的工作信息的累计值，在计算出的累计值在规定的第2基准值以上时，判定为油劣化。并且，从在良好的状态下使用油的观点出发，上述第1判定装置用的第1基准值设定得更为严格，与此相对，从使用油直到发动机不产生不良情况的极限附近的观点出发，第2判定装置用的第2基准值设定得更为缓和。但是，在该现有的劣化判定装置中，在第1判定装置正常时，采用使用了更为严格的第1基准值的第1判定装置的判定结果，所以，在油的劣化程度没那么高的状态下，也容易判定为油劣化，其结果，尽早更换油，白白废弃。并且，在第1判定装置故障时，作为其备用，采用使用了第2基准值的第2判定装置的判定结果。但是，该第2判定装置的判定手法只不过是根据油更换后的行驶距离等的累计值，来估计油的劣化程度。对此，油劣化的实际进行程度不仅根据上述行驶距离或转速的累计值而不同，还根据发动机的运转环境或运转状况等而有很大不同，所以，通过第2判定装置，无法精度良好地判定油的劣化程度。因此，为了可靠地避免润滑不良等的不良情况，需要针对第2基准值额外地设定安全率，油的更换时期还是提前。进而，在该现有的劣化判定装置中，为了进行第1判定装置的劣化判定，必须设置光传感器，相应地存在制造成本增大的缺点。并且，作为与发动机油有关的现有的其他劣化判定装置，公知有专利文献2所公开的装置。在该劣化判定装置中，作为判定发动机油(以下称为“油”)的劣化的指标，着眼于油中的氧化防止剂的剩余量，使用红外分光分析计来检测该氧化防止剂的剩余量。在该劣化判定装置中，在与油通路的油过滤器的下游侧连接的旁通通路中设置红外分光分析计，通过该红外分光分析计，求出表示氧化防止剂的红外吸收光谱的特征峰值的红外波长的吸光度，根据该吸光度来计算氧化防止剂的剩余量。然后，根据这样计算出的氧化防止剂的剩余量来判定油的劣化。但是，在该现有的劣化判定装置中，为了测定氧化防止剂的存在量，必须使用高价的红外分光分析计，制造成本增大。
发明内容
本发明正是为了解决以上这种课题而完成的，其第1目的在于，提供如下的发动机油的劣化估计装置能够廉价且精度良好地估计发动机油的劣化，由此，能够适当地判定发动机油的更换时期。并且，本发明的第2目的在于，提供如下的发动机油的氧化防止性能的估计装置 能够精度良好地估计发动机油的氧化防止性能而不使用高价的传感器，由此，能够适当地判定发动机油的劣化和更换时期。专利文献1 日本特开平7-189641号公报专利文献2 日本特开平8-226896号公报为了达成上述第1目的，在本发明的第1方式中，提供一种发动机油的劣化估计装置，该发动机油用于内燃机3的润滑，其特征在于，该劣化估计装置具有氧化防止性能估计单元(ECU 2、式(1)、图8的步骤5、图10)，其估计发动机油的氧化防止性能(实施方式中的(以下在本项中相同)氧化诱导时间0ΙΤ)；清洁维持性能估计单元(ECU 2、式(18)、图 8的步骤4)，其估计发动机油的清洁维持性能(总碱值TBN)；以及劣化估计单元(ECU 2、图 8的步骤6、图14)，其根据估计出的氧化防止性能和清洁维持性能，估计发动机油的劣化。本发明基于以下这种技术观点。作为严重左右发动机油的劣化程度的重要性能， 有氧化防止性能和清洁维持性能。氧化防止性能通过在发动机油中添加的氧化防止剂来发挥，并且，作为本来为了调节摩擦而添加的过氧化物分解剂的副作用来发挥。在发动机油中充分存在氧化防止性能的情况下，即使混入氧化生成物，也不产生不溶解成分，且不生成淤渣，与此相对，随着氧化防止性能的消耗，在发动机油的低温状态的部分中产生不溶解成分并凝集，由此生成淤渣(以下称为“低温淤渣”)。生成低温淤渣后，发动机油的诸多功能急剧消失，可能产生润滑不良或油路的闭塞等。如上所述，氧化防止性能是良好表现发动机油的劣化程度的油劣化参数之一，能够通过其剩余量来判定发动机油的剩余寿命。另一方面，清洁维持性能通过在发动机油中添加的清洁剂来发挥。在发动机油中充分存在清洁维持性能的情况下，随着处于高温状态的发动机油的蒸发，油中的不溶解成分也一起蒸发，所以不生成淤渣，与此相对，随着清洁维持性能的消耗，即使发动机油蒸发， 不溶解成分也不蒸发而是残留并凝集，由此生成淤渣(以下称为“高温淤渣”)。生成高温淤渣时的状况与上述低温淤渣的情况基本相同，发动机油的诸多功能急剧消失，可能产生润滑不良或活塞环的卡死等。如上所述，清洁维持性能与氧化防止性能同样，也是良好表现发动机油的劣化程度的油劣化参数之一，能够通过其剩余量来判定发动机油的剩余寿命。并且，在氧化防止性能和清洁维持性能中，如上所述由于消耗的原因和原理不同， 因此消耗的状况(消耗的开始时期或结束时期、速度等)或进行程度相互不同。因此，根据内燃机的运转状况等，既存在氧化防止性能先消耗而左右发动机油的寿命的情况，也存在相反的情况。因此，在根据氧化防止性能和清洁维持性能的一方来进行劣化判定的情况下， 无法得到高判定精度，如果要可靠地避免由于发动机油的劣化而引起的不良情况，则需要较高地设定判定的安全率，发动机油白白更换。基于以上的技术观点，根据本发明，分别估计发动机油的氧化防止性能和清洁维持性能，并且，根据估计出的氧化防止性能和清洁维持性能，估计发动机油的劣化。这样，并用氧化防止性能和清洁维持性能这样的不同的2种油劣化参数来进行劣化的估计，所以， 与使用单一的油劣化参数的情况相比，能够较小地设定安全率，同时能够精度良好地估计发动机油的劣化，因此，能够适当地判定发动机油的更换时期。并且，通过估计来求出氧化防止性能和清洁维持性能，所以，不需要现有的劣化判定装置那样的判定专用的传感器，能够更廉价地构成。优选该劣化估计装置还具有第1剩余寿命参数计算单元(ECU 2、图14的步骤 51、图15)，其根据氧化防止性能，计算表示发动机油的剩余寿命的第1剩余寿命参数(剩余寿命指数R0IT)；以及第2剩余寿命参数计算单元(ECU 2、图14的步骤52、图16)，其根据清洁维持性能，计算表示发动机油的剩余寿命的第2剩余寿命参数(剩余寿命指数RTBN)， 劣化估计单元根据计算出的第1和第2剩余寿命参数中更小的一方(剩余寿命指数ROLF)， 判定发动机油的劣化(图14的步骤53 56)。根据该优选方式的结构，分别根据估计出的氧化防止性能和清洁维持性能，计算表示发动机油的剩余寿命的第1和第2剩余寿命参数，根据其中更小的一方来判定发动机油的劣化。即，根据氧化防止性能和清洁维持性能中表示发动机油的实际剩余寿命更短的性能来进行劣化判定，所以，能够可靠地判定发动机油的更换时期。并且，根据这种判定手法，能够较小地设定分别针对氧化防止性能和清洁维持性能的安全率，由此，能够进一步提高劣化判定的精度。进而，优选氧化防止性能估计单元具有第1氧化防止性能估计单元(式(5)、图 10的步骤35、40)，其估计基于发动机油所含的氧化防止剂的氧化防止性能，作为第1氧化防止性能(相当于氧化防止剂的部分的OITtOIlU ；以及第2氧化防止性能估计单元(式 (6)、图10的步骤39、40)，其估计基于发动机油所含的过氧化物分解剂的氧化防止性能，作为第2氧化防止性能(相当于过氧化物分解剂的部分的0ΙΤ
ΖΝ)，根据估计出的第1氧化防止性能和第2氧化防止性能来计算氧化防止性能(总0IT
totJ (式(1)、图10的步骤40)。如上所述，氧化防止性能通过在发动机油中添加的氧化防止剂和过氧化物分解剂来发挥。并且可以确认，在氧化防止剂和过氧化物分解剂中，其消耗形式相互不同，前者是相对于时间大致为直线的消耗形式，后者是大致为指数函数的消耗形式。根据本发明，单独掌握基于氧化防止剂的氧化防止性能和基于过氧化物分解剂的氧化防止性能，分别作为第 1氧化防止性能和第2氧化防止性能来估计，所以，能够根据上述消耗形式的差异，精度良
5好地进行这些估计。并且，根据这样估计出的第1和第2氧化防止性能来计算氧化防止性能，所以，能够适当地估计发动机油整体的氧化防止性能。并且，为了达成所述第1目的，在本发明的第2方式中，提供一种发动机油的劣化估计装置，该发动机油用于内燃机的润滑，其特征在于，该劣化估计装置具有第1劣化参数计算单元(ECU 2、式(1)、图8的步骤5、图10)，其计算表示发动机油中生成的低温劣化生成物的生成程度的第1劣化参数(氧化诱导时间0ΙΤ)；第2劣化参数计算单元(ECU 2、 式(18)、图8的步骤4)，其计算表示发动机油中生成的高温劣化生成物的生成程度的第2 劣化参数(总碱值TBN)；以及劣化估计单元(ECU2、图8的步骤6、图14)，其根据计算出的第1和第2劣化参数，估计发动机油的劣化。如上所述，发动机油的劣化表现为由于氧化防止性能的消耗而引起的发动机油的低温部分中的低温淤渣的生成、或由于清洁维持性能的消耗而引起的发动机油的高温部分中的高温淤渣的生成。因此，低温淤渣等低温时劣化生成物的生成程度和高温淤渣等高温时劣化生成物的生成程度分别是良好表现发动机油的劣化程度的油劣化参数。根据本发明，计算表示低温时劣化生成物的生成程度的第1劣化参数和表示高温时劣化生成物的生成程度的第2劣化参数，根据计算出的第1和第2劣化参数，判定发动机油的劣化。这样，并用第1和第2劣化参数这样的不同的2种油劣化参数来进行劣化的估计，所以，与权利要求1所述的发明同样，能够较小地设定安全率，同时能够精度良好地估计发动机油的劣化，能够适当地判定发动机油的更换时期。并且，通过估计来求出第1和第 2劣化参数，所以，不需要判定专用的传感器，能够廉价地构成。进而，为了达成所述第2目的，在本发明的第3方式中，提供一种发动机油的氧化防止性能的估计装置，该发动机油的氧化防止性能用作判定发动机油的劣化的指标，其特征在于，该估计装置具有燃料浓度取得单元(ECU 2、图8的步骤3、图9)，其取得发动机油中的燃料的浓度(燃料浓度[FUEL])；以及氧化防止性能估计单元(ECU 2、式(1)、图8的步骤5、图10)，其根据取得的燃料浓度，估计发动机油的氧化防止性能(氧化诱导时间0ΙΤ)。本发明基于以下这种技术观点。如上所述，作为严重左右发动机油的劣化程度的重要性能之一，有氧化防止性能。该氧化防止性能是良好表现发动机油的劣化程度的油劣化参数，能够通过其剩余量来判定发动机油的剩余寿命。并且，根据发明人的研究，可以确认发动机油所含的燃料的浓度(稀释率)严重影响氧化防止性能的消耗/劣化。这是因为，未燃燃料是反应性极高的物质，所以，通过与发动机油的接触，容易与其进行反应，使氧化防止性能劣化。基于以上的技术观点，根据本发明，取得发动机油中的燃料的浓度，并且，根据取得的燃料浓度，估计发动机油的氧化防止性能。因此，能够反映发动机油所含的燃料的影响，同时能够精度良好地估计氧化防止性能，由此，能够适当地判定发动机油的劣化和更换时期。并且，例如在通过估计来进行燃料浓度的取得的情况下，不需要判定专用的传感器， 在通过检测来进行燃料浓度的取得的情况下，与现有的红外分光分析计相比，检测浓度的传感器非常廉价，所以，在任何情况下，都能够削减估计装置的制造成本。优选该估计装置还具有油温度取得单元(EOT 2、图8的步骤1)，其取得发动机油的温度(油温TOIL)；以及NOx浓度取得单元(ECU 2、图8的步骤2)，其取得内燃机3的曲柄箱3e内的NOx浓度[NOx]，氧化防止性能估计单元还根据取得的油温度和NOx浓度，估计
6氧化防止性能。作为对氧化防止性能的消耗/劣化造成影响的其他参数，可以列举发动机油的温度和曲柄箱内的NOx浓度。前者是因为通过使空气中的氧气与发动机油接触并直接进行反应从而使氧化防止性能劣化，并且，其反应程度根据热(温度)而变化。后者是因为NOx也是反应性非常高的物质，所以，通过与发动机油的接触，容易与其进行反应，使氧化防止性能劣化。根据本发明，取得发动机油的温度和曲柄箱内的NOx浓度，并且，除了燃料浓度以外，还根据取得的油温度和NOx浓度，估计氧化防止性能。因此，能够进一步反映温度和NOx 的影响，同时能够精度更良好地估计氧化防止性能，能够更适当地判定发动机油的劣化和更换时期。优选氧化防止性能估计单元具有第1氧化防止性能估计单元(式(5)、图10的步骤35、40)，其估计基于发动机油所含的氧化防止剂的氧化防止性能，作为第1氧化防止性能(相当于氧化防止剂的部分的OITtOIlU ；以及第2氧化防止性能估计单元(式(6)、 图10的步骤39、40)，其估计基于发动机油所含的过氧化物分解剂的氧化防止性能，作为第 2氧化防止性能(相当于过氧化物分解剂的部分的0ΙΤ
ΖΝ)，根据估计出的第1氧化防止性能和第2氧化防止性能来计算氧化防止性能(总0IT
totJ (式(1)、图10的步骤 40)。如上所述，氧化防止性能主要通过氧化防止剂来发挥。除此之外，氧化防止性能作为本来为了调节摩擦而在发动机油中添加的过氧化物分解剂的副作用来发挥。并且可以确认，在氧化防止剂和过氧化物分解剂中，其消耗形式相互不同，前者是相对于时间大致为直线的消耗形式，后者是大致为指数函数的消耗形式。根据本发明，单独掌握基于氧化防止剂的氧化防止性能和基于过氧化物分解剂的氧化防止性能，分别作为第1氧化防止性能和第 2氧化防止性能来估计，所以，能够根据上述消耗形式的差异，精度良好地进行这些估计。并且，根据估计出的第1和第2氧化防止性能来计算氧化防止性能，所以，能够精度更良好地估计发动机油整体的氧化防止性能。进而，优选第1氧化防止性能估计单元通过下式(A)计算发动机油的相当于氧化防止剂的氧化诱导时间的变化量，并且，对计算出的变化量进行积分，由此，计算相当于氧化防止剂的氧化诱导时间
ΑΗ，作为第1氧化防止性能，第2氧化防止性能估计单元通过下式(B)计算发动机油的相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间的变化量，并且，对计算出的变化量进行积分，由此，计算相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间
ΖΝ，作为第 2氧化防止性能。d
A11Mt = kl+k2X [N0x]2+k3X [FUEL]2... (A)d
ZN/dt =
ZNX (k4+k5X [N0x]2+k6X [FUEL]2)…(B)其中，d
AH/dt 相当于氧化防止剂的氧化诱导时间的变化量d
ZN/dt 相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间的变化量
ΖΝ 相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间kl k6:反应速度系数[NOx]曲柄箱内的NOx浓度[FUEL]发动机油中的燃料浓度
氧化诱导时间如后所述那样定义，与氧化防止性能具有密切的相关性，成为其有效指标。并且，如后所述，通过实验可以确认，能够通过上述式(A)，精度良好地计算相当于氧化防止剂的氧化诱导时间的变化量，通过上述式(B)，精度良好地计算相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间的变化量。因此，使用式㈧计算相当于氧化防止剂的氧化诱导时间的变化量，并且，对计算出的变化量进行积分，由此，能够精度良好地计算相当于氧化防止剂的氧化诱导时间，作为第1氧化防止性能。同样，使用式(B)计算相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间的变化量，并且，对计算出的变化量进行积分，由此，能够精度良好地计算相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间，作为第2氧化防止性能。
图1是概略地示出应用了本发明的内燃机的图。图2是示出针对E⑶的信号的输入输出关系的图。图3是OIT的反应速度系数kl、k4的阿列纽斯绘制图。图4是示出NOx浓度和OIT的劣化速度项AN()x、Bn0x之间的关系的图。图5是OIT的反应速度系数k2、k5的阿列纽斯绘制图。图6是示出燃料浓度和OIT的劣化速度项CF·、Dfuel之间的关系的图。图7是OIT的反应速度系数k3、k6的阿列纽斯绘制图。图8是示出发动机油的劣化判定处理的主流程的流程图。图9是示出燃料浓度的计算处理的子流程的流程图。图10是示出OIT的计算处理的子流程的流程图。图11是用于求出反应速度系数kl、k4的表的一例。图12是用于求出反应速度系数k2、k5的表的一例。图13是用于求出反应速度系数k3、k6的表的一例。图14是示出劣化判定处理的子流程的流程图。图15是用于求出剩余寿命指数RTBN的表的一例。图16是用于求出剩余寿命指数ROIT的表的一例。
具体实施例方式下面，参照
本发明的优选实施方式。图1示出应用了本发明的内燃机3。 该内燃机(以下称为“发动机”)3是搭载于车辆(未图示)中的例如4气缸型的汽油发动机。在发动机3的活塞3a和气缸盖北之间形成有燃烧室3c。在气缸盖北上分别连接有吸气管4和排气管5，并且，以面向燃烧室3c的方式安装有燃料喷射阀(以下称为“喷油器”)6和点火塞7 (参照图2)。喷油器6的燃料喷射量QINJ和喷射正时、以及点火塞7 的点火正时通过后述的E⑶2来控制。在收纳曲柄轴3d等的曲柄箱!Be内的底部设有油盘3f。在油盘3f中贮存用于发动机3的润滑的发动机油。并且，在曲柄轴3d上安装有磁转子1 la,通过该磁转子1 Ia和MRE传感器1 Ib构成曲柄角传感器11 (运转状态检测单元)。曲柄角传感器11伴随曲柄轴3d的旋转，向ECU2 输出脉冲信号即CRK信号和TDC信号。按照规定的曲柄角(例如30° )输出CRK信号。E⑶2根据该CRK信号求出发动机3的转速(以下称为“发动机转速”)NE。TDC信号是表示各气缸的活塞3a位于吸气行程开始时的TDC(上死点)附近的规定曲柄角度位置的信号，在4气缸型的本例中，按照曲柄角180°输出。并且，在发动机3上设有水温传感器12 (参照图2、。水温传感器12检测在发动机 3的主体内循环的冷却水的温度(以下称为“发动机水温”)TW，向E⑶2输出其检测信号。在吸气管4内设有节流阀8，在节流阀8上连接有由直流电动机等构成的致动器 9。通过利用E⑶2控制向致动器9供给的电流的占空比，从而控制节流阀8的开度，由此， 控制吸入燃烧室3c中的吸气量。进而，在吸气管4上，在节流阀8的下游侧设有吸气压力传感器13和吸气温度传感器14 (参照图2)。吸气压力传感器13检测吸气管4内的吸气压力1 作为绝对值，向ECU 2输出其检测信号。吸气温度传感器14检测在吸气管4中流过的吸气的温度(以下称为 “吸气温度”)TA，向E⑶2输出其检测信号。从油门开度传感器15向ECU2输出表示油门踏板(未图示)的操作量(以下称为 “油门开度”)AP的检测信号。并且，在车辆的驾驶席设有用于显示发动机油的劣化状态的油灯21，该油灯21与E⑶2连接。E⑶2通过由I/O接口、CPU、RAM和ROM等构成的微型计算机构成。来自所述各种传感器11 15的检测信号分别利用I/O接口进行A/D转换和整形后，输入到CPU。CPU根据这些输入信号，按照存储在ROM中的控制程序等，判别发动机3的运转状态，并且，根据判别出的运转状态，进行喷油器6的燃料喷射控制、吸气量控制、点火正时控制等发动机控制。并且，ECU 2执行对发动机油的劣化进行判定的油劣化判定处理。在本实施方式中，通过ECU 2构成氧化防止性能估计单元、清洁维持性能估计单元、劣化估计单元、第1和第2剩余寿命参数计算单元、以及第1和第2劣化参数计算单元、燃料浓度取得单元、油浓度取得单元、NOx浓度取得单元。下面，首先说明在上述油劣化判定处理中使用的氧化诱导时间(以下称为“0ΙΤ”) 的估计手法。该OIT被定义为，样品油和规定的基准物质在规定的高温和高压条件下开始发热的时间，与氧化防止性能具有密切的相关性，成为其有效指标。并且可以确认，如果在发动机油中残留有0ΙΤ，则不产生不溶解成分，也不生成低温淤渣，所以，OIT是发动机油的劣化判定的良好基准。OIT通过下式(1)计算。[OITJtotal= [OITJah+[OITJzn ... (1)其中，
TOTAl是发动机油中的总0ΙΤ，[0111皿是相当于氧化防止剂的部分的 OIT(以下适当称为“第10IT”)，
ΖΝ是相当于过氧化物分解剂的部分的OIT(以下适当称为“第20IT”)。根据式(1)，下式⑵成立。d
T0TAL/dt =... (2)
并且，式(2)中的第IOIT变化量(![OIT^/dt和第20IT变化量d
ZN/dt分别通过下式⑶和⑷计算。d
A11Mt = kl+k2X [N0x]2+k3X [FUEL]2... (3)d
ZN/dt =
ZNX (k4+k5X [N0x]2+k6X [FUEL]2)…其中，kl 1 6是OIT的反应速度系数，[NOx]是NOx浓度，[FUEL]是发动机油中的燃料浓度(稀释率)。进而，通过对式(3)和(4)进行积分，分别如下式(5)和(6)那样求出
ΑΗ^Ρ
ΖΝ。[OITJah =
ΑΗΙΝΙ-( Σ kl+ Σ k2X [NOx]2+ Σ k3X [FUEL]2)…(5)
ΖΝ =
ζνινιΧΕΧΡ{-( Σ k4+ Σ k5X [NOx]2+ Σ k6X [FUEL]2)}... (6)其中，
AHINI是
AH 的初始值，
ZNINI 是
ZN 的初始值。上述式(3)和(4)如下那样导出。首先，假设热(油温)作为OIT的第1劣化原因，并且，当假设第1氧化防止性能
ΑΗ相对于时间直线减少、第2氧化防止性能
ZN以指数函数的方式减少时，第IOIT变化量d
AH/dt和第20IT变化量d
ZN/dt分别如下式(7)和(8)那样表现。d [OIT] A11Mt = kl...(7)d
ZN/dt =
ZNXk4...(8)并且，为了确认这些式子的妥当性，对发动机油赋予空气和热，进行OIT的消耗实验。图3示出对由此得到的反应速度系数kl、k4进行阿列纽斯绘制的结果，可以确认两个反应速度系数kl、k4都得到良好的直线关系。接着，假设NOx作为OIT的第2劣化原因，并且，当假设与基于热的劣化独立地产生基于NOx的OIT的劣化时，第IOIT变化量d
AH/dt和第20IT变化量d
ZN/dt分别如下式(9)和(10)那样表现。d [OIT] A11Mt = kl+AN。x...(9)d
ZN/dt =
ZNX (k4+BNOx)…(10)其中，An0x, Bn0x是基于NOx的OIT的劣化速度项。在NOx存在的条件下和NOx不存在的条件下，分别进行OIT的消耗试验，通过在两个条件下得到的OIT变化量的差分，能够求出这些劣化速度项ATOx、BTOx。图4示出在横轴上绘制此时的NOx浓度[NOx]的对数、在纵轴上绘制劣化速度项ANta、BNta的变化量的对数、并进行次数解析的结果。根据各直线的斜率，求出NOx浓度[NOx]的反应次数分别约为2，在反应速度式中表现它们时，分别得到下式(11)和(12)。(![ΟΙΤΙαηΜ = kl+k2X [NOx]2— (11)d
ZN/dt =
ZNX (k4+k5X [N0x]2) ...(12)并且，图5示出对反应速度系数k2、k5进行阿列纽斯绘制的结果，可以确认两个反应速度系数k2、k5都得到良好的直线关系。接着，假设发动机油中的燃料作为OIT的第3劣化原因，并且，当假设与基于热和 NOx的劣化独立地产生基于燃料的OIT的劣化时，第10IT变化量d
AH/dt和第20IT变化量d
ZN/dt分别如下式(13)和(14)那样表现。
(![ΟΙΤ ^/ = kl+k2X [NOx]2+CFUEL— (13)d[OIT]ZN/dt = [OIT]ZNX (k4+k5X [NOx]2+DFUEL) ... (14)其中，Cfuel, Dfuel是基于燃料的OIT的劣化速度项。在发动机油中存在燃料的条件下和不存在燃料的条件下，分别进行OIT的消耗试验，通过在两个条件下得到的OIT变化量的差分，能够求出这些劣化速度项CF·、DFua。图 6示出以对数的方式分别在横轴和纵轴上绘制此时的燃料浓度[FUEL]和劣化速度项CFua、 Df的变化量、并进行次数解析的结果。根据各直线的斜率，求出燃料浓度[FUEL]的反应次数分别约为2，在反应速度式中表现它们时，得到所述式(3)和0)。并且，图7示出对反应速度系数k3、M进行阿列纽斯绘制的结果，可以确认两个反应速度系数k3、k6都得到良好的直线关系。接着，说明由E⑶2执行的发动机油的劣化判定处理。图8示出其主流程，按照规定时间(例如1秒)来执行本处理。在本处理中，首先，在步骤1(图示为“Si”。以下相同)中，计算发动机油的温度即油温TOIL。例如根据发动机水温TW来检索规定的表(未图示)，从而求出基本值，并且利用吸气温度TA、吸气压力1 和发动机转速NE来校正求出的基本值，由此计算该油温TOIL。另外，也可以利用在曲柄箱!Be等中设置的油温传感器，直接检测油温TOIL。接着，计算曲柄箱!Be内的NOx浓度[N0X](步骤2、。根据吸气压力1 和发动机转速NE来检索规定的映射图(未图示)，并且利用燃料喷射量QINJ和点火正时等来校正检索到的映射值，由此计算该NOx浓度[N0X]。接着，计算发动机油中的燃料浓度(稀释率)[FUEL](步骤幻。图9示出其子流程。与TDC信号的输入同步执行本处理。首先，在步骤11 14中，计算燃料混入量QA0D。 该燃料混入量QAOD表示从喷油器6喷射的燃料中、没有从燃烧室3c排出而附着在气缸壁面等上后混入发动机油中的一个TDC的燃料量。首先，在步骤11中，根据发动机转速NE和燃料喷射量QINJ来检索规定的映射图 (未图示)，由此，计算燃料混入率ROD。该燃料混入率ROD表示混入发动机油中的燃料量相对于燃料喷射量的比例。在该映射图中，发动机转速NE越低，喷射的燃料越难以气化，越容易附着在气缸壁面上，所以，将燃料混入率ROD设定为越大的值。接着，根据发动机水温TW来检索规定的表(未图示)，由此，计算水温校正系数 KTW(步骤12)。在该表中，发动机水温TW越低，喷射的燃料越难以气化，所以，将水温校正系数KTW设定为越大的值。接着，根据喷射正时来检索规定的表(未图示)，由此，计算喷射正时校正系数 KTP (步骤1 。在该表中，喷射正时越是滞后角侧，气缸内的压力和温度越低，由此喷射的燃料难以气化，所以，将喷射正时校正系数KTP设定为越大的值。接着，使用燃料喷射量QINJ、在上述步骤11 13中计算出的燃料混入率ROD、水温校正系数KTW和喷射正时校正系数KTP，通过下式(15)，计算燃料混入量QAOD (步骤14)。QAOD = QlNJXRODXKTffXKTP ...(15)接着，在步骤15 17中，计算燃料蒸发量QVAF。该燃料蒸发量QVAF表示一个TDC 中从发动机油中蒸发的燃料的蒸发量。首先，在步骤15中，根据发动机转速NE和燃料喷射量QINJ来检索规定的映射图(未图示)，由此，计算燃料蒸发率RVAF。该燃料蒸发率RVAF表示燃料蒸发量相对于混入发动机油中的总燃料量的比例。并且，在该映射图中，发动机转速NE越大，且燃料喷射量QINJ 越大，则发动机3主体的温度越高，由此，燃料越容易从发动机油中蒸发，所以，将燃料蒸发率RVAF设定为越大的值。接着，根据油温TOIL来检索规定的表(未图示)，由此，计算油温校正系数 KOIL(步骤16)。在该表中，油温TOIL越高，燃料越容易从发动机油中蒸发，所以，将油温校正系数KOIL设定为越大的值。接着，使用在此之前得到的燃料稀释量Q0D、燃料蒸发率RVAF和油温校正系数 K0IL，通过下式(16)，计算燃料蒸发量QVAF (步骤17)。另外，燃料稀释量QOD表示发动机油中所含的总燃料量，在发动机油更换时复位为值0。QVAF = QODX RVAFXKOIL ... (16)接着，计算分别在所述步骤14和17中计算出的燃料混入量QAOD和燃料蒸发量 QVAF之差，作为本次的一个TDC的稀释量AQOD(步骤18)。接着，在在此之前得到的燃料稀释量QOD中加上本次计算出的一个TDC的稀释量Δ Q0D,由此，计算燃料稀释量QOD (步骤 19)。最后，利用发动机油量QOIL去除计算出的燃料稀释量Q0D，由此，计算燃料浓度 [FUEL](步骤20)，结束本处理。该发动机油量QOIL表示发动机油的总量，例如设定为规定值。返回图8，在接着所述步骤3的步骤4中，计算发动机油的总碱值(以下称为 “TBN”)。该TBN是表示在发动机油中添加的清洁剂的剩余量的值，是使发动机油保持清洁的清洁维持性能的有效指标。公知当TBN值低于某个极限值时，高温淤渣的生成显著，TBN 与OIT同样，是良好表现发动机油的劣化程度的油劣化参数。TBN的计算例如如下进行。首先，使用在所述步骤1和2中求出的油温TOIL和NOx 浓度[NOx]，通过下式(17)，计算TBN的变化量d[TBN]/dt。d [TBN] /dt = k7 X [TBN] 2+k8 X [TBN] X [NOx] 2+k9— (17)其中，k7 k9是通过实验求出的TBN的反应速度系数。然后，通过对式(17)进行积分，通过下式(18)计算TBN。TBN = 1/{k7 X t+ (1/ [TBN]皿)} +k8 X [NOx]2 X t+k9 Xt ... (18)其中，[TBN] INI是TBN的初始值。接着，在步骤5中计算0ΙΤ。图10示出其子流程，根据所述式(3) (6)进行OIT 的计算。首先，在步骤31中，根据油温TOIL来检索图11 图13所示的表，由此，求出反应速度系数的对数Lnkl Lnk6，并且，根据求出的Lnkl LnM来计算反应速度系数kl k6。这些表是通过实验求出油温TOIL和反应速度系数kl M之间的各个关系后进行阿列纽斯绘制的，具有与图3、图5和图7所示的温度-kl M的特性图基本相同的倾向。另外，上述表是阿列纽斯型的，但是，取而代之，也可以在横轴表示油温TOIL，在纵轴表示反应速度系数kl 1^6，根据油温TOIL直接检索kl Μ值。接着，在步骤32 34中，分别计算分别相当于式(5)的Σ kl、Σ k2X [NOx]2和 Σ k3X [FUEL]2的、相当于氧化防止剂的部分的温度项0ΙΤΑΗ0、NOx项0ΙΤΑΗΝ0Χ和燃料项0ITAHFUEL。具体而言，在步骤32中，通过在其初始值0ΙΤΑΗ0Ζ中加上反应速度系数kl，由此计算温度项0ΙΤΑΗ0。在步骤33中，通过在其初始值0ΙΤΑΗΝ0ΧΖ中加上反应速度系数k2与 NOx浓度[NOx]的平方之积(=k2 · [NOx]2)，由此计算NOx项0ΙΤΑΗΝ0Χ。并且，在步骤34 中，通过在其初始值0ITAHFUELZ中加上反应速度系数k3与燃料浓度[FUEL]的平方之积 (=k3 · [FUEL]2)，由此计算燃料项0ITAHFUEL。另外，上述初始值0ΙΤΑΗ0Ζ、0ΙΤΑΗΝ0ΧΖ和 0ITAHFUELZ都在发动机油更换时复位为值0。接着，通过下式(19)，将如上所述计算出的温度项OITAHCKNOJ^ 0ΙΤΑΗΝ0Χ和燃料项0ITAHFUEL彼此相加，由此，计算相当于氧化防止剂的部分的减法项0ΙΤΑΗ(步骤35)。OITAH = 0ITAH0+0ITAHN0X+0ITAHFUEL ...(19)该减法项OITAH相当于式(5)的右边第2项，表示从发动机油的更换时起相当于氧化防止剂的部分的OIT的总减少量。接着，在步骤36 38中，分别计算分别相当于式(6)的Σ k4、Σ k5X[N0x]2和 Σ k6X [FUEL]2的、相当于过氧化物分解剂的部分的温度项0几2而、而)(项0ΙΤΖΝΝ0Χ和燃料项 0ITZNFUEL。具体而言，在步骤36中，通过在其初始值0ΙΤΖΝ0Ζ中加上反应速度系数k4，由此计算温度项0ΙΤΖΝ0。在步骤37中，通过在其初始值0ΙΤΖΝΝ0ΧΖ中加上反应速度系数k5与 NOx浓度[NOx]的平方之积(=k5 · [NOx]2)，由此计算NOx项0ΙΤΖΝΝ0Χ。并且，在步骤38 中，通过在其初始值0ITZNFUELZ中加上反应速度系数Μ与燃料浓度[FUEL]的平方之积 (=k6 · [FUEL]2)，由此计算燃料项0ITZNFUEL。另外，上述初始值0ΙΤΖΝ0Ζ、0ΙΤΖΝΝ0ΧΖ和 0ITZNFUELZ也在发动机油更换时复位为值0。接着，使用如上所述计算出的温度项0ΙΤΖΝ0、NOx项0ΙΤΖΝΝ0Χ和燃料项 0ITZNFUEL，通过下式(20)，计算相当于过氧化物分解剂的部分的乘法项0ΙΤΖΝ(步骤39)。OITZN = EXP {-(0ITZN0+0ITZNN0X+0ITZNFUEL)}"420)该乘法项OITZN相当于针对式(6)右边的初始值
ΖΝΙΝΙ的乘法项。接着，使用在步骤35中计算出的相当于氧化防止剂的部分的减法项OITAH和相当于过氧化物分解剂的部分的乘法项0ΙΤΖΝ，通过下式计算OIT (步骤40)，结束本处理。OIT = 0ΙΤΑΗΙΝΙ-0ΙΤΑΗ+0ΙΤΖΝΙΝΙΧ0ΙΤΖΝ— (21)该式(21)相当于式(1) (5) (6)，ΟΙΤΑΗΙΝΙ、0ΙΤΖΝΙΝΙ分别是相当于氧化防止剂的部分的OIT的初始值、相当于过氧化物分解剂的部分的OIT的初始值。返回图8，在接着所述步骤5的步骤6中，根据如上所述求出的TBN和0ΙΤ，判定发动机油的劣化，结束本处理。图14示出其子流程。首先，在步骤51中，根据TBN来检索图15所示的表，由此， 计算基于TBN的剩余寿命指数RTBN。该表是通过实验等求出TBN值和发动机油的剩余寿命之间的关系、并作为剩余寿命指数RTBN表现的。剩余寿命指数RTBN的值越小，表示发动机油的劣化程度越高，其剩余寿命越短，因此，在该表中，TBN值越小，将剩余寿命指数RTBN设定为越小的值。接着，根据OITN来检索图16所示的表，由此，计算基于OIT的剩余寿命指数 ROIT (步骤52)。该表是通过实验等求出OIT值和发动机油的剩余寿命之间的关系、并作为剩余寿命指数ROIT表现的。剩余寿命指数ROIT的值越小，表示发动机油的劣化程度越高， 其剩余寿命越短，因此，在该表中，OIT值越小，将剩余寿命指数ROIT设定为越小的值。接着，将在步骤51和52中求出的剩余寿命指数RTBN、ROIT中更小的一方设定为最终的剩余寿命指数ROLF (步骤53)，并且，判别该剩余寿命指数ROLF是否小于规定的基准值RREF (步骤M)。然后，在其答案为否、ROLF ^ RREF时，判定为发动机油没有劣化，将油劣化标志F_ OILNG设置为“0”(步骤55)，结束本处理。另一方面，在步骤M的答案为是、ROLF < RREF时，判定为发动机油劣化，为了表现该情况，将油劣化标志F_0ILNG设置为“1” (步骤56)，结束本处理。这样，当油劣化标志 F_0ILNG设置为“1”时，通过来自ECU 2的控制信号，油灯21点亮，由此向驾驶员提示发动机油的更换。如上所述，根据本实施方式，相互独立地计算表示作为发动机油的低温淤渣的产生原因的氧化防止性能的消耗程度的0ΙΤ、和表示作为高温淤渣的产生原因的清洁维持性能的消耗程度的TBN，并且，根据计算出的OIT和TBN来判定发动机油的劣化。这样，并用 OIT和TBN这样的不同的2种油劣化参数来进行劣化判定，所以，与使用单一的油劣化参数的情况相比，能够较小地设定判定的安全率，同时能够精度良好地判定发动机油的劣化，因此，能够适当地判定发动机油的更换时期。并且，不使用现有的劣化判定装置那样的判定专用的传感器，仅通过计算来求出 OIT和TBN，所以，能够更廉价地构成。进而，分别根据计算出的OIT和TBN，计算表示发动机油的剩余寿命的剩余寿命指数ROIT和RTBN，将其中更小的一方与基准值RREF进行比较，由此判定发动机油的劣化，所以，能够可靠地判定发动机油的更换时期。并且，根据这种判定手法，能够较小地设定分别针对OIT和TBN的判定的安全率，由此，能够进一步提高劣化判定的精度。并且，相互独立地计算相当于氧化防止剂的部分的
ΑΗ和相当于过氧化物分解剂的部分的
ΖΝ(式(5) (6))，并且，将两者相加，由此计算发动机油整体的
TOi(式(1))。因此，能够根据氧化防止剂和过氧化物分解剂的消耗形式的差异，分别精度良好地计算[OIHah值和
ΖΝ值，由此，能够精度良好地计算发动机油整体的0ΙΤ，所以， 能够进一步提高劣化判定的精度。并且，根据本实施方式，基于发动机油中的燃料浓度[FUEL]，进而根据油温TOIL 和曲柄箱3e内的NOx浓度[NOx]，来计算发动机油的氧化防止性能的指标即0ΙΤ。因此，能够反映燃料、温度和NOX的影响，同时精度良好地估计0ΙΤ，并且，根据估计出的0ΙΤ，能够适当地判定发动机油的劣化和更换时期。并且，使用燃料浓度[FUEL]、油温TOIL和NOx浓度[NOx]，通过计算(估计)来求出0ΙΤ，并且，上述3个参数通常是在发动机3的控制下利用所设置的传感器11 14的检测结果等通过计算(估计)求出的，所以，与使用高价的红外分光分析计以便直接检测氧化防止性能的情况相比，能够非常廉价地构成。进而，通过式(3)计算相当于氧化防止剂的部分的
ΑΗ&变化量d
AH/dt， 接着，对该变化量d
AH/dt进行积分，由此，通过式(5)计算相当于氧化防止剂的部分的 [OIHah，所以，能够精度良好地进行该
ΑΗ&计算。同样，通过式(4)计算相当于过氧化物分解剂的部分的
ΖΝ的变化量d
ZN/dt，对该变化量d
ZN/dt进行积分，由此，通过式(6)计算相当于过氧化物分解剂的部分的
ΖΝ，所以，能够精度良好地进行该
ΖΝ&计算。另外，本发明不限于所说明的实施方式，能够在各种方式下实施。例如，在实施方式中，作为表示氧化防止性能的指标使用0ΙΤ，作为表示清洁维持性能的指标使用TBNJfi 是不限于此，能够使用其它适当的指标。例如，作为表示氧化防止性能的指标，也可以在发动机油中持续加入促进氧化的规定试剂，并使用发动机油无法防止氧化时的极限的试剂量，或者，也可以在将发动机油和氧气封入密闭空间内的状态下进行加压/加热，并使用由于氧化防止剂和氧气的反应而降低的规定时间后的密闭空间内的压力值。并且，作为表示清洁维持性能的指标，也可以使用通过所谓的热管试验而得到的发动机油的颜色的评价和碳化物量。进而，在实施方式中说明的OIT和TBN的计算手法只是示例，可以采用其它适当手法。并且，在实施方式中，根据计算出的OIT和TBN来判定发动机油的劣化，但是，本发明也能够应用于这种劣化判定以外的发动机油的劣化的估计。例如，根据OIT等来估计发动机油的劣化程度，进而，根据该劣化程度来估计发动机的活塞的摩擦的变化状态，并利用于燃料喷射控制等中。进而，在实施方式中，根据燃料喷射量QINJ和发动机转速NE等的发动机3的运转状态来估计发动机油中的燃料浓度(稀释率)，但是，也可以使用传感器直接检测。同样，作为求出燃料浓度时的发动机油量Q0IL，使用规定值，但是，也可以通过油水平传感器等来检测。并且，在实施方式中，油温TOIL、曲柄箱!Be内的NOx浓度[NOx]和燃料浓度[FUEL] 都通过估计来取得，但是，这些参数也可以使用传感器直接检测。该情况下，与现有的红外分光分析计相比，所需传感器非常廉价，所以，能够更廉价地构成。并且，实施方式是在车辆用的汽油发动机中应用本发明的例子，但是，本发明不限于此，还能够应用于柴油发动机等各种发动机、在铅直方向上配置了曲柄轴的船外机等的船舶推进机用发动机。除此之外，在本发明的主旨的范围内，能够适当变更细微部分的结构。产业上的可利用性如上所述，本发明的第1和第2方式的发动机油的劣化估计装置，作为能够廉价且精度良好地估计发动机油的劣化、由此能够适当地判定发动机油的更换时期的劣化估计装置，能够用于各种内燃机。并且，本发明的第3方式的发动机油的氧化防止性能的估计装置，作为能够精度良好地估计发动机油的氧化防止性能而不使用高价的传感器、由此能够适当地判定发动机油的劣化和更换时期的估计装置，能够用于各种内燃机。
权利要求
1.一种发动机油的氧化防止性能的估计装置，该发动机油的氧化防止性能用作判定发动机油的劣化的指标，其特征在于，该估计装置具有燃料浓度取得单元，其取得发动机油中的燃料的浓度；以及氧化防止性能估计单元，其根据该取得的燃料浓度，估计发动机油的氧化防止性能。
2.根据权利要求1所述的发动机油的氧化防止性能的估计装置，其特征在于， 该估计装置还具有油温度取得单元，其取得发动机油的温度；以及NOx浓度取得单元，其取得内燃机的曲柄箱内的NOx浓度，其中，所述氧化防止性能估计单元还根据所述取得的油温度和NOx浓度，估计所述氧化防止性能。
3.根据权利要求1或2所述的发动机油的氧化防止性能的估计装置，其特征在于， 所述氧化防止性能估计单元具有第1氧化防止性能估计单元，其估计基于发动机油所含的氧化防止剂的氧化防止性能，作为第1氧化防止性能；以及第2氧化防止性能估计单元，其估计基于发动机油所含的过氧化物分解剂的氧化防止性能，作为第2氧化防止性能，所述氧化防止性能估计单元根据所述估计出的第1氧化防止性能和第2氧化防止性能来计算所述氧化防止性能。
4.根据权利要求3所述的发动机油的氧化防止性能的估计装置，其特征在于， 所述第1氧化防止性能估计单元通过下式(A)计算发动机油的相当于所述氧化防止剂的氧化诱导时间的变化量，并且，对该计算出的变化量进行积分，由此，计算相当于所述氧化防止剂的所述氧化诱导时间，作为所述第1氧化防止性能，所述第2氧化防止性能估计单元通过下式(B)计算发动机油的相当于所述过氧化物分解剂的氧化诱导时间的变化量，并且，对该计算出的变化量进行积分，由此，计算相当于所述过氧化物分解剂的所述氧化诱导时间，作为所述第2氧化防止性能， d
AH/dt = kl+k2X [N0x]2+k3X [FUEL]2…(A)d
ZN/dt =
ZNX (k4+k5X [N0x]2+k6X [FUEL]2)…(B) 其中，d
AH/dt 相当于氧化防止剂的氧化诱导时间的变化量 d
ZN/dt 相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间的变化量
ΖΝ 相当于过氧化物分解剂的氧化诱导时间 kl 1 6 反应速度系数 [NOx]曲柄箱内的NOx浓度 [FUEL]发动机油中的燃料浓度。
全文摘要
本发明提供一种发动机油的氧化防止性能的估计装置，该发动机油的氧化防止性能用作判定发动机油的劣化的指标，其特征在于，该估计装置具有燃料浓度取得单元，其取得发动机油中的燃料的浓度；以及氧化防止性能估计单元，其根据该取得的燃料浓度，估计发动机油的氧化防止性能。
文档编号F01M11/10GK102278169SQ20111019580
公开日2011年12月14日 申请日期2008年6月26日 优先权日2007年6月29日
发明者丸山雅司, 奥山庸介, 星川涉, 相川孔一郎 申请人:本田技研工业株式会社