Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Viskosität einer Flüssigkeit Stand der Technik Es sind software-basierte Systeme zur Anzeige eines notwendigen Motorölwechsels bei Kraftfahrzeugen bekannt, von denen einige auf Algorithmen basieren, die Parameter wie etwa die seit dem letzten Ölwechsel zurückgelegte Kilometerfahrleistung oder die Häufigkeit von Kaltstarts auswerten.

Alternativ dazu wird bei anderen bekannten Verfahren auf Sensorsignale zurückgegriffen, die direkt den physikalischen Ölzustand beschreiben, wobei beispielsweise durch geeignete Sensoren die Dielektrizitätszahl des Öls oder als weit zuverlässigere Größe die Ölviskosität gemessen werden kann.

Aus der Bestimmung des Viskositätsveränderung des Motoröls seit dem letzten Ölwechsel kann dabei ein viskositäts- basiertes Ölwechselkriterium abgeleitet werden, da ein Motorölverschleiß üblicherweise mit einem Anstieg des Viskositätswertes verbunden ist. In einer Auswerteelektronik mit angeschlossener Anzeigevorrichtung kann bei herkömmlichen Systemen beispielsweise ein Viskositätsgrenzwert gespeichert werden, der mit den gemessen Viskositatswerten des Motoröls verglichen wird und bei dessen Überschreitung dem Fahrzeugführer ein Hinweis auf die Fälligkeit des nächsten Motorölwechsels gegeben wird.

Die bei diesen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ermittelten physikalischen Ölparameter sind in aller Regel temperaturabhängig, so dass zur Bestimmung eines Vergleichswertes eine Temperaturkompensationsberechnung notwendig ist. Weiterhin ist aus der unveröffentlichten Patentanmeldung DE 100 085 47 ein Verfahren zur Beurteilung des Verschleißes von Motoröl bekannt, bei dem durch einen Sensor die Ölviskosität des Motoröls gemessen wird und bei dem durch einen Sensor die Ölviskosität des Motoröls gemessen wird und bei dem dem Sensor zur Ölviskositätsmessung ein Temperaturmessfühler zur gleichzeitigen Bestimmung der Öltemperatur zugeordnet ist, wobei die Ölviskosität und die Öltemperatur in der Abkühlphase des Motors nach dessen Abstellen gemessen wird.

Vorteil der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass zu beliebigen Zeitpunkten, das heißt nicht lediglich in der Abkühlphase des Motors, die Ölviskosität gemessen werden kann. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch ausgezeichnet, dass es in vorteihafterweise möglich ist, eine genauere Bestimmung der Viskosität durchzuführen. Bei der Überwachung von flüssigen Betriebsstoffen, wie zum Beispiel Motoröl, kann nämlich eine Viskositätsme. s. sung mittels eines Viskositätssensors zur Beurteilung des aktuellen Flüssigkeitszustandes herangezogen werden. Da jedoch die Viskosität P in der Regel eine stark temperaturabhängige Größe ist, ist es unerläßlich, gleichzeitig die Temperatur T durch einen Temperatursensor zu bestimmen. Ein entsprechend ermitteltes Viskositäts- Temperatur-Messwertepaar pilz T} charakterisiert einen Punkt der Viskositäts-Temperatur-Charakteristik =n (T) der Flüssigkeit. Bei der Erfassung mehrerer Punkte bei verschiedenen Temperaturen-dies ist leicht möglich, wenn das zu überwachende Medium sich im Regelbetrieb erwärmt und abkühlt, wie das zum Beispiel beim Motoröl der Fall ist - können mehrere Messwertepaare zur Interpolation der Charakteristik (T) verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Hauptanspruch hat den Vorteil, dass die Viskositäts-Temperatur-Messwertepaare fil, T} mit einer größeren Genauigkeit bestimmbar sind und somit zur genaueren Charakterisierung der Viskositäts-Temperatur-Charakteristik =n (T) herangezogen werden, da die von dem Viskositätssensor gemessene Viskosität il im allgemeinen bei einer von der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur verschiedenen Temperatur ermittelt wurde. Die durch die räumliche Trennung von Viskositätssensor und Temperatursensor hervorgerufene unterschiedliche Temperatur der Flüssigkeit am Ort des Viskositätssensors und am Ort des Temperatursensors rührt von einem Temperaturgradienten in der Flüssigkeit her. Ein solcher Temperaturgradient tritt bevorzugt bei starker Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr in der zu überwachenden Flüssigkeit auf. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere bei großen Temperaturgradienten vorteilhaft einsetzbar, weil dort die ohne das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung durchgeführten Viskositätsmessungen besonders ungenau wären.

Durch die i. n den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens und der im Nebenanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 ein Prinzipschema der Messanordnung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Figur 1 ist ein Behälter 10 mit einer Flüssigkeit 12 dargestellt. In dem Behälter 10 bzw. an dem Behälter 10 ist ein Viskositätssensor 20 und ein Temperatursensor 30 vorgesehen. Sowohl der Viskositätssensor 20 als auch der Temperatursensor 30 ist mit einer Auswerteeinheit 40 verbunden. Mittels zweier durch das Bezugszeichen 14 bezeichnete Pfeile wird angedeutet, dass es betriebsbedingt bei dem in Figur 1 dargestellten Behälter 10 zu einer Zufuhr und/oder zu einer Abfuhr von Wärme und/oder der Flüssigkeit 12 kommt. Weiterhin kann die Flüssigkeit 12 im Behälter 10 bewegt werden, beispielsweise durch Umwälzpumpen oder auch durch Konvektion, wobei aufgrund von besonders kalten oder besonders heißen Stellen des Behälters 10 ein Temperaturgradient in der Flüssigkeit 12 entsteht.

Wenn vorausgesetzt wird, dass in der Flüssigkeit 12 ein Temperaturgradient zu einem vorgegebenen Zeitpunkt t vorhanden ist, dann bewirkt die räumliche Trennung des Viskositätssensors 20 von dem Temperatursensor 30, dass die Temperatur der Flüssigkeit 12 an der räumlichen Position des Viskositätssensors 20 von jener an der Position des Temperatursensors 30 abweicht. Dementsprechend repräsentiert die von dem Temperatursensor 30 gemessene Temperatur T30 nicht die (im Prinzip unbekannte) Temperatur T20 der Flüssigkeit 12 an der Stelle des Viskositätssensors 20.

Demnach können die Viskositäts-Temperatur-Messwertepaare dz T3o} a priori nicht fehlerfrei zur Charakterisierung der Viskositats Temperatur-Charakteristik =P (T) herangezogen werden, da die von dem Viskositätssensor 20 gemessene Viskosität im allgemeinen bei einer von T30 verschiedenen Temperatur (nämlich T20) ermittelt wurde. Die vorliegende Erfindung beschreibt jedoch ein Verfahren zur Ermittlung gültiger Messwertepaare.

Die angesprochenen Temperaturgradienten treten bevorzugt bei starker Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr in der zu überwachenden Flüssigkeit 12-auf. Diese Wärmeabfuhr bzw. Wärmezufuhr ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 14 und den entsprechenden Pfeilen dargestellt. Bei Wegfall dieser Wärmezufuhr stabilisiert sich die Temperaturverteilung weitgehend durch thermische Ausgleichsvorgänge, so dass im Rahmen der angestrebten Genauigkeit die Gleichung gilt T3O=T2O- Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, einen Algorithmus zu verwenden, welcher aus einer Reihe aufgezeichneter Messwerte bzw. Messwertepaare jene Werte herausfiltert, welche mit hinreichender Genauigkeit zur Ermittlung der Viskositäts- Temperatur-Charakteristik q (T) verwendet werden können.

Wenn von einer Aufzeichnung der Viskositätsmesswerte nk und der Temperaturmesswerte Tso. k zu diskreten Zeitpunkten tk ausgegangen wird-wie dies beispielsweise durch einen Mikrocontroller in der Auswerteeinheit 40 durchführbar ist- dann können die zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, beispielsweise zum Zeitpunkt tk, zusammengehorigen Werte zu einem Messwertetripel Mk= {rk, T3o, ktE :} zusammengefaßt werden, wobei der Index k sowohl bei il als auch bei T30 anzeigt, dass diese Messwerte zum k-ten Messzeitpunkt gemessen wurden. Im allgemeinsten Fall ermittelt der Algorithmus für das Messwertetripel, welches zum Zeitpunkt tk gehört, eine Maßzahl Zk bzw. ein Maß Zu, welche (s) den Grad der Inhomogenität in der Temperaturverteilung auf der Basis des aktuellen sowie der letzten N Messwertetripel MK-1 bis MP.-N abschätzt, dass heißt allgemein Zk y......... Mk-N).

Die Maßzahl bzw. das Maß soll nun so definiert sein, dass die Unterschreitung eines gewissen Schwellwertes S bzw. einer gewissen Schwelle eine akzeptable Verringerung des Temperaturgradienten anzeigt. Mit anderen Worten : Alle Messwertepaare {kT30, k}, für deren zugehörige Maßzahl z ;, cS gilt, können mit hinreichender Genauigkeit als Punkte der Viskositäts-Temperatur-Charakteristik T) =-r) (T) angesehen werden.

Physikalischer Hintergrund des vorgeschlagenen Verfahrens ist die Annahme, dass man, aufgrund der thermischen Ausgleichsvorgänge, von kleiner werdenden zeitlichen Änderungen der lokalen Temperatur auf kleinere räumliche Temperaturgradienten schließen kann. Beispielhaft wird hierfür ein besonders einfaches Beispiel für die Konstruktion von Zk angegeben. Mit der Vorschrift Zk=f (MktMk-l) = I (T30, k T30, k-1)/ (tk-l) I wird der. Betrag des zeitlichen Differenzenquotienten des Temperaturmesswerts als ein Maß für die Inhomogenität der Temperatur der Flüssigkeit ermittelt. Liegt da. s so ermittelte Maß Zk unter einer vorgegebenen Schwelle S, so wird die Temperaturverteilung als hinreichend homogen angesehen. In diesem Beispiel wurde nur das aktuelle Messwerttripel und das Messwertetripel zeitlich davor betrachtet, das heißt, es galt N=1. Des weiteren wurden nur die Temperaturmesswerte zur Konstruktion von Zk herangezogen. Verallgemeinerungen dieses Ausdrucks, z. B. durch Bewertung der Änderung im Viskositätsmesswert-um die Temperaturänderungen am Ort des Viskositätssensors 20 indirekt zu bewerten-bzw. die Betrachtung mehrerer in der Vergangenheit liegender Wertetripel sind erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen.

Die vorliegende Erfindung sieht weiterhin vor, dass Messwertetripel korrigiert werden, statt diese lediglich auszufiltern. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft durchführbar, wenn der Erwärmungs-/Abkühlungsmechanismus der Flüssigkeit sehr gut studiert und bekannt ist und die Ausbildung von entsprechenden Temperaturgradienten eingehender studiert wird. Zum Beispiel ist es erfindungsgemäß vorgesehen, aus einer gemessen zeitlichen Temperaturänderungen auf einen entsprechenden Fehler E=T2o-T3o zurückzuschließen und den Messwert. T30 entsprechend zu korrigieren.

Zur Bewertung des Temperaturgradienten können auch eine Mehrzahl von Temperatursensoren 30 räumlich getrennt angeordnet werden. In diesem Fall ist anstelle des einzigen in Figur 1 dargestellten Temperatursensors 30 eine Mehrzahl solcher Temperatursensoren an verschiedenen Orten, insbesondere des Behälters 10 erfindungsgemäß vorgesehen.

Somit kann die Temperatur an der Stelle des Viskositätssensors 20 beispielsweise durch Mittelung abgeschätzt werden.