專利名稱：確定使用中的潤(rùn)滑油質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)器或其它潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)內(nèi)的潤(rùn)滑油的 質(zhì)量進(jìn)行確定的方法。更具體地，本發(fā)明涉及電性測(cè)量的使用，用 于估計(jì)這種潤(rùn)滑材料在其運(yùn)行環(huán)境中的質(zhì)量(比如，剩余的有用壽命)。
背景技術(shù)：
油作為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑流體而使用，該發(fā)動(dòng)機(jī)用于陸地車輛、 海上及空中運(yùn)輸、發(fā)電及其它內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用。油也用于潤(rùn)滑機(jī)器 內(nèi)的滑動(dòng)接觸表面，并且它們作為多種設(shè)備應(yīng)用內(nèi)的熱傳遞流體而 使用。在這些發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器的許多應(yīng)用中，油在氧化環(huán)境中被很好 地加熱到周圍溫度以上，并且承受高剪切應(yīng)力，其在化學(xué)性質(zhì)上惡 化了油。油也可能承受來(lái)自燃燒或其它外源的污染。因此，油的初 始成分逐漸改變并且其潤(rùn)滑特性惡化，油的初始成分提供油的特定 潤(rùn)滑特性。
一組潤(rùn)滑劑包括石油，其廣泛地作為潤(rùn)滑劑而在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi) 與寬廣范圍的其它發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)大批量地使用。這些作為原油的精餾產(chǎn)
品而制造的石油的范圍， 一般地從分子量低至250的低粘性潤(rùn)滑劑， 直到分子量高達(dá)大約1000的非常粘稠的潤(rùn)滑劑。這種發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑 的物理特性和性能特性取決于石蠟組分、芳香組分以及脂環(huán)(環(huán)烷)組 分的相對(duì)分布。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，這些精油調(diào)配成包含特殊的添 加劑，比如氧化抑制劑、防銹劑、抗磨損及高壓劑、摩擦改性劑、 清潔劑、降凝劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、防泡劑以及防污劑。商業(yè)發(fā)動(dòng) 機(jī)油調(diào)配成包含這些種類的添加劑中的大部分或全部。除了石油基或礦基(mineral-based)潤(rùn)滑劑之外，合成分子含碳和/或含硅潤(rùn)滑油已 -故開(kāi)發(fā)出，以便用于汽車應(yīng)用及其它需要潤(rùn)滑的機(jī)器或機(jī)構(gòu)應(yīng)用。
潤(rùn)滑油的開(kāi)發(fā)是 一 項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，但用于確定在發(fā)動(dòng)機(jī)或其它 機(jī)構(gòu)內(nèi)使用的潤(rùn)滑油，何時(shí)到達(dá)其有用壽命的終點(diǎn)的技術(shù)沒(méi)有如此 的進(jìn)步。典型地，固定運(yùn)行里程、時(shí)間或基于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件的算 法，作為油逼近其有用壽命的終點(diǎn)并且應(yīng)當(dāng)更換的標(biāo)志而使用。這 些指示器通常專用于低估油的剩余壽命，以便避免對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)或其它 機(jī)構(gòu)造成損壞。需要一種更精確的方法，用于確定機(jī)構(gòu)內(nèi)的潤(rùn)滑油 的剩余有用壽命。這種方法應(yīng)當(dāng)在沒(méi)有太快地丟棄材料的情況下， 能夠使?jié)櫥偷挠杏脡勖焕?，并且?yīng)當(dāng)避免太長(zhǎng)時(shí)間地使用流 體，以至于對(duì)主機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)造成危害。
發(fā)明概要
本發(fā)明的實(shí)施將以運(yùn)行中的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，比如使用汽油燃料的 發(fā)動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的形式來(lái)展示。然而，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明可用 于評(píng)估高電阻潤(rùn)滑油的剩余有用壽命，該高電阻潤(rùn)滑油實(shí)際上運(yùn)行 于任4可發(fā)動(dòng)才幾或才幾構(gòu)內(nèi)。
在代表性的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，石油(礦基)從曲軸箱內(nèi)的油箱被泵 抽，并且圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件且在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和往 復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的上方而噴濺并循環(huán)。油纟皮發(fā)動(dòng)機(jī)加熱到一定溫度，該 溫度的范圍從比如大約50°C到大約150°C,并且暴露于氧化氣氛中。 在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，循環(huán)油的少量代表部分不時(shí)地經(jīng)由適當(dāng)?shù)木o 湊型阻抗傳感器而被轉(zhuǎn)移，該緊湊型阻抗傳感器方便地定位于油道 內(nèi)、油底盤(pán)內(nèi)或任何其它位于或靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的適當(dāng)位置上。傳感器 設(shè)置并且構(gòu)造成允許油流經(jīng)該傳感器，而以一個(gè)或多個(gè)相對(duì)的薄膜 細(xì)流的形式而流動(dòng)，以便確定流體的當(dāng)前時(shí)間的電阻。在發(fā)動(dòng)機(jī)的 運(yùn)行過(guò)程中，獲得了正在工作的油的電阻值p的記錄(歷程)。同時(shí)容 易地獲得了介電常數(shù)e，并且該介電常數(shù)s也可用于預(yù)測(cè)剩余油的壽命。
當(dāng)要求與油的特性有關(guān)的數(shù)據(jù)時(shí)，傳感器由適當(dāng)?shù)慕涣黝l率發(fā) 生器所啟動(dòng)。輸入傳感器的電壓在測(cè)試中的流體內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)。 輸出電流、及輸出電流與所施加的電壓之間的相位角凈皮感應(yīng)到，并 且此數(shù)據(jù)與輸入電壓值 一起導(dǎo)向至局部的微處理器，該微處理器在 汽車應(yīng)用中可以為發(fā)動(dòng)機(jī)的控制模塊。電壓、電流和相位角信號(hào)然 后可用于計(jì)算傳感器-油組合的阻抗幅度、電阻和電抗，并且這些數(shù) 值依次用于確定通過(guò)傳感器的油的電阻，及可選地額外確定通過(guò)傳 感器的油的介電常數(shù)。油特性數(shù)據(jù)(電阻p和介電常數(shù)S)存儲(chǔ)于車輛 承載(或者發(fā)動(dòng)機(jī)承載或機(jī)器承載)的微處理器內(nèi)，用于后續(xù)處理和分 析。在獲得電性特性數(shù)據(jù)的時(shí)候，油的溫度也被記載。
油的電阻p與拖力成正比，該拖力由自由電荷載體(自由電子)所 經(jīng)受，該自由電荷載體在所施加電場(chǎng)的影響下經(jīng)由介質(zhì)而移動(dòng)，并 且因此與介質(zhì)的粘度T]成正比，并且與自由電荷載體(自由電子)的數(shù)
量密度Ni,或者p^/N,成反比。因此，在自由電荷載體的數(shù)量恒定(即
不存在釋放自由電子的化學(xué)反應(yīng)的情況下)的情形下，電阻代表對(duì)流 體粘度的測(cè)量。介電常數(shù)為對(duì)潤(rùn)滑劑內(nèi)的分子偶極在所施加電場(chǎng)的
影響下的再定向的測(cè)量。當(dāng)其微觀要素的偶極矩d改變時(shí)，油的介 電常數(shù)將改變，偶極矩d的改變通過(guò)比如化學(xué)反應(yīng)(其將氧原子或氮 原子，或包含氧原子或氮原子的化學(xué)基團(tuán)結(jié)合到油的分子要素內(nèi))或 將極性液體比如水、乙醇或乙二醇添加到油中而進(jìn)行。除了承受所 施加的電場(chǎng)之外，流體內(nèi)的偶極也承受熱運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)趨向于將偶極 在平行并相對(duì)于電場(chǎng)的方向內(nèi)對(duì)齊，而熱運(yùn)動(dòng)則趨向于破壞這種對(duì) 齊，并且通過(guò)分子碰撞而打亂偶極定向。此外，粘力將趨向于減慢 偶極在電場(chǎng)內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)減慢熱運(yùn)動(dòng)對(duì)它們的對(duì)齊的打亂效果 (randomizing effect),因此介電常數(shù)也將取決于介質(zhì)的粘度。因此， 介電常數(shù)具有比例s~TiNd，且Nd為介質(zhì)內(nèi)的偶極的數(shù)量密度。應(yīng)當(dāng) 理解潤(rùn)滑劑粘度相對(duì)于其電阻和介電常數(shù)的先前比例為數(shù)據(jù)解釋的啟發(fā)目的而獲得，并且流體的電阻和介電常數(shù)之間的關(guān)系的精確 獲得，使得使用具有較高復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)機(jī)械學(xué)成為必要。
油的電阻改變作為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)4亍時(shí)間的函數(shù)反映了油的物理和化 學(xué)改變，并且其時(shí)間依賴性具有顯示了油的質(zhì)量的跡象。這些跡象 的多種特征用于確定潤(rùn)滑油的質(zhì)量，同時(shí)預(yù)測(cè)其失效時(shí)間。此方法 優(yōu)選地借助緊湊型阻抗-響應(yīng)傳感器來(lái)實(shí)施，緊湊型阻抗-響應(yīng)傳感器 安裝在潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)的任何適當(dāng)位置內(nèi)，并且借助控制/解釋算法來(lái)實(shí) 施，控制/解釋算法可作為獨(dú)立裝置而執(zhí)行，或者結(jié)合到發(fā)動(dòng)機(jī)或其 它潤(rùn)滑裝置上的預(yù)先存在的計(jì)算機(jī)內(nèi)。本發(fā)明適用于汽車，但也適 用于其它發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)的裝置(比如船、火車、發(fā)電機(jī)等)，并且具有在 任何處理類油物質(zhì)(比如，將油作為熱交換流體使用)的系統(tǒng)內(nèi)的潛在 應(yīng)用。
根據(jù)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的頻率和激烈性，發(fā)動(dòng)機(jī)油旨在用于比如 數(shù)月或數(shù)年的階段內(nèi)。因此，比如在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的每個(gè)數(shù)小時(shí)之后， 油的電阻數(shù)據(jù)因此而間歇性地累積，以便記錄這些油的特性的歷程。 優(yōu)選地，此油特性數(shù)據(jù)在大致相同的溫度處(或在狹窄的溫度范圍內(nèi)) 獲得，此溫度從常規(guī)油使用條件范圍內(nèi)選出，該常規(guī)油使用條件范 圍的獲得與天氣或氣候條件無(wú)關(guān)。
當(dāng)在圖形上視為單位為兆歐厘米MQ.cm的油的電阻p(y軸)相對(duì) 于累積且單位為小時(shí)的測(cè)試時(shí)間t(x軸)時(shí)，存儲(chǔ)于微處理器內(nèi)的累積 電阻數(shù)據(jù)顯示了曲線，該曲線具有在估計(jì)油的剩余有用壽命時(shí)有用 的特性，該油運(yùn)行于發(fā)動(dòng)機(jī)或機(jī)器內(nèi)。比如，在典型的客車馬達(dá)油 的情況下，電阻值在累積的運(yùn)行小時(shí)內(nèi)(dp/dtX))從用于新油的初始值 穩(wěn)定地增加到最大值(在、處，當(dāng)dp/dt=0的時(shí)候)。這可認(rèn)為是區(qū)域I。 伴隨著額外的運(yùn)行小時(shí)，油的電阻值穩(wěn)定地減小(現(xiàn)在dp/dK0)到最 小值(在ta處，且dp/dt再次為0的時(shí)候)(區(qū)域n)。此后，伴隨著進(jìn)一 步的運(yùn)行時(shí)間，電阻值繼續(xù)穩(wěn)定地增加，直到油的有用壽命已經(jīng)在 區(qū)域m耗盡。潤(rùn)滑劑有用壽命的結(jié)束借助在時(shí)間t"區(qū)域4)處的非?？斓碾娮柚翟黾佣弥４?膝蓋"可被電阻的時(shí)間導(dǎo)數(shù)值的急劇增加
而標(biāo)識(shí)(dp/dtX^-^dp/dt^^
因此，視為連續(xù)的線性曲線的累積的p相對(duì)于時(shí)間數(shù)據(jù)，顯示 了三個(gè)連續(xù)的斜率(dp/dt)變化。曲線也顯示了在油的使用的過(guò)程中的 特定時(shí)間處的兩個(gè)局部極值(最大和最小，在此，dp/dt=0)，同時(shí)顯示 了"膝蓋"，其特征是斜率dp/dt的突然增加。這些最大和最小p值對(duì) 應(yīng)的時(shí)間，觀察到膝蓋的時(shí)間，以及包括比值pmax/pmiJ々p值本身作 為油質(zhì)量的指示器使用，并且作為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的油的失效時(shí)間的預(yù)測(cè) 器使用。
從下附優(yōu)選實(shí)施例的描述出發(fā)，本發(fā)明其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變的 明顯。
附圖簡(jiǎn)述


圖1為火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的代表性發(fā)動(dòng)機(jī)油的電阻p相對(duì)于 測(cè)試時(shí)間t的圖形，該火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于穩(wěn)定狀態(tài)條件下；
圖2為圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)油的粘度T]相對(duì)于測(cè)試時(shí)間t的圖形，發(fā)
動(dòng)才幾油位于發(fā)動(dòng)才幾內(nèi)，該發(fā)動(dòng)才幾運(yùn)^亍于穩(wěn)、定狀態(tài)條件下；
圖3為標(biāo)準(zhǔn)礦基發(fā)動(dòng)機(jī)油S(空心圓圏數(shù)據(jù)點(diǎn))以及改進(jìn)的合成發(fā)
動(dòng)機(jī)油A(空心三角形數(shù)據(jù)點(diǎn))的電阻(MQ.cm)與粘度(cSt)的比值相對(duì)
于以小時(shí)表示的測(cè)試時(shí)間的圖形；
圖4為廢棄的礦基發(fā)動(dòng)機(jī)油0(上部曲線)、標(biāo)準(zhǔn)礦基發(fā)動(dòng)機(jī)油S(中
部曲線)和改進(jìn)的合成發(fā)動(dòng)機(jī)油A(下部曲線)的電阻p， MQ.cm相對(duì)
于以小時(shí)表示的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間的圖形；
圖5為流通式(flow-through)阻抗傳感器的側(cè)視截面圖，該傳感器
用于比如在本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，確定潤(rùn)滑
油的電特性；
圖6為與阻抗傳感器結(jié)合運(yùn)行的電子儀器的功能方框圖，用于 在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中確定潤(rùn)滑油的電特性；以及圖7為儀器的視圖，其用于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)視潤(rùn)滑油的
電特性。
優(yōu)選實(shí)施例詳述
本發(fā)明為用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的質(zhì)量和有用壽命的方法。該 方法使用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油流通式電阻抗傳感器，用于監(jiān)視在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi) 或其它運(yùn)行機(jī)構(gòu)內(nèi)使用的油的電特性。并且該方法的實(shí)施由適當(dāng)?shù)?br> 電子儀表來(lái)支持。
方法
對(duì)有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)油的介電常數(shù)和導(dǎo)電率的時(shí)間依賴性做出推理性 預(yù)測(cè)是困難的，因?yàn)樗鼈兪菑?fù)雜性流體，包含大量分子化合物的混 合物，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)油運(yùn)行壽命的有限階段過(guò)程中， 一個(gè)因素或另 一個(gè)因素可相對(duì)于所有的其它因素而占主導(dǎo)地位，并且平衡隨著油 的使用而改變。然而，在油的有用壽命中，基于油的一般使用條件， 并且根據(jù)油的粘度的已知行為特性，可預(yù)測(cè)到少量一般趨勢(shì)，從而 阻礙了其它尚待確定因素的重要影響。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的石油的絕大多 數(shù)有用壽命過(guò)程中，油的粘度穩(wěn)定地增加，除了在其壽命開(kāi)始時(shí)的
較短時(shí)間階段之外(多達(dá)10-15小時(shí))，此時(shí)它可能由于剪切變稀的緣 故而減小。粘度的增加在油的有用壽命的終點(diǎn)時(shí)加速，并且經(jīng)過(guò)其 時(shí)間依賴性的斜率dp/dt內(nèi)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。因此，存在同時(shí)用于電阻和介 電常數(shù)且隨著時(shí)間而一般地增加的趨勢(shì)的期望。發(fā)動(dòng)機(jī)油，像所有 的碳?xì)浠衔镆粯樱鼘儆谝环N非極性介電液體，且其介電常數(shù)的 范圍從2-3。期望油的介電常數(shù)在油的壽命的整個(gè)過(guò)程中增加，因?yàn)?燃燒過(guò)程將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)油的分子組分的氧化和硝化，并且也可能將 水引入到發(fā)動(dòng)機(jī)油內(nèi)。期望油的電阻值非常高(從MQ.cm到Gacm 的范圍)，除非特定的使用條件導(dǎo)致水從燃燒過(guò)程中的累積，其將通 過(guò)將電荷載體(質(zhì)子)引入到油內(nèi)而降低電阻。水在發(fā)動(dòng)機(jī)油內(nèi)的存 在，即使數(shù)量很少，也可以導(dǎo)致其介電常數(shù)的顯著增加，因?yàn)樗慕殡姵?shù)￡=80。水在發(fā)動(dòng)機(jī)油內(nèi)的顯著數(shù)量也可以降低所測(cè)量電阻 的數(shù)值，因?yàn)樗淖詣?dòng)離子化可以將自由電荷載體(質(zhì)子)釋放到油 內(nèi)。作為這些事實(shí)的后果，必須慎重地選擇測(cè)量條件(測(cè)量溫度和發(fā) 動(dòng)才幾運(yùn)行循環(huán)過(guò)程中，即啟動(dòng)、穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行、瞬變比如加速或減 速、或關(guān)閉時(shí)的精確測(cè)量時(shí)刻)，以便減小診斷中錯(cuò)誤的可能性，該 錯(cuò)誤由效果所導(dǎo)致，而不是由與油的老化相關(guān)的效果所導(dǎo)致，該油 的老化由發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行所導(dǎo)致。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)條件下運(yùn)行的時(shí)^f夷，油的電阻和粘度的時(shí)
間依賴性的例子分別展示于圖1和圖2中。當(dāng)在圖形上視為單位為 兆歐厘米MQ.cm的油的電阻p(y軸)相對(duì)于單位為小時(shí)的累積測(cè)試時(shí) 間t(x軸)時(shí)，存儲(chǔ)于微處理器內(nèi)的累積電阻數(shù)據(jù)顯示了曲線，該曲線 具有在估計(jì)油的剩余有用壽命時(shí)有用的特性，該油運(yùn)行于發(fā)動(dòng)機(jī)或 機(jī)器內(nèi)。如圖1所示，在電阻的時(shí)間依賴性內(nèi)存在四個(gè)不同的區(qū)域。 在區(qū)域1(dp/dtX))內(nèi)，電阻值隨著泉積的運(yùn)行小時(shí)，而穩(wěn)定地從用于 新油的初始值增加到在時(shí)間t,或tj^處的最大值PmJ當(dāng)dp/dt=0的時(shí) 候)。在區(qū)域II內(nèi)，油的電阻值隨著額外的運(yùn)行小時(shí)(現(xiàn)在dp/dtO)而 穩(wěn)定地減小，直到它們?cè)跁r(shí)間b或t腦處達(dá)到最小值pMm(dp/dt再次 等于0的時(shí)候)。此后，在區(qū)域m內(nèi)，伴隨著進(jìn)一步的運(yùn)行時(shí)間，電 阻值繼續(xù)穩(wěn)定地增加，直到油的有用壽命已經(jīng)耗盡。這可通過(guò)在時(shí) 間t3(tk^)處的電阻的時(shí)間依賴性內(nèi)的"膝蓋"("knee")而獲得，這表明 區(qū)域IV的啟動(dòng)，區(qū)域IV的特征在于電阻值的非?？焖俚脑黾?。此"膝 蓋，，可被電阻的時(shí)間導(dǎo)數(shù)值的急劇增加(在一些情況中幾乎為不連續(xù)的 "跳躍")而標(biāo)識(shí)(dp/dt;u《(dp/dt:u。
因此，視為連續(xù)的線性曲線的累積p相對(duì)于時(shí)間數(shù)據(jù)，顯示了 三個(gè)連續(xù)的斜率dp/dt的符號(hào)變化。曲線也顯示了在油使用過(guò)程中的 特定時(shí)間處的兩個(gè)局部極值(最大和最小，在此，dp/dt=0),同時(shí)顯示 了 "膝蓋"，其特征是斜率dp/dt的突然增加。
相比之下，如圖2所示，粘度僅僅展現(xiàn)了在相同的時(shí)間間隔上的單調(diào)變化，且在時(shí)間間隔之間沒(méi)有區(qū)別性的特征，該時(shí)間間隔對(duì) 應(yīng)于電阻的時(shí)間依賴性內(nèi)的區(qū)域I、 II和III。然而，在某個(gè)時(shí)刻tknee 粘度的時(shí)間依賴性內(nèi)存在"膝蓋"，該時(shí)刻tj^e與電阻的時(shí)間依賴性內(nèi) 發(fā)生激烈變化時(shí)的時(shí)刻相同。圖2中的區(qū)域I顯示了油的穩(wěn)定地不斷 增加的粘度，直到油的使用或測(cè)試時(shí)間到達(dá)tknee。發(fā)生在大于t^e的 時(shí)刻(圖2中的區(qū)域II)的陡峭'的粘度增加，表明了油的有用壽命的結(jié) 束。在發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于圖1中的區(qū)域I、 II和III的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，油的 分析數(shù)據(jù)(并且，尤其是粘度)并未展現(xiàn)了激烈變化。然而，粘度在區(qū) 域IV內(nèi)展現(xiàn)了激烈的增加，從而表明了由不當(dāng)潤(rùn)滑引起的即將來(lái)臨 的發(fā)動(dòng)機(jī)失效。
雖然 一些(但不是全部)傳統(tǒng)的油分析方法能夠檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)油的有 用壽命的結(jié)束，然而對(duì)應(yīng)于電阻值p的時(shí)間依賴性內(nèi)的最大值和最 小值的時(shí)刻，以及p值自身可作為油質(zhì)量的指示器而使用，并且可 作為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部油的失效時(shí)間的預(yù)測(cè)器而使用。此外，電阻的時(shí)間 依賴性內(nèi)的t3處的"膝蓋"可作為發(fā)動(dòng)機(jī)油的壽命結(jié)束指示器而使用， 因?yàn)槠浒l(fā)生時(shí)刻與表征發(fā)動(dòng)機(jī)油粘度開(kāi)始激烈增加的時(shí)刻重合。電 阻的時(shí)間依賴性內(nèi)的區(qū)域I和II(參考圖l)揭示了兩個(gè)(可能相關(guān)的)化 學(xué)過(guò)程的存在，其發(fā)生于兩個(gè)明顯不同的時(shí)間刻度上。區(qū)域I內(nèi)的電
阻的時(shí)間依賴性由快速化學(xué)過(guò)程(在當(dāng)前舉例中，具有從1-20個(gè)小時(shí)
的特性時(shí)間刻度)所控制，該快速化學(xué)過(guò)程將電荷栽體耗盡，而區(qū)域n
內(nèi)的電阻的時(shí)間依賴性由慢速化學(xué)過(guò)程(在當(dāng)前舉例中，具有從40-150
個(gè)小時(shí)的特性時(shí)間刻度)所控制，該慢速化學(xué)過(guò)程將自由電荷載體釋
力丈到油內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意如圖3所示，發(fā)生于區(qū)域III和IV內(nèi)的電阻
增加僅僅是因?yàn)檎扯仍黾拥木壒剩錇閮煞N不同質(zhì)量的油顯示了電
阻與粘度之間的比值，該比值在與區(qū)域III和IV對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)幾乎 恒定，其表明所有將自由離子釋放到油內(nèi)的化學(xué)過(guò)程，已經(jīng)在任 何可感知的程度上停止，此時(shí)，電阻已經(jīng)在時(shí)間k達(dá)到最小值。
上述發(fā)現(xiàn)代表著該方法的基礎(chǔ)，該方法用于確定潤(rùn)滑油的有用壽命，該潤(rùn)滑油用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，此基礎(chǔ)導(dǎo)致下述算法。
(1) 在一個(gè)或多個(gè)由已知溫度上的十進(jìn)制步距分開(kāi)的頻率上測(cè)量
傳感器阻抗z汰t，"^ z'汰t,T)+ 汰^t)，其作為時(shí)間的函數(shù)。
(2) 確定油的電阻p并且構(gòu)建其時(shí)間歷程。
(3) 從導(dǎo)數(shù)dp/dt估計(jì)油的有用壽命
f刮=0 f冬)>0
I. 如果在測(cè)量時(shí)間t，， ""。f ,并且、《"，則tM—，；使用tM
獲得油失效時(shí)間的第一估計(jì)。
(生〕，o 〖$)《o
II. 如果在測(cè)量時(shí)間t"，"人一 ，并且、;'<r ,則t^t，，；現(xiàn)
在同時(shí)使用、和tM獲得油失效時(shí)間的改進(jìn)估計(jì)。另外，或備選地，
數(shù)值P皿、P,和/或比值PmJPmm也可以與先前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以 便估計(jì)失效時(shí)間。
備選地，也可以選擇計(jì)算二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)cPp/dt2，以便區(qū)別最大和
最小，而不是使用不等式、^w' 。區(qū)別最大和最小的第
三個(gè)方法是使用簡(jiǎn)單的有序關(guān)系式P(t"P(t對(duì))和P(t""P("。，其 相應(yīng)地在最大與最小的附近位置獲得。
(4) 在所預(yù)測(cè)的失效時(shí)間達(dá)到之前，觸發(fā)油變指示器。
(5) 如果油尚未改變，并且電阻的時(shí)間導(dǎo)數(shù)在某個(gè)時(shí)間t，，，經(jīng)歷了
突然增加，(dp/dt)t<t", (dp/dt)w,.，，則向車輛或機(jī)器操作員發(fā)布警告。 本方法的性能展示于圖4中，該圖分別顯示了三種不同質(zhì)量的 發(fā)動(dòng)機(jī)油的電阻和粘度。這些油中的每一種為商業(yè)原油，并且由未 指明的添加劑配方，添加劑包括氧化抑制劑、防銹劑、抗磨損及高 壓劑、摩擦改性劑、清潔劑、降凝劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、防泡劑以 及防污劑。
圖4為先前形成的礦基發(fā)動(dòng)機(jī)油(O，粗點(diǎn)劃線)、標(biāo)準(zhǔn)油(S,長(zhǎng) 短點(diǎn)劃線)以及改進(jìn)油(A,實(shí)線)相對(duì)于以小時(shí)表示的測(cè)試時(shí)間的電阻 數(shù)據(jù)圖形。油0,即目前未指定用于車輛的礦基油^^皮測(cè)試，以便在
14較寬的油成分(composition)范圍內(nèi)評(píng)估本發(fā)明方法。標(biāo)準(zhǔn)油S為GF-3礦基發(fā)動(dòng)機(jī)油，比如用于新車輛發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的油。改進(jìn)油A為具有 改進(jìn)配方的完全合成的GF-3油，比如可被一些車主用于發(fā)動(dòng)機(jī)磨合 的油。油樣坤支分別用于高溫高負(fù)栽發(fā)動(dòng)^L功率計(jì)測(cè)試中，在該測(cè)試 中，被測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)在103Nm的恒定負(fù)載下以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速度 運(yùn)行。在取走阻抗數(shù)據(jù)的時(shí)間，傳感器上的油溫度為130°C。
借助其油泵而循環(huán)經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的油的一部分，傳送經(jīng)過(guò)阻抗傳 感器，正如以下將要描述的那樣，其展示于圖5中的截面圖中。使 用電子儀表而在所選定的時(shí)間并且在已知的傳感器溫度內(nèi)為阻抗傳 感器提供交變電流。阻抗傳感器系統(tǒng)電子的特征和功能展示并總結(jié) 于圖6和圖7中。在測(cè)試中的笫一個(gè)20小時(shí)中，此儀表和相關(guān)的微 處理器感應(yīng)出充有流動(dòng)油的傳感器的阻抗，并且以有A見(jiàn)律的15分鐘 的時(shí)間間隔確定單位為Milcm的電阻p，而對(duì)于每個(gè)測(cè)試中的剩余 部分則以30分鐘的時(shí)間間隔來(lái)確定。
顯示于圖4中的數(shù)據(jù)代表油在實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電阻 歷程p(t)。油0的初始電阻值為680MD.cm，油S的初始電阻值為 231MQ.cm，而油A的初始電阻值為77MQ.cm。隨著功率計(jì)測(cè)試時(shí) 間的進(jìn)展，每種油樣經(jīng)歷了電荷載體密度N的減小，及它們的相應(yīng) 電阻值p的快速增加。在相對(duì)短的時(shí)間過(guò)去之后，每種油樣的電阻 值達(dá)到最大值油0在1.5測(cè)試d 、時(shí)的電阻值為780MQ.cm,油S在 6測(cè)試小時(shí)的電阻值為360MQ.cm,而油A在12測(cè)試小時(shí)的電阻值 為149MQ'cm。因此，這些樣品的電阻相對(duì)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)(dp/dt) 初始地大于0。在每種電阻情況下，然后在t一M狀時(shí)，即當(dāng)斜率值為 0, (dp/dt)=0的時(shí)候，達(dá)到最大值。每種油到達(dá)其最大電阻值的相應(yīng) 時(shí)間為^眠0=1.5小時(shí)，t飄^6小時(shí)，而tM眠廣12小時(shí)。
在p達(dá)到局部最大值之后，隨后的電阻值隨著進(jìn)一步的測(cè)試時(shí) 間(dp/dtO)而單調(diào)地減小，直到在時(shí)間t—自(專門(mén)對(duì)應(yīng)于每種油樣) 時(shí)，p的局部最小值被檢測(cè)到，此時(shí)斜率值再次為零，(dp/dt)=0。油
15O在tmin=102小時(shí)的低值p為148 MQ.cm,油S在tmin=75小時(shí)的低 值p為200MQ.cm,而油A在tmin=148小時(shí)的低值p為86 MQ'cm。
反映于圖4中的測(cè)試在油S或油A經(jīng)歷失效之前而停止，該失 效將^f皮其粘度的過(guò)分增加所證實(shí)。油O在超越"危險(xiǎn)點(diǎn)"的一段時(shí)間 內(nèi)^皮測(cè)試。然而，驚人地類似的特性圖形代表相應(yīng)的油的跡象，該 跡象在預(yù)測(cè)它們的剩余有用壽命或失效時(shí)間時(shí)有用。
為了給油的壽命預(yù)測(cè)提供參考數(shù)據(jù)，油樣可被測(cè)試直到失效， 以便獲得更詳細(xì)的dp/dt歷程。這些歷程可存儲(chǔ)于^:處理器的存儲(chǔ)器 內(nèi)，該存儲(chǔ)器為目前工作中的油樣^^測(cè)并記錄dp/dt數(shù)據(jù)。雖然每種 油樣(不論具有相同的成分，還是具有在功能上可比的成分)經(jīng)歷了不
同的負(fù)載與環(huán)境條件，然而dp/dt數(shù)據(jù)類似并且可凈支比較，以便用于 可靠地預(yù)測(cè)剩余的有效潤(rùn)滑壽命。通過(guò)這種方式，潤(rùn)滑油可被完全 地使用，而沒(méi)有過(guò)早并浪費(fèi)地丟棄有限地可獲得的材料。 阻抗傳感器
圖5描述了阻抗傳感器的截面圖，該阻抗傳感器優(yōu)選地用于本 發(fā)明的實(shí)施過(guò)程中。展示于圖5中的傳感器可定位于比如運(yùn)行中的 車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的油道內(nèi)或油底盤(pán)內(nèi)。在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑油 連續(xù)地從其油箱內(nèi)泵抽出來(lái)，該油箱位于油底盤(pán)內(nèi)，該油底盤(pán)圍繞 并位于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)零件的上方。典型地，循環(huán)油的溫度^^支測(cè)量并 傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(或動(dòng)力控制模塊，PCM)上，其用于控制發(fā)動(dòng) 機(jī)(及變速器)的運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)致油流經(jīng)適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，比?展示于圖5中的阻抗傳感器10。
當(dāng)定位于油道內(nèi)時(shí)，傳感器10需要金屬殼體，該金屬殼體包括 上單元外殼12和下單元安裝法蘭14。除了能夠使油經(jīng)由傳感器而通 過(guò)時(shí)，外殼部件12、 14也提供了傳感器針對(duì)電干擾的電屏蔽，該電 干擾可由點(diǎn)火火花引起。單元外殼12具有油流端口 16。對(duì)于車輛發(fā) 動(dòng)機(jī)應(yīng)用，這些外殼部件可由適當(dāng)?shù)目设T造或可成形金屬合金，比 如鋁合金而制成。在傳感器放置在油底盤(pán)內(nèi)部的情況下，不需要特別的殼體，因?yàn)榈妆P(pán)自身可提供充足的電屏蔽。
幾個(gè)堆疊的圓形板在單元外殼12內(nèi)形成了交錯(cuò)的電容，并且具
有六組周向地及垂直地間隔的金屬^l妄觸管18、 19(18和19中的每一 個(gè)中的其中一組展示于圖5中)，其垂直于板而放置，并且支撐著板。 該組金屬接觸管18、 19在每隔一個(gè)板之間提供了電接觸。板以大約 1毫米的間隔而均勻地分布。第一連接板20借助三組(其中一組展示 于圖5中)五個(gè)交替的接觸管18而連接到第一組五個(gè)交替內(nèi)電容器板 22上。位于第一連接板20的上方，并且與該第一連接板20分開(kāi)的 第二連接板24,借助另外的三組四個(gè)交替的接觸管19而連接到第二 組四個(gè)交替的內(nèi)電容器板26上。六個(gè)周向地分布且不導(dǎo)電的緊固螺 栓28(兩個(gè)展示于圖5中的截面圖中)將電容器組件附接到單元安裝法 蘭14上，該緊固螺栓28垂直地延伸經(jīng)過(guò)垂直的一組接觸管18、 19。 位于每個(gè)接觸管18的外表面上的絕緣層30確保了電場(chǎng)線以及單 元內(nèi)的電流垂直于電容器板。圓形電容器+反20、 22、 24和26由不 銹鋼(或任何其它適當(dāng)金屬或金屬合金，比如鎳、英科耐爾、哈氏合 金等)適當(dāng)?shù)刂瞥?，并且具有大約為43毫米的直徑。
正如所敘述及展示的那樣，電容器部件利用六個(gè)緊固螺栓28而 互相固持在一起，并且牢固地安裝到單元安裝法蘭14上，該緊固螺 栓28由堅(jiān)硬的塑料材料制成，以便防止電容器板的短路。連接板20 和安裝法蘭14之間的六個(gè)絕緣墊塊32(展示了兩個(gè))同時(shí)用于防止單 元電容器板20、 22、 24和26與安裝法蘭14之間的短路。
0型環(huán)34影響單元外殼12與安裝法蘭14之間的氣密性密封。 利用兩個(gè)流體端口 16而將測(cè)試中的液體引入到測(cè)量器具內(nèi)，并且將 其從測(cè)量器具除去。單元外殼12和單元安裝法蘭14都由金屬制成， 并且影響測(cè)量電容器的電屏蔽，并且連接到電性接地端。
測(cè)量電容器與測(cè)量電子之間的電連接，由兩個(gè)或優(yōu)選地四個(gè)同 軸電纜(未展示)所影響，該同軸電纜經(jīng)由單元安裝法蘭14的同軸電 纜端口 36(位于展示于圖5中的截面的后面)而進(jìn)入測(cè)量器具，并且進(jìn)入單元空間38內(nèi)，并且使它們的內(nèi)導(dǎo)體成對(duì)地連接到兩個(gè)下連接板 20和24上。在四個(gè)同軸電纜的情況下，內(nèi)導(dǎo)體成對(duì)地連接到兩個(gè)連 接板上。同軸電纜利用高溫絕緣環(huán)氧樹(shù)脂而密封到單元安裝法蘭內(nèi)， 而它們的外導(dǎo)體則電性地連接到單元外殼上。
當(dāng)然，阻抗傳感器10內(nèi)充有測(cè)試中的流體，以便確定流體的電 特性。傳感器可在成批^t式(通過(guò)經(jīng)由端口中的一個(gè)而填充單元，并 且然后用塞子將端口閉合)中運(yùn)行，也可以在流通^^莫式(使測(cè)試中的液 體流過(guò)傳感器)中運(yùn)行。當(dāng)油在緊密地間隔的電容器板之間流動(dòng)時(shí)， 油通常在或接近其運(yùn)行溫度。充油傳感器然后連接到阻抗測(cè)量?jī)x器 (LCA儀、自動(dòng)平衡交流橋、頻率響應(yīng)分析儀等)上，并且其電阻抗在 所感興趣的 一 些頻率范圍上被確定。流體的電阻然后可以由所測(cè)量 的電阻和單元常數(shù)而確定，而流體的介電常數(shù)則可由所測(cè)量的電容 和單元的真空電容所確定。
傳感器可用于確定所感興趣的汽車的任何流體(發(fā)動(dòng)機(jī)油、變速 器流體、用于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)或用于機(jī)加工的冷卻劑、液壓流體、電池電 解液)的電阻(或等效地，導(dǎo)電率)和介電常數(shù)。它已被用于確定新鮮 發(fā)動(dòng)機(jī)油和使用后的發(fā)動(dòng)機(jī)油的特性。
此外，在高溫功率計(jì)測(cè)試的過(guò)程中，傳感器可用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油 進(jìn)行在線監(jiān)視，而發(fā)動(dòng)機(jī)油的性能在超過(guò)1200個(gè)小時(shí)且在130。C的 測(cè)試之后沒(méi)有任何顯著惡化。
用于油壽命測(cè)試的電路和儀表
圖6以流程圖的形式展示了用于確定使用中的潤(rùn)滑油的電阻， 及可選地額外的介電常數(shù)的功能性步驟。圖7也為方框流程圖，其 展示了用于這種流體監(jiān)視系統(tǒng)的電子裝置(儀器)之間的關(guān)系。這些展 示以運(yùn)行中的四循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)為例。
參考圖6中的五個(gè)流程方框，該流程方框開(kāi)始于第一個(gè)(頂部)方 框。當(dāng)需要與油的特性有關(guān)的數(shù)據(jù)時(shí)，傳感器由適當(dāng)?shù)慕涣黝l率發(fā) 生器(顯示于圖7中的方框l)所啟動(dòng)，該交流頻率發(fā)生器產(chǎn)生已知幅度和頻率的波形。頻率被適當(dāng)?shù)乇热鐝?00MHz到0.1MHz向下地掃 描，且每個(gè)十進(jìn)制頻率具有3到20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。此輸入到油特性阻抗 傳感器的電壓在測(cè)試中的流體內(nèi)產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)。輸入電壓的定時(shí)由 用于現(xiàn)代車輛中的類型的動(dòng)力控制模塊(PCM)所設(shè)置，以便管理發(fā)動(dòng) 機(jī)和變速器的運(yùn)行。傳感器內(nèi)的油溫也^f皮感應(yīng)到并傳輸?shù)絇CM，或 者傳輸?shù)皆赑CM控制下的油特性微處理器。
輸出電流、以及輸出電流和穿過(guò)阻抗傳感器而施加的電壓之間 的相位角^^皮感應(yīng)到，并且此數(shù)據(jù)與輸入電壓值一同導(dǎo)向至PCM,如 圖6中的方框2所顯示。
PCM與鎖相環(huán)電路(PLL)互相作用，以便確定相差(方框3)。
然后使用電壓、電流和相位角信號(hào)來(lái)計(jì)算傳感器-油組合的阻抗 幅度、電阻和電抗(方框4)。這些數(shù)值然后依次用于確定通過(guò)傳感器 的油的電阻和/或介電常數(shù)(方框5)。油特性數(shù)據(jù)(電阻p和介電常數(shù)e) 存儲(chǔ)于PCM內(nèi)，用于后續(xù)的處理和分析。
圖7通過(guò)提供適當(dāng)?shù)挠糜趦x器、PCM及用于確定油質(zhì)的專用微 處理器的示意流程圖，而對(duì)圖6進(jìn)行了補(bǔ)充。
頻率發(fā)生器1用具有預(yù)定幅度和頻率的交流信號(hào)來(lái)激發(fā)油阻抗 傳感器2A。信號(hào)同時(shí)被相位敏感型檢測(cè)器4所接收。專用的微處理 器5對(duì)來(lái)自頻率發(fā)生器1的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并且對(duì)來(lái)自相位敏感型 檢測(cè)器4的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。微處理器5由PCM所激勵(lì)，或者在其控 制下而被激勵(lì)。因此，來(lái)自油溫傳感器2B的油溫?cái)?shù)據(jù)被提供給微處 理器5。
來(lái)自傳感器2A的輸出電流信號(hào)由電流-電壓轉(zhuǎn)化器3所接收。 來(lái)自轉(zhuǎn)化器3的電壓信號(hào)^支發(fā)送至相位敏感型檢測(cè)器4,并且發(fā)送到 由微處理器5所釆樣的電流和相位角數(shù)據(jù)。微處理器5計(jì)算傳感器 的阻抗幅度、電阻和電抗。通過(guò)使用計(jì)算出的數(shù)據(jù)以及所存儲(chǔ)的與 傳感器2A的特性相關(guān)的常數(shù)，微處理器5計(jì)算工作中的油的當(dāng)前電 阻值和介電常數(shù)值。如本說(shuō)明書(shū)的方法部分所描述的那樣，這些數(shù)
19值存儲(chǔ)于專用的微處理器內(nèi)，并且用于算法內(nèi)，該算法基于時(shí)基電 阻數(shù)據(jù)和/或時(shí)基介電常數(shù)數(shù)據(jù)。
作為結(jié)果的油壽命數(shù)據(jù)從微處理器5傳輸?shù)絇CM6, PCM6有規(guī) 律地向車輛操作員通知當(dāng)前的油條件。
本發(fā)明的實(shí)施已經(jīng)通過(guò)參考一定實(shí)施例而#1描述，這些實(shí)施例 為解釋的目的，而不是為限制本發(fā)明的目的而提供。
權(quán)利要求
1. 一種確定使用于運(yùn)行機(jī)構(gòu)的流體潤(rùn)滑內(nèi)的一定量油的剩余有用壽命的方法，所述方法包括在所述機(jī)構(gòu)的運(yùn)行時(shí)間間隔內(nèi)，重復(fù)地確定所述油在預(yù)定油溫時(shí)的電阻(ρ)的數(shù)值；記錄所述油的電阻-時(shí)間ρ(t)的歷程，從而當(dāng)開(kāi)始于初始值的持續(xù)電阻值隨著消逝的運(yùn)行時(shí)間而累積的時(shí)候，連續(xù)的ρ(t)線性曲線得以形成，所述曲線包括(1)具有dρ/dt>0的斜率的第一部分，直到第一時(shí)間t1，ρ值在所述第一部分中增加；以及(2)在時(shí)間t1時(shí)的最大值，在所述時(shí)間t1時(shí)的dρ/dt＝0，并且具有對(duì)應(yīng)的ρmax；不時(shí)地將所述ρ(t)線性曲線當(dāng)時(shí)存在的部分與類似的預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所述預(yù)定數(shù)據(jù)為類似或功能上可比較的油成分的數(shù)據(jù)；以及使用所述比較值來(lái)預(yù)測(cè)所述油的剩余有用壽命。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于確定一定量油的剩余有用壽命的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括繼續(xù)記錄所述油的電阻-時(shí)間p(t)的歷程，從而使連續(xù)的p(t)線性曲線得以形成，所述曲線包括(3)具有dp/dt<0的斜率的第二部分，p值在所述第二部分內(nèi)減小，直到第二時(shí)間y (4)在時(shí)間t2時(shí)的最小值，在所述時(shí)間b時(shí)的dp/dt=0,并且具有對(duì)應(yīng)的pmin;以及(5)dp/dtX)的第三部分；不時(shí)地將所述p(t)線性曲線當(dāng)時(shí)存在的部分與類似的預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所述預(yù)定數(shù)據(jù)為類似或功能上可比較的油成分的數(shù)據(jù)；以及使用所述比較值來(lái)預(yù)測(cè)所述油的剩余有用壽命。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于確定一定量油的剩余有用壽命的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括繼續(xù)記錄所述油在所迷p(t)曲線的所述笫三部分內(nèi)的電阻-時(shí)間 P(t)的歷程，直到時(shí)間t3,此時(shí)所述電阻的時(shí)間導(dǎo)數(shù)值具有突然增加，從而顯示所述油的有用壽命已經(jīng)耗盡；以及接下來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)顯示所述油的有用壽命已經(jīng)耗盡。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述油包括從石油 中獲得的礦基油。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述油包括合成油， 所述合成油包括碳基材料和/或硅基材料。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)為碳?xì)迦?料型發(fā)動(dòng)機(jī)。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)內(nèi)的油運(yùn) 行于高于大約100。C的溫度。
8. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，t/ti大約為10或更大。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，t,用于預(yù)測(cè)所述油 的剩余有用壽命。
10. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，h和t2用于預(yù)測(cè)所 迷油的剩余有用壽命。
11. 如權(quán)利要求1所迷的方法，其特征在于，p^x用于預(yù)測(cè)所述 油的剩余有用壽命。
12. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，Pmm和/或p皿x用于 預(yù)測(cè)所述油的剩余有用壽命。
13. 如權(quán)利要求2所迷的方法，其特征在于，所述比值pmax/pmin 用于預(yù)測(cè)所述油的剩余有用壽命。
14. 一種確定使用于運(yùn)行機(jī)構(gòu)的流體潤(rùn)滑內(nèi)的一定量油的剩余有 用壽命的方法，所述方法包括在所述才幾構(gòu)的運(yùn)4亍時(shí)間間隔內(nèi)，并且在時(shí)變電場(chǎng)下，重復(fù)地確 定所述油在預(yù)定油溫時(shí)的電阻(p)的數(shù)值；記錄所述油的電阻-時(shí)間p(t)的歷程，從而當(dāng)開(kāi)始于初始值的持 續(xù)電阻值隨著消逝的運(yùn)行時(shí)間而累積的時(shí)候，連續(xù)的p(t)線性曲線得以形成，所述曲線包括(l)具有dp/dt>0的斜率的第一部分，直到第 一時(shí)間t,， p值在所述第一部分中增加；(2)在時(shí)間"時(shí)的最大值，在 所述時(shí)間、時(shí)的dp/dt=0,并且具有對(duì)應(yīng)的pmax; (3)具有dp/dt<0的斜 率的第二部分，p值在所述第二部分中減小，直到第二時(shí)間y (4)在 時(shí)間t2時(shí)的最小值，在所述時(shí)間b時(shí)的dp/dt=0，并且具有對(duì)應(yīng)的Pmin; 以及(5)dp/dt〉0的第三部分；不時(shí)地將所述p(t)線性曲線當(dāng)時(shí)存在的部分與類似的預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較，所述預(yù)定數(shù)據(jù)為類似或功能上可比較的油成分的數(shù)據(jù)；以 及重復(fù)地使用所述比較值來(lái)預(yù)測(cè)所述油的剩余有用壽命。
15. 如權(quán)利要求14所述的用于確定一定量油的剩余有用壽命的 方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括繼續(xù)記錄所述油在所述p (t)曲線的所述笫三部分內(nèi)的電阻-時(shí)間 p(t)的歷程，直到時(shí)間t3，此時(shí)所述電阻的時(shí)間導(dǎo)數(shù)值具有突然增加， 從而顯示所述油的有用壽命已經(jīng)耗盡；以及接下來(lái)產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)顯示所述油的有用壽命已經(jīng)耗盡。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述油為從石油 中獲得的礦基油。
17. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述油為合成油， 所述合成油包括碳基材料和/或硅基材料。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)為碳?xì)?燃料型發(fā)動(dòng)機(jī)。
19. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)內(nèi)的油 運(yùn)行于高于大約100。C的溫度。
20. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，t,和t2用于預(yù)測(cè) 所述油的剩余有用壽命。
21. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，P^和/或Pn^用 于預(yù)測(cè)所述油的剩余有用壽命。
22. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述比值Pmax/pmin 用于預(yù)測(cè)所述油的剩余有用壽命。
23. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述油包含于阻抗傳感器內(nèi)，所述阻抗傳感器具有已知的電阻常數(shù)，并且所述傳感器 在時(shí)變電場(chǎng)內(nèi)借助交流頻率發(fā)生器而由輸入電壓所啟動(dòng)，所述時(shí)變電場(chǎng)的頻率范圍從大約100MHz到0.1Hz;檢測(cè)傳感器輸出電流以及所述輸出電流與輸入電壓之間的相位角；根據(jù)所述輸入電壓、輸出電流以及相位角而確定所述傳感器-油 組合的阻纟元幅度、電阻以及電抗；以及根據(jù)所述確定的電阻及傳感器電阻常數(shù)而確定所述油在所述預(yù) 定溫度時(shí)的電阻。
24. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述油包含于阻抗 傳感器內(nèi)，所述阻抗傳感器具有已知的電阻常數(shù)，并且所述傳感器 在時(shí)變電場(chǎng)內(nèi)借助交流頻率發(fā)生器而由輸入電壓所啟動(dòng)，所述時(shí)變 電場(chǎng)的頻率范圍從大約100MHz到0.1Hz;檢測(cè)所述傳感器輸出電流以及所述輸出電流與輸入電壓之間的 相位角；根據(jù)所述輸入電壓、輸出電流以及相位角而確定所述傳感器-油 組合的阻抗幅度、電阻以及電抗；以及根據(jù)所述確定的電阻及傳感器電阻常數(shù)而確定所述油在所述預(yù) 定溫度時(shí)的電阻。
全文摘要
當(dāng)油在工作中的機(jī)構(gòu)內(nèi)，比如在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)使用時(shí)，潤(rùn)滑油的電阻ρ的數(shù)值在預(yù)定的溫度(范圍內(nèi))被重復(fù)地確定。這種在工作中的潤(rùn)滑劑的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的累積特性可繪制成圖形，以便顯示曲線，比如該曲線包括dρ/dt＞0的第一部分；在時(shí)間t₁時(shí)的最大值ρ_max，此時(shí)dρ/dt＝0；dρ/dt＜0的第二部分；在時(shí)間t₂時(shí)的最小值ρ_min，在該時(shí)間的dρ/dt再次為0；以及dρ/dt＞0的第三部分。此外，可以存在另一個(gè)時(shí)間t₃，dρ/dt在此表現(xiàn)為隨時(shí)間而呈不連續(xù)的變化。ρ相對(duì)于t的曲線的特性，包括t₁、t₂、t₃、ρ_max、ρ_min及ρ_max/ρ_min的比值的數(shù)值可與類似數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，該數(shù)據(jù)為用于估計(jì)運(yùn)行潤(rùn)滑油的剩余有用壽命的潤(rùn)滑油的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101512353SQ200680020691
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者E·W·施奈德, I·哈拉萊, M·W·羅杰斯 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司