一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法与流程

1.本发明属于汽车测试领域，尤其是涉及一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法。


背景技术：

2.发动机润滑油在发动机运行过程中具有润滑、冷却、密封等作用，被称为发动机的“血液”。发动机润滑性能对发动机动力性、热效率和排放及可靠性等具有重要影响。抗氧性是反映发动机润滑油在使用条件下氧化倾向的一项的关键性能，该性能对润滑油换油周期具有决定性的作用。所以，在发动机润滑油规格评价时，抗氧性是一项十分重要的考核项。
3.当前，我国发动机润滑油国家标准等同采用美国api体系。例如，gb11111-2006《柴油机油》最新规格ci-4，对柴油机润滑油抗氧化性考核采用的发动机台架为20年前的技术。对于我国来说，近年来发动机技术朝着高轨压、高爆压、长换油周期的方向取得了很大进步，且基本实现了技术自主化。目前，许多国内高档柴油机润滑油的换油周期已经突破10万公里以上。而ci-4规格的柴油机润滑油换油周期仅约为2.5万公里，远远不能满足当前高档柴油机的使用需求。大量行车试验数据表明，大多数通过ci-4规格认证的柴油机油在长期运行下，会逐渐发生氧化变质、颜色加深、粘度增加，进而失效的现象。所以，提高发动机润滑油抗氧性是满足长换油周期使用需求的重要途径。
4.为了评价发动润滑油的性能，最贴近实际的方法是采用行车试验，大多需要运行10万-20万公里以上，才能达到发动机油氧化变质的“临界点”，进而评价润滑油的抗氧性。但是，行车试验的运行时间和里程过长，耗资巨大，且试验边界条件难以控制，重复性较差。采用发动机台架法，可以真实模拟发动机的使用工况，且在规定的可控环境条件下进行试验，是一种有效评价方法。
5.当前发动机润滑油规格认证台架方法对抗氧性等考核苛刻度显著偏低，造成试验结果区分度低、试验周期长、试验费用高昂等问题。为满足长换油周期发动机润滑油的测试评价需求，亟需开发一种快速的、科学的评价发动机润滑油抗氧性的试验方法。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明旨在提出一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法，以解决背景技术中的至少一个问题。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
8.第一方面本方案公开了一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法，通过执行下述步骤实现：
9.步骤1：对油底壳(1)结构进行改造，减少其储油容积；
10.步骤2：通过万有特性试验，筛选出高热负荷工况作为试验工况；
11.步骤3：通过改变试验工况下发动机排气背压，调整发动机热负荷和机油中烟炱生成速率；完成试验工况下发动机排气压力标定；
12.步骤4：通过改变发动机燃油循环供油量，调整发动机热负荷、机械负荷及机油中烟炱生成速率；完成试验工况下发动机燃油循环供油量标定；
13.步骤5：用待考核的试验润滑油清洗发动机润滑油循环管路；
14.步骤6：加注适量待考核的试验润滑油，并对试验油进行取样及氧化值检测分析；
15.步骤7：正式运行发动机润滑油抗氧性快速评价试验，并开始试验计时；
16.步骤8：每间隔一定时间从发动机中抽取一定量待考核的试验润滑油，进行氧化值、硝化值、运动粘度等理化指标检测分析；
17.步骤9：从试验始点开始绘制待考核试验润滑油的氧化值曲线，如果氧化值缓慢增长，则继续运行台架试验，并按照以上规则取样分析；
18.步骤10：按照步骤8循环往复，直至待考核的试验润滑油氧化值曲线出现突增拐点，结束试验，并记录对应的试验时长。
19.进一步的，第二方面本方案公开了一种步骤2的具体实现过程：
20.步骤2.1：在发动机台架上进行万有特性试验；
21.步骤2.2：根据万有特性试验结果，筛选出主油道机油温度最高的运行工况作为试验工况；
22.进一步的，第三方面本方案公开了一种步骤3的具体实现过程：
23.步骤3.1：在步骤2.2所述的试验工况下运行发动机，并监测发动机缸内爆发压力、压力升高率、缸内最高平均温度和排气温度数据；
24.步骤3.2：在上述的发动机缸内爆发压力、压力升高率、缸内最高平均温度和排气温度监测参数的安全限值内，按照梯度逐步减小发动机排气背压阀开度，提高发动机排气压力。
25.进一步的，第四方面本方案公开了一种步骤4的具体实现过程：
26.步骤4.1：在步骤2.2确定的试验工况及步骤3.2确定的发动机排气压力下运行发动机，并监测发动机缸内爆发压力、压力升高率、缸内最高平均温度和排气温度数据；
27.步骤4.2：采用具有标定功能的上位机软件逐渐提高试验工况区域的循环供油量，直至步骤b1所述的发动机缸内爆发压力、压力升高率、缸内最高平均温度和排气温度监测参数有一项或多项接近发动机安全限值。
28.相对于现有技术，本发明所述的一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法具有以下有益效果：
29.(1)本发明所述的一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法，可在发动机台架上模拟发动润滑油的真实使用工况，实现发动润滑油抗氧性的科学评价；
30.(2)本发明所述的一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法，可大幅减少发动润滑油抗氧性评价试验的样品使用量，节约资源和能源；
31.(3)本发明所述的一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法，可调节发动润滑油抗氧性等性能的衰败速率，根据实际需要调整评价试验的苛刻度；
32.(4)本发明所述的一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法，可大幅缩短发动润滑油抗氧性评价的试验周期，减小长周期评价时试验条件波动造成的误差，有效提高试验结果的准确度和科学性；
33.(5)本发明所述的一种用于快速评价发动机润滑油抗氧性的试验方法，可大幅提
高发动机润滑油抗氧性评价的试验效率，减少人力物力消耗，有效降低试验成本。
附图说明
34.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
35.图1为本发明实施例所述的发动润滑油底壳改造方法示意图。
36.附图标记说明：
37.1-油底壳；2-润滑油吸油盘；3-润滑油液位；4-垫块。
具体实施方式
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
40.本发明专利提出了一种基于发动机台架试验的发动机油抗氧性快速评价方法。为实现发动机油抗氧性的快速评价，需要设计发动机油加速劣化试验。本发明专利包括下述具体步骤：
41.步骤1：低储油量油底壳改造
42.本发明专利提出了一种低储油量油底壳改造方法，以减少发动机内润滑油使用量，达到加速润滑油氧化劣化，且减少试验样品用量的目的。发动机中维持正常运转必需的润滑油仅占具机体总润滑油加注量的1/2或以下，其余润滑油主要是为补充长期运行产生的润滑油损耗，多余润滑油储存在油底壳中。而在发动机台架试验中，过多的润滑油量会稀释逐渐氧化变质的润滑油、减慢润滑油的衰败进程，导致评价试验周期过长。本发明专利提出的油底壳改造具体步骤如下：
43.步骤1.1：拆下发动润滑油底壳。
44.步骤1.2：在油底壳1底部，靠近一面侧壁焊接一个密闭式垫块4。密闭式垫块应避开润滑油吸油盘2位置，密闭性良好，采用高温机油浸泡环境下稳定性高的不锈钢等材质。其大小和位置可根据实际试验需求和具体油底壳结构进行设置。具体要求如附图1所示。
45.步骤1.3：安装油底壳及其它零部件，正常连接发动机及台架附属设备。
46.步骤1.4：加注润滑油，使油底壳内润滑油液位3与改造前保持不变。润滑油加注量按照“润滑油加注量＝原润滑油加注量-润滑油液面下的垫块体积”进行计算。
47.步骤2：高热负荷发动机试验工况筛选
48.本发明专利提出了一种高热负荷试验工况筛选方法，以达到加速润滑油氧化劣化，缩短试验周期。发动机在不同运行工况下的热负荷不同，缸内最高燃烧温度、排气温度、主油道机油温度不同。主油道机油温度越高，润滑油高温氧化速率越快。本发明专利提出的高热负荷试验工况筛选具体步骤如下：
49.步骤2.1：在发动机台架上进行万有特性试验；
50.步骤2.2：根据万有特性试验结果，筛选出主油道机油温度最高的运行工况作为试验工况。
51.例如，表1为采用本发明专利提出的高热负荷试验工况筛选方法得到的试验数据。
从表1中可知，发动机同一转速下，负荷百分比越高，热负荷越大，排气温度及主油道机油温度越高。通过试验数据对比，可以发现在工况8条件下，试验发动机的排气温度和主油道机油温度均达到最高。所以，工况8,转速1800r/min,100％负荷可以作为快速评价发动机润滑油抗氧性的高热负荷试验工况
52.表1发动机高热负荷试验工况筛选试验数据
[0053][0054]
步骤3：发动机高排气压力标定
[0055]
本发明专利提出了一种高排气压力标定方案，以降低发动机换气效率，减少进气量，提高缸内燃空当量比，从而提高缸内燃烧温度和主油道机油温度，加快机油中烟炱生成速率，达到加速润滑油抗氧性试验评价的目的。当前，主流的柴油机均采用稀燃的燃烧技术，柴油燃料可以实现非常充分的燃烧。在此基础上，如果减小进气量，则会增加混合气浓度，提高燃烧放热速率和燃烧温度，增加发动机燃烧系统热负荷，使润滑油抗氧性试验的苛刻度提高。通过标定发动机排气背压的方法，可以间接调节发动机进气量，改变发动机的燃烧温度和排气温度。本发明专利提出的发动机高排气压力标定方案具体步骤如下：
[0056]
步骤3.1：采用经过步骤1改造后的油底壳，在步骤2.2所述试验工况下，采用燃烧分析仪和台架控制系统监测爆发压力、压力升高率、缸内最高平均温度和排气温度等数据；
[0057]
步骤3.2：在爆发压力、压力升高率、缸内最高平均温度和排气温度各项监测参数的安全限值内，按照一定梯度逐步减小背压阀开度，提高排气压力；
[0058]
例如，表2为采用本发明专利提出的排气压力标定方案而得出的试验数据。从表1中可知，试验工况下发动机原机的排气压力为14kpa，缸内最高平均温度为1652℃，排气温度为529℃。采用本发明专利提出的排气压力标定方案后，将排气压力提高至30kpa后，在保证发动机安全运行条件下，缸内最高平均温度和排气温度分别提高了180℃和67℃。发动机的热负荷显著提高，发动润滑油评价试验的苛刻度增加，加速了发动润滑油的高温氧化，大幅缩短了试验周期。
[0059]
表2发动机排气压力标定试验数据
[0060][0061]
步骤4：发动机超负荷燃油循环供油量标定
[0062]
本发明专利提出了一种发动机超负荷燃油循环供油量标定方法，以增加试验工况的发动机燃油循环供油量，提高缸内燃烧温度、排气温度和润滑油温度，达到加速润滑油氧化劣化的目的。正常量产发动机为了保证较高的耐久性和可靠性等，其热负荷和机械负荷会在活塞、缸套及缸体的承受限值以下留有一定余量。在进行润滑油台架评定试验时，如果采用正常量产发动机不做改动，则润滑油氧化速率较慢，考核周期长，且区分度低。通过发动机ecu标定，可以提高循环供油量，有效增加试验工况的热负荷，加速润滑油老化。本发明专利提出的发动机燃油循环供油量标定方案具体步骤如下：
[0063]
步骤4.1：采用经过步骤1改造后的油底壳，在步骤2.2所述试验工况下，使用步骤3.2标定的发动机排气压力，采用燃烧分析仪和台架控制系统监测爆发压力、压力升高率、缸内最高平均温度和排气温度数据；
[0064]
步骤4.2：采用inca上位机软件，逐渐提高试验工况区域的循环供油量，直至爆发压力、压力升高率和排气温度一项或多项接近发动机安全限值。
[0065]
例如，表3为采用本发明专利提出的发动机燃油循环供油量标定方案的试验数据。从表3中可知，试验发动机原机的单缸循环供油量为230mg/cycle，缸内最高平均温度为1832℃，排气温度为596℃。采用本发明专利提出的发动机ecu循环供油量标定方法后，将单缸循环供油量提高至254mg/cycle后，在保证发动机安全运行条件下，缸内最高平均温度和排气温度分别提高了70℃和42℃。采用本方法有效提高了发动机的热负荷，加速了润滑油的高温氧化速率，提高了润滑油抗氧性评价试验效率。
[0066]
表3发动机燃油循环供油量标定试验数据
[0067][0068]
步骤5：用待考核的试验润滑油清洗发动机润滑油循环管路；
[0069]
步骤6：加注适量待考核的试验润滑油，并对试验油进行取样及氧化值检测分析；
[0070]
步骤7：正式运行发动机润滑油抗氧性快速评价试验，并开始试验计时；
[0071]
步骤8：每间隔一定时间从发动机中抽取一定量待考核的试验润滑油，进行氧化值、硝化值、运动粘度等理化指标检测分析；
[0072]
步骤9：从试验始点开始绘制待考核试验润滑油的氧化值曲线，如果氧化值缓慢增长，则继续运行台架试验，并按照以上规则取样分析；
[0073]
步骤10：按照步骤8循环往复，直至待考核的试验润滑油氧化值曲线出现突增拐点，结束试验，并记录对应的试验时长。
[0074]
待考核的试验润滑油氧化值出现突增拐点对应的试验时长可表征待考核试验润滑油的抗氧性，试验时长越长表示待考核试验润滑油的抗氧性越优，反之说明待考核试验润滑油的抗氧性越差。
[0075]
本发明专利的具体实施方式如下：
[0076]
1、采用所述的低储油量油底壳改造方案，改造潍柴wp13试验发动润滑油底壳，在油底壳内加装10l垫块，油底壳储油容积从30l减小至20l。
[0077]
2、采用所述的发动机高热负荷试验工况筛选方案，开展发动机万有特性试验，并筛选出转速1800r/min，100％负荷工况作为试验工况。
[0078]
3、采用所述的发动机高排气压力标定方案，将试验工况下发动机的排气压力从14kpa提高至30kpa，相应的缸内最高平均温度和排气温度分别提高了250℃和43℃。
[0079]
4、采用所述的发动机超负荷循环供油量标定方案，将发动机试验工况(1800r/min，100％负荷)下的单缸循环供油量从230mg/cycle提高至254mg/cycle后，在保证发动机安全运行条件下，缸内最高平均温度和排气温度分别提高了70℃和42℃。
[0080]
5、用试验油清洗发动机润滑油循环管路。
[0081]
6、加注试验油20l，并对试验油进行取样及氧化值检测分析。
[0082]
7、在上述试验工况下，采用所述标定后的发动机排气压力和循环供油量，正式运行所述的发动机润滑油快速评价台架试验。
[0083]
8、每隔10h停机，对试验油取样，并进行氧化值检测分析。
[0084]
9、从试验始点(0h)开始绘制试验油的氧化值随试验时长的变化曲线。如果试验油样氧化值增长幅度≤10％，则继续运行台架试验，并按照以上规则取样分析。
[0085]
10、按照第8步骤循环往复，直至第200h的试验油样的氧化值达到79.5a/0.1mm(190h氧化值为62.3a/0.1mm)，增幅达27.6％，试验结束。
[0086]
该试验油样抗氧性快速评价的试验结果为200(h)。
[0087]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0088]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
[0089]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
[0090]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。