油质量传感器以及用其确定分析物的方法技术

化学地和／或物理化学地确定发动机油的老化是很费事的，并且要求在汽车上不能在机地进行的各种测量方法。只有一个状态参数的，例如粘度的确定仅仅有条件地导致一种质量结论，因为在这里以交变的程度可能存在着各相对而行的效应。按本发明专利技术借助具有一种敏感层涂层的一个石英进行油质量确定。此敏感层拥有与一个油组成部分部分适配的一个表面或一个体，此表面或此体相应于此油组成部分的浓度是特别适合于重复贮入和放出此油组成部分的。在存在此油组成部分时，此油组成部分贮入此敏感层中，由此经一种质量效应，经构件厚度的或构件质量的有效上升，共振频率下降。通过油的老化，贮入到此敏感层中的此组成部分在减少，由此此共振频率上升。采用一种不敏感层作为基准，经此不敏感层测定油对此石英振荡的粘度效应和测定作为第二重要的油质量参数的发动机油的粘度改变。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及按权利要求21前序部分的一种油质量传感器，用于油质量确定的方法和传感器的使用。各种发动机油随着时间的推移已发展成为各种高技术产品，这些高技术产品是以使各高的发动机功率成为可能为前提。各种发动机油“在此是来自矿物油，各加氢裂化物和合成组分的各基础油组分用的一个总称。各种发动机油还含有作为成品混合物(“包”)添加的各添加剂以及粘度指数改善剂(VI)。这些发动机油在此用作为各发动机用的各种润滑剂以及用作为冷却介质与密封介质。此外这些发动机油应清洗全部的发动机件和使之保持清洁。这些VI改善剂促成比这些纯基础油所具有的一种更有利的粘度温度性能。按对此油所提出的各种要求而不同，添加剂和VI改善剂占的份额通常在5和25％之间。在这些发动机油中添加剂的各其它任务是改善各油的各种防腐蚀性能以及防止各种污泥沉积和油稠化，以及在所有出现的负荷条件下各摩擦副上的磨损防护。各发动机油的这些热负荷是高的，而且在此在油池中平均位于约100至150℃。在上部活塞环区的范围中各温度的尖峰可能出现在200和350℃之间。这些油在它们使用的过程中老化，在此首先分解(消耗)这些添加剂组份和VI改善剂。未消耗的、部分氧化的和聚化的各燃料组份在油老化方面占有一个可观的份额。因此通过温度作用和可反应的各燃烧产物(各种基)以及经过超越各种油对各固体物或老化产物的分散能力而引起油老化。然后由此有时急剧地恶化用于发动机无干扰运行的各种油的这些必要的性能。一种增高了的粘度例如在起动过程时具有将油延迟运送到各润滑点的后果，由此出现磨损的上升。各种分散添加剂的消耗具有的后果在于。恶化用于使各发动机保持清洁的，尤其在各像活塞环/槽和燃焰小道(stege)范围中的各关键润滑点上保持清洁的各种油的能力，以及在防止阀门和阀动装置上沉积形成方面的恶化。因此值得追求的是，连续或以各短的时间间隔，意即在内燃机运行期间一次或多次掌握在发动机运行过程中必然出现的发动机油各种性能的恶化。直到今天都还未成功地开发油位分析用的各种可靠的探测器，在此对于在发动机中的发动机油较长的运行，尤其是在各固定的发动机上，一种在机分析，意即直接在发动机上分析是必要的。迄今已开发了极其不同的各种油传感器，这些油传感器尤其探测粘度、TAN(总酸值)或油位。在此一个特别的困难是在一个和同一个内燃机上采用各种不同的油，以及对这些所探测性能的各种不同老化影响的补偿。因此例如由US-A 4,675,662和4,721,874，EP 527176 B和JPN.Appl.Phys.(日本应用物理)1993，公开了声学板式粘度传感器，采用了随着油的老化而改变的粘度作为油状况用的测量值。这一点经石英振荡器的声持续时间的改变，相移或经自振频率变化来实现。在此成问题的是一方面常常缺乏在机进行测量的可能性，而另一方面相对于“各分解产物的结合”(只要这些分解物不沉淀为污泥，此结合提高粘度)成问题的是这些可能相反进行的效应“发动机油的分解和通过燃料的稀释”，其降低了粘度。从在机测量用的基本原理上看此TAN或者甚至TBN(总碱度)是不适合的，因为老化油在此是用KOH滴定的。例如象从SAE 910 497，SAE 962 112，US-A 4,675,662，4,792,791和5,200,027公开的各种新的考虑在这里示出各种有益的解决方案，这些解决方案例如用各电容传感器，离子迁移或电位差的测量，用各电化学固体电池和用各腐蚀传感器工作。这些解决方案的考虑一部分是不准确的，还太大和太重，或者需要根本上不受欢迎的一种消耗构件。此外还公开了各种数学模型(SAE 870 403)和各种HC废气传感器(DE 42 35 225)，这些HC废气传感器迄今还未取得突破。甚至各种油位传感器是少有合适的，因为例如在通过各燃料的发动机油强烈稀释时这些油位传感器失灵。在由F.L.Dickert，P.Forth，P.Lieberzeit，M.Tortchanoff，W.-E.Bulst，U.Knauer和G.Fischerauer在“传感器97”第8届国际博览会，纽伦堡，1997，上发表的，“化学敏感涂层的分子印痕-传感器设计和制造的各种新战略”中详述在各气体中，如同在各液体中那样的质量敏感传感技术用的一种分子印记。本专利技术的任务在于，提出也能在机地在内燃机上进行各种测量的一种传感器，在此该传感器应在很大程度上可靠而无干扰地确定油的老化。在开始时所述的传感器上用权利要求21特征部分的特征解决本专利技术的任务。按权利要求1，4和/或7的这些应用以及按权利要求27至29的方法示出本专利技术的各其它解决办法。这些从属权利要求示出了用其可实施各特别有利传感器的传感器各种应用的以及油质量测定的各种优先的实施形式。当以下涉及一个层、一个表面、一个体积或一种材料时，按意思此关系适用于此整个组以及适用于本专利技术的所有应用、方法和传感器。在此层的情况下涉及每一个衬底固定连接的一种材料。分析物的按本专利技术的确定通常不仅是定性的，而且特别是至少半定量的。这就是说，随着分析物的确定也进行分析物的一种准确的或估计的浓度确定或数量确定。在定性确定时有时与一种数学方法(例如时间过程)相结合，可将达到此确定阈值引用来用于(换油)的传信。按本专利技术此传感器原则上可使用于在其中进行着成分的物质改变的所有液体中，意即在这些液体中至少一个组份增加或减少。优先采用此传感器于表征一种复杂的液体，意即使用在含有从结构和数量方面多个未知组分的一种液体中，在此尤其是大多不存在液体确切成份的可重复性，例如因为通过各种影响的(不可全面掌握的)多样性决定了液体的成份。此传感器完全特别有利地在一种含油的液体中，优先在含有至少达30％的和尤其至少达50％油的一种液体中得到应用。除此油之外还可能存在着有时也能由传感器识别的不同的其它组分。此传感器是优先按油的在油(或液体)使用过程中减少的一个或多个组成部分设计的；按液体一个或多个组成部分的增加来设计传感器却也是可能的。例如在随着油老化增长着的酸度情况下存在着这样一种增加，意即也可确定各酸性化合物的增加。此传感器有利地是按液体的一个或多个主要组份设计的，意即按关系到液体的，例如油成份的主要重量份额的这样的各种组分来设计。在发动机油老化时的这些上述的酸性改变是在红外光谱上可验证的。因此图8中的老化油红外光谱相对于新油红外光谱，明显地示出在3353cm-1上的源自各醇和有机酸的各羟基组的各吸收光谱带。此外此老化油光谱含有在1159cm-1上的一个醇光谱带(各醇的，尤其是第三或第二的各C-C-O晶格振动-但是也可能是一种P＝0的拉伸振动)，并且含有在1730cm-1上的(C＝0光谱带)和在1277或1241cm-1上的(各-C-O拉伸振动)的各酸光谱带。(文献引语各有机分子红外和喇曼特征频率手册-Daimay Lien-Vien及其他人著，AcademicPress(学术快报)1991.)。在红外光谱上，相对于各羧基物分组的或各羧基分组的这些强化的C＝0光谱带的油中酸性的这些改变，如它们在1608/1630/1730/1769cm-1上可识别的那样，是特别明显地可验证的。与开始时各所述传感器相反，在按本专利技术的测量时采用可以重复地贮入和放出液体的至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有一个敏感层的一种传感器的应用，用于通过测定该敏感层的重量改变来确定一种液相中的分析物，此敏感层拥有与至少一种分析物适配的一个表面和／或与至少一种分析物适配的一种层体，此表面或此层体相应于此分析物对此层存在的亲和力是特别适合于分析物专门地重复贮入和放出此分析物的。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：F迪克尔特，P福尔斯，P利贝尔蔡特，G沃伊格特，KD马夸尔德特，
申请(专利权)人：大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]