油液監(jiān)測(cè)技術(shù)在整車耐久性試驗(yàn)中的意義及應(yīng)用

何厚來(lái)　謝江

摘 要：汽車作為現(xiàn)代生活的重要出行工具，油液是汽車的血液，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響汽車的整體性能及使用壽命。在汽車耐久性試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)油液的指標(biāo)變化能直接反映汽車相應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，判斷其磨損程度，預(yù)測(cè)及分析故障。本文以油液監(jiān)測(cè)技術(shù)為核心，分析其在汽車耐久性試驗(yàn)中的意義及應(yīng)用，旨在推動(dòng)油液監(jiān)測(cè)技術(shù)在汽車耐久性試驗(yàn)中的應(yīng)用，促使耐久性試驗(yàn)朝更準(zhǔn)確、更精細(xì)、更全面的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：油液監(jiān)測(cè)（OCM） 油液檢測(cè) 耐久性

汽車是由成千上萬(wàn)種零部件組合而成的復(fù)雜組合體，關(guān)系到用戶的生命安全，為確保產(chǎn)品的質(zhì)量，在產(chǎn)品中開(kāi)發(fā)過(guò)程各系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)充分的驗(yàn)證;耐久性試驗(yàn)是整車開(kāi)發(fā)驗(yàn)證過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)整車耐久性試驗(yàn)，全面發(fā)掘產(chǎn)品的各類缺陷，是保障產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵;為了掌握試驗(yàn)車輛的狀態(tài)變化趨勢(shì)，需要依托各類有效的監(jiān)測(cè)方法，如持續(xù)的外觀檢查、功能性檢查，各類項(xiàng)目性能檢測(cè)，各種材料的老化、各運(yùn)動(dòng)副的噪聲變化，油液監(jiān)測(cè)等。油液監(jiān)測(cè)技術(shù)目前在整車耐久性試驗(yàn)還鮮有應(yīng)用，基于此，筆者結(jié)合自身工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就油液監(jiān)測(cè)技術(shù)在整車耐久試驗(yàn)過(guò)程中的意義及應(yīng)用展開(kāi)討論。

1 油液監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)述

油液監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過(guò)分析被監(jiān)測(cè)機(jī)器的潤(rùn)滑劑的性能變化、成分以及攜帶的磨損微粒的情況，獲得機(jī)器的潤(rùn)滑和磨損狀態(tài)的信息，評(píng)價(jià)機(jī)器的運(yùn)行工況和預(yù)測(cè)故障，并確定故障原因及類型的技術(shù)[1]。油液監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)是油液檢測(cè)，通過(guò)一系列的檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析， 結(jié)合符合其發(fā)展規(guī)律的算法建立計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，及時(shí)預(yù)報(bào)潛在的故障，準(zhǔn)確反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

油液監(jiān)測(cè)最初應(yīng)用于污染分析，主要是檢測(cè)分析潤(rùn)滑劑的理化指標(biāo)如粘度、水分、酸值、閃點(diǎn)、機(jī)械雜質(zhì)等，以評(píng)價(jià)其質(zhì)量及性能的變化，進(jìn)而監(jiān)測(cè)機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)。工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展使機(jī)器越來(lái)越復(fù)雜化，機(jī)器的運(yùn)行監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。60年代中期，油液顆粒自動(dòng)計(jì)數(shù)器研制成功，由此產(chǎn)生了油液監(jiān)測(cè)顆粒計(jì)數(shù)法，由此可獲得一個(gè)數(shù)字化的分析結(jié)果，用于評(píng)價(jià)取樣油品的污染程度。70年代初，鐵譜技術(shù)問(wèn)世，可以全面地分析顆粒的濃度、尺寸分布、形貌和成分，因而豐富了油液監(jiān)測(cè)中顆粒分析的內(nèi)涵，并產(chǎn)生了“微粒摩擦學(xué)”的概念。80年代起，紅外光譜儀逐漸應(yīng)用于檢測(cè)在油液中各類添加劑殘留和污染物包括水、氧化產(chǎn)物、以及未燃燒的燃料，從而反映油液的變質(zhì)情況。進(jìn)入90年代以后，利用氣相色譜和質(zhì)譜儀等技術(shù)可以快速測(cè)定油液的組分變化，并實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化?，F(xiàn)代油液監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，其分析方法在不斷增加，從油液中獲取的信息也在逐漸擴(kuò)充[1]。

2 油液監(jiān)測(cè)技術(shù)在整車耐久試驗(yàn)上主要檢測(cè)指標(biāo)及意義

2.1 顆粒計(jì)數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的清潔程度，是分析發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)效果、判斷發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部磨損狀態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵測(cè)試指標(biāo)。顆粒含量是其清潔度的直接體現(xiàn)，當(dāng)顆粒計(jì)數(shù)的數(shù)值增加，或者顆粒的大小、形態(tài)發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)用油液檢測(cè)技術(shù)可以分析出變化的原因。如PLD-0201油液顆粒度分析儀，不僅可以計(jì)算粒子數(shù)，還可以生成ISO 4406或SAE AS4059報(bào)告，還提供有關(guān)粒子來(lái)源的更多細(xì)節(jié)信息。例如，通過(guò)分析鐵譜可以發(fā)現(xiàn)這些顆粒的磨損模式和潛在的磨損來(lái)源，分析運(yùn)動(dòng)副的潤(rùn)滑及磨損程度，預(yù)測(cè)磨損趨勢(shì)及故障[2]。

2.2 運(yùn)動(dòng)粘度

運(yùn)動(dòng)粘度指的是流體在重力作用下流動(dòng)的阻力。潤(rùn)滑油必須具有合適的流動(dòng)性，以確保在不同的工作溫度下，對(duì)相應(yīng)的部件提供足夠的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油的粘度取決于潤(rùn)滑油的等級(jí)，以及在使用過(guò)程中的氧化和污染程度。運(yùn)動(dòng)粘度會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，磨損速度，粘度過(guò)高導(dǎo)致油耗大幅增加，粘度的變化也是油耗分析的一項(xiàng)重要依據(jù)。

2.3 總酸值

總酸值（TAN）用來(lái)指示潤(rùn)滑油的相對(duì)酸度。通過(guò)總酸值可以看出潤(rùn)滑油的氧化程度，OEM設(shè)備或潤(rùn)滑油供應(yīng)商經(jīng)常會(huì)用到該參數(shù)。當(dāng)給定的潤(rùn)滑油的TAN值達(dá)到預(yù)設(shè)的水平時(shí)，通常預(yù)示著需要更換潤(rùn)滑油了。TAN的突然上升預(yù)示著發(fā)動(dòng)機(jī)的異常運(yùn)轉(zhuǎn) （如存在局部過(guò)熱），這也側(cè)面反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的效能及散熱系統(tǒng)的匹配水平。

以上是油液檢測(cè)的一些重要指標(biāo)，此外，還有金屬鹽、氧化物、硝化度、含水量，元素光譜等指標(biāo)，都具有重要的參考意義。隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)油液的即時(shí)檢測(cè)，甚至自動(dòng)化檢測(cè)，如普洛帝的PLD系列，亞太光電等系列檢測(cè)設(shè)備。在耐久性試驗(yàn)中，油液檢測(cè)可以穿插在車輛的維護(hù)環(huán)節(jié)中進(jìn)行，便于快速收集數(shù)據(jù)，同時(shí)不影響試驗(yàn)效率。

3 油液監(jiān)測(cè)技術(shù)在整車耐久試驗(yàn)中的應(yīng)用前景

在汽車耐久性試驗(yàn)類別中，如主要的常規(guī)耐久性試驗(yàn)，動(dòng)力總成可靠性試驗(yàn)、區(qū)域適應(yīng)性試驗(yàn)等試驗(yàn)的里程往往在3萬(wàn)公里以上甚至更長(zhǎng)。在耐久性試驗(yàn)過(guò)程中，能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，準(zhǔn)確識(shí)別故障直接關(guān)系到試驗(yàn)質(zhì)量[3]。油液監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以更準(zhǔn)確、更早的發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)及分析故障;同時(shí)可以驗(yàn)證各類油液的性能是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。以下簡(jiǎn)要列舉油液監(jiān)測(cè)技術(shù)在耐久性試驗(yàn)中的主要實(shí)際應(yīng)用：

3.1 監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器的磨合以及運(yùn)行狀態(tài)

磨合是各類動(dòng)力總成進(jìn)行性能測(cè)試前的一項(xiàng)重要準(zhǔn)備過(guò)程，磨合的效果對(duì)各動(dòng)力總成甚至整車的性能的測(cè)試結(jié)果有重要的影響。如何檢測(cè)及評(píng)價(jià)磨合后動(dòng)力總成的運(yùn)行狀態(tài)呢，在不拆解的條件下目前無(wú)法通過(guò)設(shè)備進(jìn)行直接檢測(cè)，目前多數(shù)汽車主機(jī)廠家的磨合要求均是以行駛里程為標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槠嚨倪\(yùn)行工況極其復(fù)雜，不同行駛工況會(huì)導(dǎo)致磨合的效果也會(huì)存在巨大差異。通過(guò)油液監(jiān)測(cè)技術(shù)則可以準(zhǔn)確檢測(cè)磨合后的機(jī)油狀態(tài)，從而判斷動(dòng)力總成的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)指標(biāo)可以對(duì)比清潔度，利用分析鐵譜技術(shù)檢測(cè)顆粒物的大小，形態(tài)，可以分析出動(dòng)力總成當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。此外，通過(guò)運(yùn)動(dòng)粘度、總酸值、氧化物等指標(biāo)的變化，對(duì)于分析動(dòng)力總成的振動(dòng)、油耗，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部是否存在局部過(guò)熱等項(xiàng)目具有重要的意義。例如，在分析曲軸軸瓦磨損，凸輪軸外廓面磨損，機(jī)油泵磨損等故障現(xiàn)象中，油液的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就具有重要分析意義，可以避免在耐久性試驗(yàn)后期的發(fā)動(dòng)機(jī)拆檢環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)故障，卻缺少事實(shí)依據(jù)的困窘。

3.2 監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油、變速器潤(rùn)滑油、減速器潤(rùn)滑油的狀態(tài)及性能變化

汽車產(chǎn)品需要不斷更新迭代，其使用的各類潤(rùn)滑油型號(hào)也會(huì)不斷擴(kuò)展。那么，如何對(duì)潤(rùn)滑油的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證呢，如何確保在車輛的保養(yǎng)周內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器/減速器的潤(rùn)滑油的性能滿足設(shè)計(jì)要求。如果僅主觀以汽車的運(yùn)行狀態(tài)、其總成的功能性來(lái)判斷新的潤(rùn)滑油的是否滿足使用標(biāo)準(zhǔn)，這顯然是不符合試驗(yàn)的宗旨的，尤其是潤(rùn)滑油新供應(yīng)商的引入。借助油液監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以準(zhǔn)確測(cè)量出油液在耐久性試驗(yàn)過(guò)程中，各項(xiàng)指標(biāo)及性能隨試驗(yàn)里程的持續(xù)變化，可以直接判斷選擇的潤(rùn)滑油型號(hào)是否合理，確認(rèn)潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能的衰減速度，污染程度，從而推測(cè)油品合適的更換周期。如分析發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油乳化、自動(dòng)變速器內(nèi)離合器異常磨損等此類故障，通過(guò)油液檢測(cè)可以更早地發(fā)現(xiàn)故障;對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸油封、變速器端面油封失效類故障，油液的指示及性能也是一項(xiàng)重要的分析依據(jù)。

3.3 監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液、制動(dòng)液的狀態(tài)變化

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液、制動(dòng)液都屬于更換周期較長(zhǎng)的油液，更換間隔一般在40000km以上。在耐久性試驗(yàn)中，隨試驗(yàn)里程的增長(zhǎng)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)冷卻液的顏色逐漸變淡、儲(chǔ)存冷卻液的膨脹箱內(nèi)表面有1層附著物，這時(shí)候冷卻液的比熱容、沸點(diǎn)等重要指標(biāo)已經(jīng)發(fā)生變化。制動(dòng)液在試驗(yàn)期間外觀不會(huì)出現(xiàn)明顯變化，但由于制動(dòng)液具有較強(qiáng)吸水特性，且制動(dòng)液壺并非密封結(jié)構(gòu)，因此制動(dòng)液含水量會(huì)逐漸變大;含水量增加會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)液在制動(dòng)過(guò)程因受熱產(chǎn)生氣泡，進(jìn)而影響制動(dòng)性能。應(yīng)用油液監(jiān)測(cè)技術(shù)，在更換周期內(nèi)對(duì)冷卻液、制動(dòng)液進(jìn)行監(jiān)測(cè)，就可以隨時(shí)掌握其成分及性能變化，驗(yàn)證也更為充分。

3.4 空氣凈化裝置效能檢測(cè)

空氣本質(zhì)上是一種氣相液，因此油液監(jiān)測(cè)技術(shù)也可以應(yīng)用于空氣質(zhì)量檢測(cè)?，F(xiàn)在越來(lái)越多的車輛配備空氣凈化裝置、PM2.5監(jiān)測(cè)等功能，大幅改善了車內(nèi)空氣質(zhì)量。但人們無(wú)法通過(guò)感官辨別空氣質(zhì)量的變化，檢查人員也無(wú)法判斷空氣凈化裝置的運(yùn)行效果，甚至空氣凈化裝置是否正常工作。借助油液監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)顆粒計(jì)數(shù)就可以檢驗(yàn)空氣凈化裝置的工作效能，監(jiān)測(cè)其凈化效能在耐久性試驗(yàn)中的衰減速度。如普洛帝的DPC系列汽車粒子計(jì)數(shù)器，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)粉塵、有毒氣體如CO、甲醛等含量的即時(shí)檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用油液監(jiān)測(cè)技術(shù)可以監(jiān)測(cè)動(dòng)力總成的運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)汽車各類油液的狀態(tài)變化，在整車耐久性試驗(yàn)中的具有重要的意義。在整車耐久試驗(yàn)中引入油液監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以有效提升耐久性試驗(yàn)的相關(guān)的檢測(cè)能力、進(jìn)一步提高驗(yàn)證的準(zhǔn)確性，有助于建設(shè)更全面、更精細(xì)的耐久驗(yàn)證體系，促進(jìn)整車產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提升。

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