油液监测技术在整车耐久性试验中的意义及应用

何厚来　谢江

摘 要：汽车作为现代生活的重要出行工具，油液是汽车的血液，其运行状态直接影响汽车的整体性能及使用寿命。在汽车耐久性试验过程中，通过监测油液的指标变化能直接反映汽车相应系统的运行状态，判断其磨损程度，预测及分析故障。本文以油液监测技术为核心，分析其在汽车耐久性试验中的意义及应用，旨在推动油液监测技术在汽车耐久性试验中的应用，促使耐久性试验朝更准确、更精细、更全面的方向发展。

关键词：油液监测（OCM） 油液检测 耐久性

汽车是由成千上万种零部件组合而成的复杂组合体，关系到用户的生命安全，为确保产品的质量，在产品中开发过程各系统必须经过充分的验证;耐久性试验是整车开发验证过程中的重要环节，通过整车耐久性试验，全面发掘产品的各类缺陷，是保障产品质量的关键;为了掌握试验车辆的状态变化趋势，需要依托各类有效的监测方法，如持续的外观检查、功能性检查，各类项目性能检测，各种材料的老化、各运动副的噪声变化，油液监测等。油液监测技术目前在整车耐久性试验还鲜有应用，基于此，笔者结合自身工作的实践经验，就油液监测技术在整车耐久试验过程中的意义及应用展开讨论。

1 油液监测技术发展简述

油液监测技术是通过分析被监测机器的润滑剂的性能变化、成分以及携带的磨损微粒的情况，获得机器的润滑和磨损状态的信息，评价机器的运行工况和预测故障，并确定故障原因及类型的技术[1]。油液监测的基础是油液检测，通过一系列的检测数据的处理与分析， 结合符合其发展规律的算法建立计算机数据处理系统，及时预报潜在的故障，准确反映设备的运行状态。

油液监测最初应用于污染分析，主要是检测分析润滑剂的理化指标如粘度、水分、酸值、闪点、机械杂质等，以评价其质量及性能的变化，进而监测机械的运行状态。工业化生产的发展使机器越来越复杂化，机器的运行监测及故障诊断技术应运而生。60年代中期，油液颗粒自动计数器研制成功，由此产生了油液监测颗粒计数法，由此可获得一个数字化的分析结果，用于评价取样油品的污染程度。70年代初，铁谱技术问世，可以全面地分析顆粒的浓度、尺寸分布、形貌和成分，因而丰富了油液监测中颗粒分析的内涵，并产生了“微粒摩擦学”的概念。80年代起，红外光谱仪逐渐应用于检测在油液中各类添加剂残留和污染物包括水、氧化产物、以及未燃烧的燃料，从而反映油液的变质情况。进入90年代以后，利用气相色谱和质谱仪等技术可以快速测定油液的组分变化，并实现检测自动化。现代油液监测技术的发展突飞猛进，其分析方法在不断增加，从油液中获取的信息也在逐渐扩充[1]。

2 油液监测技术在整车耐久试验上主要检测指标及意义

2.1 颗粒计数

发动机机油的清洁程度，是分析发动机润滑系统效果、判断发动机内部磨损状态的一个关键测试指标。颗粒含量是其清洁度的直接体现，当颗粒计数的数值增加，或者颗粒的大小、形态发生变化时，应用油液检测技术可以分析出变化的原因。如PLD-0201油液颗粒度分析仪，不仅可以计算粒子数，还可以生成ISO 4406或SAE AS4059报告，还提供有关粒子来源的更多细节信息。例如，通过分析铁谱可以发现这些颗粒的磨损模式和潜在的磨损来源，分析运动副的润滑及磨损程度，预测磨损趋势及故障[2]。

2.2 运动粘度

运动粘度指的是流体在重力作用下流动的阻力。润滑油必须具有合适的流动性，以确保在不同的工作温度下，对相应的部件提供足够的润滑。润滑油的粘度取决于润滑油的等级，以及在使用过程中的氧化和污染程度。运动粘度会直接影响发动机的运行效率，磨损速度，粘度过高导致油耗大幅增加，粘度的变化也是油耗分析的一项重要依据。

2.3 总酸值

总酸值（TAN）用来指示润滑油的相对酸度。通过总酸值可以看出润滑油的氧化程度，OEM设备或润滑油供应商经常会用到该参数。当给定的润滑油的TAN值达到预设的水平时，通常预示着需要更换润滑油了。TAN的突然上升预示着发动机的异常运转 （如存在局部过热），这也侧面反应发动机冷却系统的效能及散热系统的匹配水平。

以上是油液检测的一些重要指标，此外，还有金属盐、氧化物、硝化度、含水量，元素光谱等指标，都具有重要的参考意义。随着现代测量技术的发展，已经实现油液的即时检测，甚至自动化检测，如普洛帝的PLD系列，亚太光电等系列检测设备。在耐久性试验中，油液检测可以穿插在车辆的维护环节中进行，便于快速收集数据，同时不影响试验效率。

3 油液监测技术在整车耐久试验中的应用前景

在汽车耐久性试验类别中，如主要的常规耐久性试验，动力总成可靠性试验、区域适应性试验等试验的里程往往在3万公里以上甚至更长。在耐久性试验过程中，能否及时发现故障，准确识别故障直接关系到试验质量[3]。油液监测技术的应用，可以更准确、更早的发现，预测及分析故障;同时可以验证各类油液的性能是否满足设计标准。以下简要列举油液监测技术在耐久性试验中的主要实际应用：

3.1 监控发动机、变速器的磨合以及运行状态

磨合是各类动力总成进行性能测试前的一项重要准备过程，磨合的效果对各动力总成甚至整车的性能的测试结果有重要的影响。如何检测及评价磨合后动力总成的运行状态呢，在不拆解的条件下目前无法通过设备进行直接检测，目前多数汽车主机厂家的磨合要求均是以行驶里程为标准，因为汽车的运行工况极其复杂，不同行驶工况会导致磨合的效果也会存在巨大差异。通过油液监测技术则可以准确检测磨合后的机油状态，从而判断动力总成的运行状态。通过颗粒计数指标可以对比清洁度，利用分析铁谱技术检测颗粒物的大小，形态，可以分析出动力总成当前的运行状态。此外，通过运动粘度、总酸值、氧化物等指标的变化，对于分析动力总成的振动、油耗，发动机内部是否存在局部过热等项目具有重要的意义。例如，在分析曲轴轴瓦磨损，凸轮轴外廓面磨损，机油泵磨损等故障现象中，油液的监测数据就具有重要分析意义，可以避免在耐久性试验后期的发动机拆检环节发现故障，却缺少事实依据的困窘。

3.2 监测发动机润滑油、变速器润滑油、减速器润滑油的状态及性能变化

汽车产品需要不断更新迭代，其使用的各类润滑油型号也会不断扩展。那么，如何对润滑油的质量进行验证呢，如何确保在车辆的保养周内，发动机、变速器/减速器的润滑油的性能满足设计要求。如果仅主观以汽车的运行状态、其总成的功能性来判断新的润滑油的是否满足使用标准，这显然是不符合试验的宗旨的，尤其是润滑油新供应商的引入。借助油液监测技术，可以准确测量出油液在耐久性试验过程中，各项指标及性能随试验里程的持续变化，可以直接判断选择的润滑油型号是否合理，确认润滑油的润滑性能的衰减速度，污染程度，从而推测油品合适的更换周期。如分析发动机润滑油乳化、自动变速器内离合器异常磨损等此类故障，通过油液检测可以更早地发现故障;对于发动机曲轴油封、变速器端面油封失效类故障，油液的指示及性能也是一项重要的分析依据。

3.3 监测发动机冷却液、制动液的状态变化

发动机冷却液、制动液都属于更换周期较长的油液，更换间隔一般在40000km以上。在耐久性试验中，随试验里程的增长，经常会出现冷却液的颜色逐渐变淡、储存冷却液的膨胀箱内表面有1层附着物，这时候冷却液的比热容、沸点等重要指标已经发生变化。制动液在试验期间外观不会出现明显变化，但由于制动液具有较强吸水特性，且制动液壶并非密封结构，因此制动液含水量会逐渐变大;含水量增加会导致制动液在制动过程因受热产生气泡，进而影响制动性能。应用油液监测技术，在更换周期内对冷却液、制动液进行监测，就可以随时掌握其成分及性能变化，验证也更为充分。

3.4 空气净化装置效能检测

空气本质上是一种气相液，因此油液监测技术也可以应用于空气质量检测。现在越来越多的车辆配备空气净化装置、PM2.5监测等功能，大幅改善了车内空气质量。但人们无法通过感官辨别空气质量的变化，检查人员也无法判断空气净化装置的运行效果，甚至空气净化装置是否正常工作。借助油液监测技术，通过颗粒计数就可以检验空气净化装置的工作效能，监测其净化效能在耐久性试验中的衰减速度。如普洛帝的DPC系列汽車粒子计数器，已经可以实现粉尘、有毒气体如CO、甲醛等含量的即时检测。

4 结语

综上所述，利用油液监测技术可以监测动力总成的运行状态，检测汽车各类油液的状态变化，在整车耐久性试验中的具有重要的意义。在整车耐久试验中引入油液监测技术，可以有效提升耐久性试验的相关的检测能力、进一步提高验证的准确性，有助于建设更全面、更精细的耐久验证体系，促进整车产品质量的持续提升。

参考文献：

[1]严新平;谢友柏;萧汉梁.油液监测技术的研究与发展方向.武汉交通科技大学，1997，1004-123X.

[2]刘玉梅. 车用润滑油在线监测方法与监测系统.吉林大学工报，2009 ，1671-5497

[3]王继.汽车耐久性试验 [J]. 硅谷，2011（03）.181-196.