油液監測技術在整車耐久性試驗中的意義及應用

何厚來　謝江

摘 要：汽車作為現代生活的重要出行工具，油液是汽車的血液，其運行狀態直接影響汽車的整體性能及使用壽命。在汽車耐久性試驗過程中，通過監測油液的指標變化能直接反映汽車相應系統的運行狀態，判斷其磨損程度，預測及分析故障。本文以油液監測技術為核心，分析其在汽車耐久性試驗中的意義及應用，旨在推動油液監測技術在汽車耐久性試驗中的應用，促使耐久性試驗朝更準確、更精細、更全面的方向發展。

關鍵詞：油液監測（OCM） 油液檢測 耐久性

汽車是由成千上萬種零部件組合而成的復雜組合體，關系到用戶的生命安全，為確保產品的質量，在產品中開發過程各系統必須經過充分的驗證;耐久性試驗是整車開發驗證過程中的重要環節，通過整車耐久性試驗，全面發掘產品的各類缺陷，是保障產品質量的關鍵;為了掌握試驗車輛的狀態變化趨勢，需要依托各類有效的監測方法，如持續的外觀檢查、功能性檢查，各類項目性能檢測，各種材料的老化、各運動副的噪聲變化，油液監測等。油液監測技術目前在整車耐久性試驗還鮮有應用，基于此，筆者結合自身工作的實踐經驗，就油液監測技術在整車耐久試驗過程中的意義及應用展開討論。

1 油液監測技術發展簡述

油液監測技術是通過分析被監測機器的潤滑劑的性能變化、成分以及攜帶的磨損微粒的情況，獲得機器的潤滑和磨損狀態的信息，評價機器的運行工況和預測故障，并確定故障原因及類型的技術[1]。油液監測的基礎是油液檢測，通過一系列的檢測數據的處理與分析， 結合符合其發展規律的算法建立計算機數據處理系統，及時預報潛在的故障，準確反映設備的運行狀態。

油液監測最初應用于污染分析，主要是檢測分析潤滑劑的理化指標如粘度、水分、酸值、閃點、機械雜質等，以評價其質量及性能的變化，進而監測機械的運行狀態。工業化生產的發展使機器越來越復雜化，機器的運行監測及故障診斷技術應運而生。60年代中期，油液顆粒自動計數器研制成功，由此產生了油液監測顆粒計數法，由此可獲得一個數字化的分析結果，用于評價取樣油品的污染程度。70年代初，鐵譜技術問世，可以全面地分析顆粒的濃度、尺寸分布、形貌和成分，因而豐富了油液監測中顆粒分析的內涵，并產生了“微粒摩擦學”的概念。80年代起，紅外光譜儀逐漸應用于檢測在油液中各類添加劑殘留和污染物包括水、氧化產物、以及未燃燒的燃料，從而反映油液的變質情況。進入90年代以后，利用氣相色譜和質譜儀等技術可以快速測定油液的組分變化，并實現檢測自動化。現代油液監測技術的發展突飛猛進，其分析方法在不斷增加，從油液中獲取的信息也在逐漸擴充[1]。

2 油液監測技術在整車耐久試驗上主要檢測指標及意義

2.1 顆粒計數

發動機機油的清潔程度，是分析發動機潤滑系統效果、判斷發動機內部磨損狀態的一個關鍵測試指標。顆粒含量是其清潔度的直接體現，當顆粒計數的數值增加，或者顆粒的大小、形態發生變化時，應用油液檢測技術可以分析出變化的原因。如PLD-0201油液顆粒度分析儀，不僅可以計算粒子數，還可以生成ISO 4406或SAE AS4059報告，還提供有關粒子來源的更多細節信息。例如，通過分析鐵譜可以發現這些顆粒的磨損模式和潛在的磨損來源，分析運動副的潤滑及磨損程度，預測磨損趨勢及故障[2]。

2.2 運動粘度

運動粘度指的是流體在重力作用下流動的阻力。潤滑油必須具有合適的流動性，以確保在不同的工作溫度下，對相應的部件提供足夠的潤滑。潤滑油的粘度取決于潤滑油的等級，以及在使用過程中的氧化和污染程度。運動粘度會直接影響發動機的運行效率，磨損速度，粘度過高導致油耗大幅增加，粘度的變化也是油耗分析的一項重要依據。

2.3 總酸值

總酸值（TAN）用來指示潤滑油的相對酸度。通過總酸值可以看出潤滑油的氧化程度，OEM設備或潤滑油供應商經常會用到該參數。當給定的潤滑油的TAN值達到預設的水平時，通常預示著需要更換潤滑油了。TAN的突然上升預示著發動機的異常運轉 （如存在局部過熱），這也側面反應發動機冷卻系統的效能及散熱系統的匹配水平。

以上是油液檢測的一些重要指標，此外，還有金屬鹽、氧化物、硝化度、含水量，元素光譜等指標，都具有重要的參考意義。隨著現代測量技術的發展，已經實現油液的即時檢測，甚至自動化檢測，如普洛帝的PLD系列，亞太光電等系列檢測設備。在耐久性試驗中，油液檢測可以穿插在車輛的維護環節中進行，便于快速收集數據，同時不影響試驗效率。

3 油液監測技術在整車耐久試驗中的應用前景

在汽車耐久性試驗類別中，如主要的常規耐久性試驗，動力總成可靠性試驗、區域適應性試驗等試驗的里程往往在3萬公里以上甚至更長。在耐久性試驗過程中，能否及時發現故障，準確識別故障直接關系到試驗質量[3]。油液監測技術的應用，可以更準確、更早的發現，預測及分析故障;同時可以驗證各類油液的性能是否滿足設計標準。以下簡要列舉油液監測技術在耐久性試驗中的主要實際應用：

3.1 監控發動機、變速器的磨合以及運行狀態

磨合是各類動力總成進行性能測試前的一項重要準備過程，磨合的效果對各動力總成甚至整車的性能的測試結果有重要的影響。如何檢測及評價磨合后動力總成的運行狀態呢，在不拆解的條件下目前無法通過設備進行直接檢測，目前多數汽車主機廠家的磨合要求均是以行駛里程為標準，因為汽車的運行工況極其復雜，不同行駛工況會導致磨合的效果也會存在巨大差異。通過油液監測技術則可以準確檢測磨合后的機油狀態，從而判斷動力總成的運行狀態。通過顆粒計數指標可以對比清潔度，利用分析鐵譜技術檢測顆粒物的大小，形態，可以分析出動力總成當前的運行狀態。此外，通過運動粘度、總酸值、氧化物等指標的變化，對于分析動力總成的振動、油耗，發動機內部是否存在局部過熱等項目具有重要的意義。例如，在分析曲軸軸瓦磨損，凸輪軸外廓面磨損，機油泵磨損等故障現象中，油液的監測數據就具有重要分析意義，可以避免在耐久性試驗后期的發動機拆檢環節發現故障，卻缺少事實依據的困窘。

3.2 監測發動機潤滑油、變速器潤滑油、減速器潤滑油的狀態及性能變化

汽車產品需要不斷更新迭代，其使用的各類潤滑油型號也會不斷擴展。那么，如何對潤滑油的質量進行驗證呢，如何確保在車輛的保養周內，發動機、變速器/減速器的潤滑油的性能滿足設計要求。如果僅主觀以汽車的運行狀態、其總成的功能性來判斷新的潤滑油的是否滿足使用標準，這顯然是不符合試驗的宗旨的，尤其是潤滑油新供應商的引入。借助油液監測技術，可以準確測量出油液在耐久性試驗過程中，各項指標及性能隨試驗里程的持續變化，可以直接判斷選擇的潤滑油型號是否合理，確認潤滑油的潤滑性能的衰減速度，污染程度，從而推測油品合適的更換周期。如分析發動機潤滑油乳化、自動變速器內離合器異常磨損等此類故障，通過油液檢測可以更早地發現故障;對于發動機曲軸油封、變速器端面油封失效類故障，油液的指示及性能也是一項重要的分析依據。

3.3 監測發動機冷卻液、制動液的狀態變化

發動機冷卻液、制動液都屬于更換周期較長的油液，更換間隔一般在40000km以上。在耐久性試驗中，隨試驗里程的增長，經常會出現冷卻液的顏色逐漸變淡、儲存冷卻液的膨脹箱內表面有1層附著物，這時候冷卻液的比熱容、沸點等重要指標已經發生變化。制動液在試驗期間外觀不會出現明顯變化，但由于制動液具有較強吸水特性，且制動液壺并非密封結構，因此制動液含水量會逐漸變大;含水量增加會導致制動液在制動過程因受熱產生氣泡，進而影響制動性能。應用油液監測技術，在更換周期內對冷卻液、制動液進行監測，就可以隨時掌握其成分及性能變化，驗證也更為充分。

3.4 空氣凈化裝置效能檢測

空氣本質上是一種氣相液，因此油液監測技術也可以應用于空氣質量檢測。現在越來越多的車輛配備空氣凈化裝置、PM2.5監測等功能，大幅改善了車內空氣質量。但人們無法通過感官辨別空氣質量的變化，檢查人員也無法判斷空氣凈化裝置的運行效果，甚至空氣凈化裝置是否正常工作。借助油液監測技術，通過顆粒計數就可以檢驗空氣凈化裝置的工作效能，監測其凈化效能在耐久性試驗中的衰減速度。如普洛帝的DPC系列汽車粒子計數器，已經可以實現粉塵、有毒氣體如CO、甲醛等含量的即時檢測。

4 結語

綜上所述，利用油液監測技術可以監測動力總成的運行狀態，檢測汽車各類油液的狀態變化，在整車耐久性試驗中的具有重要的意義。在整車耐久試驗中引入油液監測技術，可以有效提升耐久性試驗的相關的檢測能力、進一步提高驗證的準確性，有助于建設更全面、更精細的耐久驗證體系，促進整車產品質量的持續提升。

參考文獻：

[1]嚴新平;謝友柏;蕭漢梁.油液監測技術的研究與發展方向.武漢交通科技大學，1997，1004-123X.

[2]劉玉梅. 車用潤滑油在線監測方法與監測系統.吉林大學工報，2009 ，1671-5497

[3]王繼.汽車耐久性試驗 [J]. 硅谷，2011（03）.181-196.