一種便攜式濾紙油斑快速制成裝置

張峰,萬(wàn)書(shū)曉,張晨龍,王成功

(1.廣研得孚科技發(fā)展(深圳)有限公司，廣東 深圳 518131;2.深圳市先波科技有限公司，廣東 深圳 518131；3.中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，遼寧 大連 116032)

一種便攜式濾紙油斑快速制成裝置

張峰1,2,萬(wàn)書(shū)曉1,張晨龍2,王成功3

(1.廣研得孚科技發(fā)展(深圳)有限公司，廣東 深圳 518131;2.深圳市先波科技有限公司，廣東 深圳 518131；3.中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，遼寧 大連 116032)

文章基于《ASTM D7899-2013在用發(fā)動(dòng)機(jī)油分散性能油斑試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法》，開(kāi)發(fā)了一種新型的便攜式濾紙油斑快速制成裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置制成的油斑濾紙樣片，配合內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)圖例和對(duì)應(yīng)的專家判斷系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確評(píng)判在用發(fā)動(dòng)機(jī)油的分散性和質(zhì)量衰變情況，從而判斷潤(rùn)滑油的更換時(shí)機(jī)，簡(jiǎn)單直觀，具有很好的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)性。

濾紙油斑；換油周期；質(zhì)量衰變；分散性評(píng)估；斑點(diǎn)法

0 引言

目前大家極為關(guān)注汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)油的更換時(shí)間或里程問(wèn)題。對(duì)于換油時(shí)間的確定，最好的科學(xué)方法當(dāng)然是取在用油樣送到合格的實(shí)驗(yàn)室做化驗(yàn)，測(cè)試包括黏度、堿值、硝化值、酸值、水分等項(xiàng)目來(lái)評(píng)定機(jī)油能否再繼續(xù)使用。由于借助專業(yè)的儀器操作復(fù)雜，結(jié)果嚴(yán)重滯后和費(fèi)用制約導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)可操作性差，大家只好按照車(chē)原廠和4S店的建議，設(shè)定其行駛5000 km或10000 km換油，這屬于一個(gè)無(wú)奈的辦法。濾紙斑點(diǎn)試驗(yàn)方法，是分析判斷在用潤(rùn)滑油污染程度、質(zhì)量衰變情況的一種現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)試方法，在無(wú)全套油品化驗(yàn)測(cè)試手段時(shí)，能夠監(jiān)測(cè)和確定換油時(shí)機(jī)[1-2]。本文通過(guò)對(duì)已發(fā)布的濾紙斑點(diǎn)試驗(yàn)方法的分析，基于《ASTM D7899-2013在用發(fā)動(dòng)機(jī)油分散性能油斑試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法》的制樣過(guò)程規(guī)定，研發(fā)了一種快速濾紙油斑制作方法及簡(jiǎn)單便攜的快速濾紙油斑制作裝置，并配合ASTM D7899-2013的標(biāo)準(zhǔn)油斑和分析結(jié)論建立了一套對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)易專家分析診斷系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)ASTM D7899-2013標(biāo)準(zhǔn)方法的現(xiàn)場(chǎng)便攜、簡(jiǎn)單快速可靠的應(yīng)用。

1 油斑試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法綜述

1.1 GB/T 8030-1987《潤(rùn)滑油現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)法》 和GB/T 7607-87《機(jī)油換油指標(biāo)》

目前，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)被廢止，究其原因就是標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)油斑的培養(yǎng)沒(méi)有嚴(yán)格意義上的定義，可參考的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)油斑圖例少以及分類判斷過(guò)于簡(jiǎn)單；另外油斑形成時(shí)間很長(zhǎng)也減弱了現(xiàn)場(chǎng)的可操作性。也就是說(shuō)，盡管這種方法簡(jiǎn)單直觀，具有很好的科學(xué)性和現(xiàn)場(chǎng)操作性，但其科學(xué)性被模糊的濾紙油斑制成方法所掩蓋，導(dǎo)致廢止。

為滿足現(xiàn)場(chǎng)快速應(yīng)用、減少油斑濾紙的制樣時(shí)間成了行業(yè)內(nèi)亟待解決的問(wèn)題。為在較短的時(shí)間內(nèi)滿足樣油在濾紙上的完全擴(kuò)散，大多數(shù)人采用了烘箱進(jìn)行烘干加速的方法，雖然減少了濾紙油斑制樣時(shí)間但也增加了濾紙油斑分散的不確定性，且即使如此，濾紙油斑的制樣時(shí)間仍在8～12 h。

1.2 殼牌公司的油斑試驗(yàn)方法

殼牌公司[3-4]發(fā)明的一種減少擴(kuò)散時(shí)間的油斑濾紙制成方法，即把潤(rùn)滑油樣加熱到240 ℃并保溫5 min，然后把2 mL的樣油滴在PAPERGRADE濾紙上讓其擴(kuò)散，再在烘干箱內(nèi)以100 ℃的溫度干燥1 h即完成濾紙油斑的制成。因?yàn)橐话阌推返钠鹗佳趸瘻囟染?00～300 ℃范圍內(nèi)，尤其是240 ℃以上開(kāi)始加速氧化，因此殼牌的濾紙制樣方法，可能改變了車(chē)輛在用潤(rùn)滑油的即時(shí)狀態(tài)，不僅增加了氧化物含量，也可能增加了輕組分的揮發(fā)，由此形成的結(jié)果會(huì)影響油品即時(shí)性能狀態(tài)，即內(nèi)燃機(jī)油老化程度、質(zhì)量衰變情況，測(cè)試精度有所下降，加之制樣過(guò)程長(zhǎng)達(dá)1 h，因此并不適宜推廣使用。

1.3 ASTM D7899-2013《在用發(fā)動(dòng)機(jī)油分散性能油斑試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法》

目前較為成熟的斑點(diǎn)試驗(yàn)方法是測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D7899-2013《在用發(fā)動(dòng)機(jī)油分散性能油斑試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法》，本方法用于評(píng)定柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油和其他發(fā)動(dòng)機(jī)油的分散性非常有效[5-6]，圖1是該實(shí)驗(yàn)方法對(duì)油斑描述在用潤(rùn)滑油分散性的示意圖。本圖中，在用發(fā)動(dòng)機(jī)油滴在濾紙上后，機(jī)油把機(jī)油老化產(chǎn)物包括燃油燃燒煙炱、不溶物、油品氧化漆膜、油泥、金屬磨粒、腐蝕物等攜帶分散在濾紙不同半徑的層面上，表征了機(jī)油的分散性能。

圖1 ASTM D7899-2013實(shí)驗(yàn)方法的描述

ASTM D7899-2013規(guī)定的實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在水平懸空的專用濾紙上滴一滴油樣，然后把濾紙放入80 ℃的烘箱中1 h，油樣在濾紙上擴(kuò)散開(kāi)，濾紙正反面使用LED等照明，在正面使用CCD拍黑白照片，使用軟件分析每一個(gè)像素點(diǎn)，油品的分散性通過(guò)計(jì)算油斑的大小、沉積環(huán)的大小，擴(kuò)散環(huán)與32 mm參比圖樣的透光一致性等表征。

ASTM D7899 -2013 的測(cè)試方法必須有對(duì)應(yīng)的移液槍、烘箱、油斑分散性測(cè)量?jī)x和數(shù)碼相機(jī)等成本較貴體積較大的儀器配套使用，因此成本較高的配套操作儀器和長(zhǎng)達(dá)1 h以上的實(shí)驗(yàn)過(guò)程限制了這個(gè)準(zhǔn)確度高的測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單便攜使用。

2 FWT-GRTF-500測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)和原理

本研究采用的是FWT-GRTF-500型便攜式濾紙油斑快速制成裝置，如圖2所示。本裝置包括烘干模塊、輔助控制模塊和顯示模塊，烘干模塊內(nèi)設(shè)置有用于放置油斑濾紙的烘干腔，實(shí)際使用時(shí)利用加熱片對(duì)其進(jìn)行加熱烘干，烘干腔空間較小、升溫迅速，從而加快油液擴(kuò)散，保障快速完成濾紙油斑的制成，提高制樣效率。烘干溫度控制為70～240 ℃，尤其為100～150 ℃，能夠在較短時(shí)間制成濾紙油斑并最大限度減少烘干過(guò)程中增加的在用油氧化，避免其影響測(cè)試結(jié)果，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

圖2 FWT-GRTF-500濾紙油斑快速制成裝置

本裝置采用的輔助超聲震蕩器。在加熱片進(jìn)行烘干加熱的同時(shí)，采用超聲震蕩器對(duì)油斑濾紙進(jìn)行振蕩，可以使得油斑濾紙表面樣油及各種雜質(zhì)等，隨著油液的浸潤(rùn)而加速向四周擴(kuò)散，進(jìn)一步提高了濾紙油斑樣片的制成速度。

本裝置采用7吋液晶顯示，顯示模塊內(nèi)部存儲(chǔ)有大量的基于ASTM D7899-2013油斑濾紙的標(biāo)準(zhǔn)圖例和對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)易專家判斷系統(tǒng)，實(shí)際使用時(shí)觀察制好的濾紙油斑樣片，并將其與顯示模塊內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)圖例進(jìn)行對(duì)比，找出與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖即可獲得對(duì)應(yīng)的判斷結(jié)果，完成對(duì)油液的分析檢測(cè)。

3 制樣實(shí)驗(yàn)樣片和標(biāo)準(zhǔn)圖樣的對(duì)比分析

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)；不論是殼牌方法還是ASTM D7899-2013對(duì)油斑的制作條件和時(shí)間有著嚴(yán)格的規(guī)定，長(zhǎng)時(shí)間無(wú)限制養(yǎng)成的濾紙油斑擴(kuò)散嚴(yán)重，色澤變淺，不好與標(biāo)準(zhǔn)油斑對(duì)照。采用本裝置油斑制樣時(shí)間規(guī)定在15 min之內(nèi)，這樣制成的油斑與目前國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)油斑樣片有著一致的對(duì)應(yīng)，可以有效的使用并和標(biāo)準(zhǔn)油斑對(duì)照。

3.1 在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油中的應(yīng)用研究

圖3顯示的是采用本裝置制成的第一組船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的濾紙油斑樣片，這是在某型船的同一

個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間采樣制作的濾紙油斑樣片，通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣片和裝置內(nèi)置的專家分析系統(tǒng)得出以下結(jié)論，如表1所示。

圖3 第一組船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的濾紙油斑樣片

樣片通用機(jī)油行駛時(shí)間判斷 1在用機(jī)油150～70h在用油1級(jí),分散性優(yōu)秀2在用機(jī)油2250h左右在用油2級(jí),分散性優(yōu)良3在用機(jī)油3800h以上7級(jí),潤(rùn)滑油失效,盡快更換,以避免設(shè)備磨損

分別把以上三種油樣送標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 中心實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)報(bào)告

注：檢測(cè)結(jié)果僅對(duì)送檢油樣負(fù)責(zé)。

從檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看：在用油1和在用油2所檢理化指標(biāo)正常，設(shè)備未見(jiàn)異常磨損。因此潤(rùn)滑油狀態(tài)良好。在用油3的數(shù)據(jù)證明，被測(cè)潤(rùn)滑油的黏度偏高，閃點(diǎn)偏低；添加劑元素Ca、Zn、P大幅下降；磨損元素有所上升，尤其Na、Ba含量較高；潤(rùn)滑油已經(jīng)失效。

3.2 在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)油中的應(yīng)用研究

圖4顯示的是采用本裝置制成的第二組汽油發(fā)動(dòng)機(jī)油的濾紙油斑樣片，這是不同車(chē)型不同里程更換下來(lái)的潤(rùn)滑油采樣制作的濾紙油斑樣片，通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣片和裝置內(nèi)置的專家分析系統(tǒng)得出以下

結(jié)論，如表3所示。

圖4 第二組汽油發(fā)動(dòng)機(jī)油的濾紙油斑樣片

樣片車(chē)型潤(rùn)滑油行駛里程/km判斷1銳志3.52GR某型號(hào)高性能機(jī)油60006級(jí),潤(rùn)滑油分散性差,即刻更換潤(rùn)滑油2英菲M2742.0T某型號(hào)機(jī)油100004級(jí),潤(rùn)滑油分散性較好,建議1000km后復(fù)查3英菲M2742.0T某型號(hào)機(jī)油80004級(jí),潤(rùn)滑油分散性較好,建議1000km后復(fù)查

樣片1的司機(jī)選用的是市場(chǎng)上宣傳很好的機(jī)油，但是車(chē)主使用了6000 km后發(fā)現(xiàn)車(chē)輛行駛中，發(fā)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)異常，盡管里程不足，也不得不到維修店更換。采用本裝置制作的油斑，判斷為6級(jí)，判定為分散性差，油品老化嚴(yán)重，急需更換潤(rùn)滑油。

樣片2和樣片3測(cè)定的油品，行駛里程8000～10000 km，車(chē)主按照里程換油，使用本裝置制作的油斑，判斷為4級(jí)，潤(rùn)滑油分散性較好，可以繼續(xù)使用。

本研究還對(duì)手動(dòng)變速箱油以及自動(dòng)變速箱油的快速制樣和對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)圖例判斷進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，所得結(jié)論和以上分析一樣。

4 結(jié)論

(1)基于目前標(biāo)準(zhǔn)的濾紙油斑法檢測(cè)在用發(fā)動(dòng)機(jī)油分散性能，由此判定在用潤(rùn)滑油的老化程度的方法是科學(xué)的，可靠的，是分析判斷在用內(nèi)燃機(jī)油污染程度、質(zhì)量衰變情況的一種現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)試方法，適用于在無(wú)全套油品化驗(yàn)測(cè)試手段時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和確定換油時(shí)機(jī)[1]。

(2)采用本裝置快速制作的濾紙油斑，能夠?qū)嶋H反映在用潤(rùn)滑油的真實(shí)老化狀態(tài)。

(3)裝置內(nèi)置的基于目前標(biāo)準(zhǔn)的油斑濾紙標(biāo)準(zhǔn)圖例和對(duì)應(yīng)的專家判斷系統(tǒng)，與實(shí)際使用時(shí)觀察制好的濾紙油斑樣片進(jìn)行對(duì)比，找出與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖例即可獲得對(duì)應(yīng)的判斷結(jié)果，完成對(duì)油液的分析檢測(cè)。

[1]GB/T 7607-87《機(jī)油換油指標(biāo)》[S].

[2]GB/T 8030-1987《潤(rùn)滑油現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)法》[S].

[3]Gerard Abellaneda.PSA Peugeot Citroen Didier Pigeon,AD Systems New Method for Evaluating Lubricant Dispersancy[C].

[4]關(guān)子杰.潤(rùn)滑油與設(shè)備故障診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社,2007.

[5]ASTM D7899 -2013 Standard Test Method for Measuring the Merit of Dispersancy of In-Service Engine Oils with Blotter Spot Method[S].

[6]D7418 Practice for Set-Up and Operation of Fourier TransformInfrared (FT-IR) Spectrometers for In-Service OilCondition Monitoring[S].

A Portable Device for Rapid Filter Paper Blotter Spot Preparation

ZHANG Feng1，2, WAN Shu-xiao1, ZHANG Chen-long2, WANG Cheng-gong3

(1.GRTF Lubechemy International Ltd., Shenzhen 518131, China; 2.Frontwave Technology Co., Ltd,Shenzhen 518131, China; 3.PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China)

In this paper, a new portable device to make filter paper blotter spot instantly was developed on the basis of ASTM D7899-2013 standard which is also named Standard Test Method for Measuring the Merit of Dispersancy of In-Service Engine Oils with Blotter Spot Method. Experiment results indicate that the filter paper blotter spot made by the new portable device can evaluate the dispersancy and quality deterioration of in-service engine oil combining with the inbuilt standard legend and corresponding expert judgment system. The result given by the device is simple and intuitive which can be used to determine the oil drain period and offer good on-site guidance.

filter paper blotter spot; oil change interval; quality deterioration; dispersancy evaluation; spot test

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.04.013

1002- 3119(2017)04- 0061- 04

TE626.3

A

2017-05-16。

張峰，高級(jí)工程師，在職研究生，主要從事在線液相傳感器技術(shù)研究，重點(diǎn)是潤(rùn)滑油污染在線監(jiān)測(cè)傳感器的研發(fā)和應(yīng)用方面，系中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)摩擦學(xué)分會(huì)油液監(jiān)測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)專業(yè)技術(shù)委員，擁有多項(xiàng)發(fā)明專利，發(fā)表過(guò)多篇論文。E-mail:szxianbo@126.com