用於確定在內燃機的發動機油中碳黑濃度的方法以及裝置的製作方法

2023-12-10 00:38:26 1

專利名稱：用於確定在內燃機的發動機油中碳黑濃度的方法以及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求I的前序部分的用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度(Russkonzentration)的方法。此外，本發明涉及一種根據權利要求12的前序部分的用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度的裝置。
背景技術：
普遍已知的是,碳黑進入(Eintrag)發動機油中可對機油特性起到不良作用。例如，到發動機油中的增加的碳黑進入量(Russeintrag)可引起對發動機油的粘度或潤滑性能的損害。然而，隨著由於現代的廢氣排放法規而越發複雜的廢氣後處理需求，現代的內燃機更多地在這樣的運行點(Betriebspunkt)中運行，即，在其中，到發動機油中的提高的碳黑進入量是不可避免的。因此，這種類型的碳黑進入發動機油可縮短機油更換間隔，然而這與顧客對越來越長的機油更換間隔的期望背道而馳。
因此產生這樣的需要，S卩，可以功能更可靠的方式相對準確地預測到內燃機、尤其地在商用車(Nutzfahrzeug)中的柴油內燃機的發動機油中的碳黑進入量，以使得可對於一定的運行條件推算出(hochrechnen)在內燃機的運行時間上的碳黑進入量。
從文件US 5, 309,213 A中已經已知一種方法和裝置，藉助於其可確定在液體中光學的起衰減作用(dampfen)的材料(例如在潤滑油中的碳黑)的濃度。為此具體提出的是， 結合在發動機油中薄的光電池(Zelle)耦合光線，並且由此測得在不同的部位處的光學的衰減。發明內容
相應地，本發明的目的為，實現這樣的用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度的方法和裝置，即，藉助於該方法和裝置可以簡單的方式且功能可靠地獲得碳黑濃度以及隨後獲得在一定的內燃機運行時間上的碳黑進入量。
該目的通過獨立權利要求的特徵實現。此外，有利的設計方案為回引獨立權利要求的從屬權利要求的對象。
根據權利要求1，提出一種用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度的方法，在其中，沿著和/或穿過測量區段(Messstrecke)以限定的流速引導在機油循環中被引導的發動機油的限定的量，其中，在測量區段的區域中利用至少一個能量源的能量如此加載發動機油，即，包含在發動機油中的碳黑顆粒至少部分地吸收該能量。之後，緊接著藉助於至少一個測量裝置、具體而言優選地藉助於至少一個溫度測量裝置探測在測量區段區域中被吸收的能量量，並且基於該被吸收的能量量確定在發動機油中的碳黑濃度。
由此，利用根據本發明的方法指導基於這樣的能量量確定碳黑濃度，S卩，在發動機油中吸收該能量量，這允許尤其準確地且功能可靠地確定碳黑濃度以及隨後確定到發動機油中的碳黑進入量。
原則上存在藉助於至少一個測量裝置探測被吸收的能量量的不同的可能性。例如，可將優選地在放射區域(Einstrahlbereich)中藉助於至少一個溫度測量裝置探測的發動機油溫度與參考溫度相比較，並且從中確定在發動機油中的碳黑濃度。原則上，利用這種類型的結構可利用這樣的溫度測量部位確定碳黑濃度，即，其可具有一個溫度測量裝置， 但是或者同樣可具有多個溫度測量裝置。例如，這種類型的溫度測量部位可構造在能量源的放射點中或放射區域中，但是或者也可在發動機油的流動方向上布置在放射點或放射區域的下遊。在此,在相當的(vergleichbar)發動機油狀況(Motordl-VerMltnisse)中優選地在沒有通過能量源引起的任何能量進入的情況下獲得用於發動機油的參考溫度。
然而根據一種尤其優選的具體的方法指導提出，在兩個測量區段側的在流動方向上彼此間隔開的溫度測量部位之間在測量區段的區域中利用能量加載發動機油。之後，緊接著至少取決於在測量區段的不同的區域中藉助於測量區段側的溫度測量部位探測的發動機油溫度確定在發動機油中的碳黑濃度。利用這種類型的具體的方法指導，使到發動機油中的能量進入的尤其功能可靠的探測和評估成為可能。
根據另一優選的方法指導可設置成，使用(heranziehen)在測量區段的區域中的發動機油的流速和/或發動機油的特定的熱容量和/或碳黑的吸收橫截面 (Absorptionsquerschnitt)(例如以用於碳黑顆粒的福射吸收的總的有效橫截面的形式) 作為其它參數以用於確定碳黑濃度。由此，可進一步提高在確定碳黑濃度時的預測精度。
由此，利用這種類型的根據本發明的方法指導總地可以簡單的且功能可靠的方式可靠地確定在發動機油中的碳黑濃度，尤其地取決於限定的運行點確定在發動機油中的碳黑濃度。此外，備選地或附加地，也可以簡單的方式確定用於催化器和/或顆粒過濾器的催化器運行點和/或再生措施。
尤其優選地，能量源為光學的能量源，例如雷射器，例如二極體雷射器 (Diodenlaser)，該能量源將能量放射到至少一個限定的測量區段側的放射點或放射區域中。根據本發明的一種優選的設計方案設置成，通過通流容器(Durchflusskiivette)形成測量區段，發動機油的限定的量被導引通過該通流容器，其中，優選地設置成，溫度測量部位布置在彼此間隔開的容器區域的區域中。那麼優選地，在此如此進行溫度探測，即，例如藉助於獲得溫度差獲得並評估在測量區段側的放射點或放射區域的上遊和下遊的溫度差。 那麼，為此優選地，能量源在兩個彼此間隔開的溫度測量部位之間的區域中將能量放射到發動機油中。
原則上以此為出發點，S卩，橫向於流動方向完全地輻射穿過機油體積的雷射束引起在放射點中在機油體積的整個橫截面上均勻的能量進入，其中，參考該橫截面基本上均勻地由碳黑顆粒吸收能量。緊接著，在參考橫截面發動機油溫度均勻提高的情況下將能量直接放出到發動機油處，以使得在至少一個溫度測量部位、尤其地在位於放射點或放射區域下遊的溫度測量部位的區域處應用傳感器以用於探測溫度是足夠的。然而，尤其地在更高的待期待的碳黑濃度(在該濃度下如有可能雷射束不再可完全地輻射穿過機油體積，因為碳黑顆粒已經提早將能量吸收)時，已證實為有利的是，在至少一個溫度測量部位的區域中布置多個彼此空間上間隔開的溫度傳感器，藉助於這些溫度傳感器可簡單地且可靠地例如在放射點或放射區域的區域中或下遊探測在發動機油中的如有可能存在的空間上不同的溫度分布。為此優選地，溫度傳感器布置在關於發動機油的流動方向相同的橫截面平面中和/或溫度傳感器相對於放射區域具有在流動方向上基本上相同的間距。
根據另一備選的解決方案可設置成，藉助於溫度測量裝置探測在放射點或放射區域中的發動機油溫度，其中優選地設置成，在第一溫度測量部位處探測在放射點或放射區域上遊的發動機油溫度，並且在第二間隔開的溫度測量部位處探測在放射點或放射區域中的發動機油溫度。在此，根據一種設計方案尤其優選地，通過高溫計(Pyrometer)形成溫度測量裝置，藉助於該高溫計探測由發動機油在放射點或放射區域中發射的熱輻射，並且緊接著確定在發動機油中的碳黑濃度。由此，現在藉助於高溫計直接在放射點處探測機油溫度。在此利用的是，當能量源的放射深度減小時，與在相同的能量量和更大的放射深度的情況中相比，僅僅加熱較小的機油體積。由此，更強地加熱更小的機油體積，從而結果其也發射更高的熱輻射，最終可由高溫計測得該熱輻射。
這樣的方法指導是尤其優選的，S卩，在其中對於內燃機的限定的運行狀態連續地但是或者也間隔式地(例如周期地)在內燃機的運行時間上探測碳黑濃度並且將其輸送到評估裝置，在評估裝置中確定到發動機油中的與工作時間相關的和/或與負載或運行點相關的碳黑進入量。利用如此獲得的碳黑濃度可以簡單的方式確定，如有可能何時考慮機油更換。那麼，如有可能可如此調整或影響內燃機的運行策略，即，在限定的時間點必須更換機油。
此外，在裝置方面，該目的通過根據權利要求12的特徵實現。
根據權利要求12提出一種形成傳感器的用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度的裝置，優選地，該裝置具有通流容器以用於形成測量區段。此外，該裝置具有一個或多個、尤其地兩個在測量區段的區域中彼此間隔開的溫度測量部位。此外，設置至少一個能量源，藉助於該能量源可在至少一個限定的放射點或放射區域中將能量輸送到發動機油中的碳黑顆粒處。最後，根據本發明的裝置包括評估裝置，可至少將在至少一個溫度測量部位處探測的溫度輸送到該評估裝置處以用於確定在發動機油中的碳黑濃度。在此，在系統中可固定地預定除了各個待探測的溫度數據之外所需的用於確定碳黑進入量的參數。
上文已經詳細解釋了利用這種類型的裝置得到的優點。
根據一種具體的設計方案，溫度測量部位可分別包括至少一個通過線圈形成的溫度傳感器，該線圈為可校正(abgleichen)用於溫度探測的帶有阻抗(Widerstand)的電橋電路的組成部分，其中，線圈以彼此間隔開的方式布置在形成測量區段的通流容器的區域中。


在圖中示意性地示出用於具體地實現(Umsetzung)根據本發明的裝置和根據本發明的方法指導的實施例。
其中
圖I示意性地顯示了用於確定在發動機油中的碳黑進入量的裝置的示例性的實施形式，
圖2示意性地顯示了帶有多個布置在放射點下遊的溫度傳感器的結構，以及
圖3示意性地顯示了根據本發明的裝置的另一備選的變型方案。
具體實施方式
在圖I中顯示了用於確定在發動機油中的碳黑濃度的傳感器I，傳感器I具有通流容器2，其具有限定的預定的容量(Volumen)。預定量的內燃機的發動機油在一定的持續時間上在流動箭頭3，4的方向上流經通流容器2，其中，通過通流容器2的發動機油的流速基本上始終相同，並且具有預定的且由此已知的速度值。
在此，示例性地，在流入側的容器區域5中在發動機油的流動路徑中布置有第一線圈7。以與第一線圈7成間距的方式，在流出側的容器區域6中布置有另一基本上結構相同的線圈8，其同樣位於發動機油的流動路徑中。
這兩個線圈7，8與阻抗9，10 (其中阻抗10構造成可變的阻抗)以及與電壓測量儀11共同形成已知的電橋電路12，在此僅僅示例性地且示意性地示出該電橋電路12，並且顯然電橋電路12也可具有任何其它合適的結構。
利用這種類型的電橋電路12，在線圈7,8的區域中構造兩個彼此間隔開的溫度測量部位或傳感器，藉助於其可一方面在流入側的容器區域5中以及另一方面在流出側的容器區域6中探測發動機油的溫度。由此，具體地，在在此選擇的且顯示的電橋電路12中，利用導體的電的阻抗的溫度關係以用於測量溫度。這是普遍已知的並且，在該處不必進一步討論。
此外，傳感器I包括在此示例性地選擇的二極體雷射器13作為光學的能量源，如這在圖I中僅僅以虛線示出的那樣，藉助於二極體雷射器13在兩個通過線圈7，8形成的溫度測量部位之間的區域中如此將光學的能量放射到通流容器2中，即，包含在發動機油中的碳黑顆粒吸收該能量並且緊接著在提高發動機油溫度的情況下再次將能量釋放到發動機油處。由此，在線圈8的區域中測得溫度T2，其在限定的程度上大於在線圈7的區域中探測且測得的溫度1\。基於在線圈側的溫度測量部位處的兩個溫度T2和T1之間的溫度差，可藉助於在此僅僅非常示意性地示出的評估裝置15結合已知的在容器區域中的發動機油的流速、碳黑或碳黑顆粒的已知的吸收橫截面以及所使用的發動機油的特定的比熱容獲得對於當前的內燃機運行狀態的在發動機油中的相應的碳黑濃度，並且相應地與運行點相關地和/或在內燃機的壽命上獲得總的碳黑進入量。
在此，僅僅示例性地且任意地選擇參考形成溫度測量部位的線圈7,8的位置獲得的放射點14的中心的定位。顯然，無論何時其它的布置方案也是可能的。
最終，在圖2中僅僅非常示意性地示出備選的實施方案，在其中，在放射點14的上遊僅僅設置一個例如通過線圈形成的溫度傳感器，藉助於該溫度傳感器探測溫度T1，而在放射點14的下遊在此示例性地分別布置三個空間上彼此間隔開的溫度傳感器，藉助於這些溫度傳感器，參考一定的位於流動方向上的容器橫截面探測在放射點14下遊的橫截面的不同部位處的溫度T2, T3, T4,由此可能的是，在放射點14的下遊確定發動機油溫度的在流動橫截面上觀察的空間的分布。
對於在圖2的左邊的圖示中示出的情況(即，僅僅存在發動機油中的正常碳黑濃度)，雷射束13a輻射穿過整個測量區段區域或容器區域，從而在放射點14的下遊的區域中溫度T2, T3和T4基本上分別具有相同的溫度值。
如果相反地，在發動機油中的碳黑濃度如此增加，即，雷射束13a不可再完全地穿透測量區段區域(如在圖2的中間的圖示中示出的那樣)，則在放射點14的下遊的區域中一方面得到對於溫度T2和T3以及另一方面對於T4的不同的溫度值，也就是說，在在此顯示的示例情況中，相對於上遊地測得的溫度T1不出現或僅僅出現不明顯的在探測溫度T4的溫度傳感器的位置的區域中的溫度提高。
相同情況(Das Gleiche)在圖2的右側的圖示中示出用於在發動機油中的更高的碳黑含量。在這種情況中，在探測溫度T3和T4的溫度傳感器的區域中探測不到或僅僅探測到不明顯的相對於溫度T1的溫度值差別。
由此，基於參考橫向於流動方向的流動橫截面的溫度的空間不均勻分布，如有可能在使用之前已經描述的參數或這些參數中的至少一個的情況下可推出在機油中的碳黑含量。在此優選地，探測溫度T2, T3和T4的在此未示出的溫度傳感器近似位於穿過測量區段2的相同的橫截面中。
在圖3中顯示了涉及碳黑濃度的相同的情況，然而在其中，與根據圖2的設計方案不同地，在放射點14的下遊未空間上彼此間隔開地布置多個例如通過線圈形成的溫度傳感器，而是藉助於高溫計16直接在放射點14處測量機油溫度T2。如果雷射束13a的放射深度減小(如從左至右地在圖3的圖示中顯示的那樣)，則以相同的能量量加熱更小的機油體積，然而更強地加熱該更小的機油體積，並且由此結果為放出更高的熱輻射，之後可由高溫計16測得該熱輻射。那麼由此可推出在機油中的碳黑含量。
可理解的是，在以上根據圖2和3中描述的示例中的溫度傳感器可分別以不同的方式構造在各個溫度測量部位處，例如，通過結合圖I顯示的線圈，但是也可通過合適的其它對於本領域技術人員已知的溫度傳感器。
權利要求
1.一種用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度的方法，在該方法中，沿著和/或穿過測量區段(2)以限定的流速引導發動機油的限定的量，其特徵在於，在所述測量區段(2)的區域中利用至少一個能量源(13)的能量如此加載所述發動機油，即，包含在所述發動機油中的碳黑顆粒至少部分地吸收所述能量，並且，藉助於至少一個測量裝置探測在所述測量區段區域中被吸收的能量量，尤其地藉助於至少一個溫度測量裝置探測在所述測量區段區域中被吸收的能量量，並且從中確定在發動機油中的碳黑濃度。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，將優選地在放射區域(14)中藉助於至少一個溫度測量裝置探測的發動機油溫度與參考溫度相比較，並且從中確定在發動機油中的碳黑濃度，其中，優選地設置成，在相當的發動機油比例中然而在沒有通過所述能量源(13) 引起的能量進入的情況下獲得用於所述發動機油的參考溫度。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述測量區段(2)的區域中在兩個測量區段側的在流動方向上彼此間隔開的溫度測量部位(7，8)之間利用能量加載發動機油，並且至少取決於在所述測量區段(2)的不同的區域中的藉助於測量區段側的所述溫度測量部位(7，8)探測的發動機油溫度確定在所述發動機油中的碳黑濃度。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，使用在所述測量區段(2)的區域中的發動機油的流速和/或所述發動機油的特定的比熱容和/或碳黑的吸收橫截面作為其它參數以用於確定碳黑濃度。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，所述能量源(13)為光學的能量源、尤其地雷射器，所述能量源將能量放射到至少一個限定的測量區段側的放射點或放射區域(14)中。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，通過通流容器(2)形成所述測量區段，所述發動機油的限定的量被導引通過所述通流容器，其中，優選地設置成，多個溫度測量部位(7，8)布置在彼此間隔開的容器區域的區域中。
7.根據權利要求5或權利要求6所述的方法，其特徵在於，在兩個彼此間隔開的溫度測量部位(7，8)之間的區域中所述光源(13)如此放射，即，在所述放射點或放射區域(14) 的上遊和下遊的區域中進行發動機油溫度探測。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在至少一個溫度測量部位的區域中、尤其地在位於所述放射點或放射區域(14)下遊的溫度測量部位(8)的區域中布置多個彼此空間上間隔開的溫度傳感器，藉助於所述溫度傳感器優選地在所述放射點或放射區域(14)的區域中或下遊探測在所述發動機油中的如有可能存在的空間上不同的溫度分布，其中優選地設置成，所述溫度傳感器布置在參考所述發動機油的流動方向相同的橫截面中和/或所述溫度傳感器相對於所述放射區域具有在流動方向上基本上相同的間距。
9.根據權利要求I至6中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助於溫度測量裝置(16) 探測在所述放射點或放射區域(14)中的發動機油溫度，其中優選地設置成，在第一溫度測量部位(7)處探測在所述放射點或放射區域(14)上遊的發動機油溫度，並且在第二間隔開的溫度測量部位⑶處探測在所述放射點或放射區域(14)中的發動機油溫度。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，通過高溫計形成所述溫度測量裝置(16)，藉助於所述高溫計探測由發動機油在所述放射點或放射區域(14)中發射的熱輻射， 並且基於所述測量進一步確定在所述發動機油中的碳黑濃度。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，對於內燃機的限定的運行狀態連續地或者間隔式地在內燃機的運行時間上探測碳黑濃度並且將碳黑濃度輸送到評估裝置(15)，在所述評估裝置(15)中確定到所述發動機油中的與工作時間相關的和/或與負載相關的碳黑進入量。
12.一種用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度的、尤其地用於執行根據前述方法權利要求中任一項所述的方法的裝置，所述裝置具有測量區段，其特徵在於-至少一個溫度測量部位，-至少一個能量源(13)，藉助於所述能量源(13)可在至少一個限定的放射點或放射區域(14)中將能量輸送到發動機油中的碳黑顆粒處，以及-評估裝置(15)，可至少將在至少一個溫度測量部位(7，8)處探測的溫度輸送到所述評估裝置(15)處以用於確定在所述發動機油中的碳黑濃度。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於，通過兩個布置在形成所述測量區段的通流容器(2)的區域中的、彼此間隔開的溫度測量部位形成所述至少一個溫度測量部位。
14.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述能量源(13)為光學的能量源、尤其地二極體雷射器。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個溫度測量部位包括至少一個通過線圈(7，8)形成的溫度傳感器，所述溫度傳感器為可校正用於溫度探測的帶有阻抗(9，10)的電橋電路(12)的組成部分，其中，優選地設置成，多個線圈(7，8) 以彼此間隔開的方式布置在形成所述測量區段的通流容器(2)的區域中。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度的方法，在其中，沿著和/或穿過測量區段(2)以限定的流速引導發動機油的限定的量，其中，在測量區段(2)的區域中利用至少一個能量源(13)的能量如此加載發動機油，即，包含在發動機油中的碳黑顆粒至少部分地吸收該能量。緊接著，探測在測量區段的區域中被吸收的能量量，並且從中確定在發動機油中的碳黑濃度。此外，要求保護一種用於確定在內燃機的發動機油中的碳黑濃度的裝置。
文檔編號G01N33/26GK102539654SQ20111033040
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月17日 優先權日2010年10月16日
發明者F·菲舍爾, H·貝克 申請人:曼卡車和巴士股份公司