潤(rùn)滑油質(zhì)量衰減程度檢測(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)換油周期

 

定期對(duì)潤(rùn)滑油質(zhì)量衰減程度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果合理地制定發(fā)動(dòng)機(jī)換油周期，既能確保發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，又能實(shí)現(xiàn)按質(zhì)換油。

 

本試驗(yàn)依據(jù)某大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)電站，隨機(jī)選取 9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)使用相同潤(rùn)滑油進(jìn)行 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)，定期對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行取樣分析，觀察潤(rùn)滑油在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中的質(zhì)量衰變，科學(xué)合理地延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)換油周期。

 

 

油樣送檢滿足 SGS 認(rèn)證第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)方式符合 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。

 

換油指標(biāo)參照 GB/T 7607 －2010《柴油機(jī)油換油指標(biāo)》中柴油機(jī)油技術(shù)要求及試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)廠商大缸徑柴油機(jī)換油指標(biāo)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。油樣檢測(cè)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)見表 2。

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)完成首次保養(yǎng)，更換潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑油濾芯、潤(rùn)滑油離心濾、燃油粗濾、燃油精濾，清潔空濾。

 

(2)將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行換油清洗，并應(yīng)滿足以下要求。確保將之前使用過的舊潤(rùn)滑油完全放干凈，使用試驗(yàn)潤(rùn)滑油按下述步驟沖洗潤(rùn)滑油路：

a)加滿新潤(rùn)滑油后，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn) 15 min 達(dá)到暖機(jī)；

b)空擋加油門將發(fā)動(dòng)機(jī)由怠速加至高轉(zhuǎn)速以上，重復(fù) 5 ～10 次；

c)使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn) 5 min；

d)停機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻 5 min 之后將潤(rùn)滑油完全放干凈。

 

(3)0 h 取樣。

發(fā)動(dòng)機(jī)沖洗完畢后再次加滿試驗(yàn)用油(CAL-TEX Delo Gold Ultra SAE 15W－40)，并讓發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn) 10 min 后取一定量(120 mL)新油作為 0 h油樣(首樣)，做好油樣標(biāo)記。取油后，補(bǔ)加等量的新油。

注意：0 h 油樣并不等同于新油。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)廠商規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油更換周期為 500h，本次試驗(yàn)計(jì)劃監(jiān)測(cè)至 1000 h，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油表現(xiàn)，確定合適的換油周期。
 

對(duì)選取的 9 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑油取樣時(shí)間為 300 h、500 h、650 h、800 h、900 h、1000 h，每次取樣為 120mL，做好油樣標(biāo)記。潤(rùn)滑油取樣后將油樣送往同一第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)前期油品檢測(cè)結(jié)果，若經(jīng)過分析評(píng)估認(rèn)為原方案取樣間隔可能存在風(fēng)險(xiǎn)，則縮短取樣間隔，減少運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)間；若經(jīng)評(píng)估后認(rèn)為油品性能良好，設(shè)備磨損較小，可適當(dāng)延長(zhǎng)運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)間，以確定最優(yōu)換油周期。以油液實(shí)際檢測(cè)結(jié)果作為評(píng)價(jià)換油周期依據(jù)。

 

(1)應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行后 10 min 內(nèi)取樣，保證發(fā)動(dòng)機(jī)油溫高于 60 ℃。如果達(dá)不到規(guī)定溫度，則先運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)至少 15 min 令潤(rùn)滑油循環(huán)和升溫。

 

(2)使用真空取樣器、取樣瓶和吸油管等專用工具從油底殼油位中部抽取油樣，以確保油樣具有代表性。

注意：吸油管為一次性用具，不得重復(fù)使用。

 

(3)取樣過程中，必須避免油樣受到外界污染，保證取樣器、取樣瓶、吸油管的清潔。

 

(4)取樣結(jié)束后把取樣瓶表面擦拭干凈，并貼好標(biāo)識(shí)。

注意：標(biāo)識(shí)必須清晰易辨認(rèn)，且標(biāo)識(shí)與取樣瓶一一對(duì)應(yīng)，絕對(duì)不能混淆。

 

(5)油樣標(biāo)識(shí)須包含以下內(nèi)容：

a)發(fā)動(dòng)機(jī)編號(hào)；

b)取樣日期；

c)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間；

d)潤(rùn)滑油運(yùn)行時(shí)間。

 

(6)若試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)油位降低至最低刻線以下，必須進(jìn)行補(bǔ)油，添加測(cè)試油至正常油位，并記錄添加數(shù)量以及補(bǔ)加油液時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)及潤(rùn)滑油運(yùn)行時(shí)間。

 

通過檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油在使用過程中理化性能、污染物、金屬元素等指標(biāo)變化，來分析發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的質(zhì)量衰減狀態(tài)。

 

運(yùn)動(dòng)黏度是衡量潤(rùn)滑油油膜強(qiáng)度、流動(dòng)性的重要指標(biāo)。合適的潤(rùn)滑油黏度是發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的基本保證。運(yùn)動(dòng)黏度變化率一定程度上表征了油品質(zhì)量的衰變情況。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中油品黏度的變化受多種因素的影響，運(yùn)動(dòng)黏度過大，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)困難、磨損加劇、功率損失大等問題；運(yùn)動(dòng)黏度過低則會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油的油膜變薄，潤(rùn)滑性能下降，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)由于油膜厚度不足而拉缸。
 

因此在試驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度進(jìn)行監(jiān)控，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

 

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng) 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)后 100 ℃ 運(yùn)動(dòng)黏度變化趨勢(shì)如圖 1 所示。

從圖1 運(yùn)動(dòng)黏度(100 ℃)變化情況可見，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油黏度均處于下降趨勢(shì)，黏度下降與黏度指數(shù)改進(jìn)劑被剪切有關(guān)，越到后期黏度下降越慢。柴油機(jī)油換油指標(biāo)中要求潤(rùn)滑油 100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率不能超過 ±20%。

 

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng) 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)后，其中 7 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī) 100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化滿足換油指標(biāo)要求，潤(rùn)滑油仍具有合適黏度為發(fā)動(dòng)機(jī)提供潤(rùn)滑保護(hù)；另外兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)(1 號(hào)及 4 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī))100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化率超過了換油指標(biāo)要求，黏度指數(shù)改進(jìn)劑消耗嚴(yán)重，過低的黏度不足以建立充分的油膜，難以為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)提供足夠的潤(rùn)滑，需要更換潤(rùn)滑油。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油在使用過程中，需要保持合適的堿值及酸值以持續(xù)不斷地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提供保護(hù)。

 

總堿值代表潤(rùn)滑油中堿性物質(zhì)的含量，是用來衡量有效添加劑成分的指標(biāo)，也表示潤(rùn)滑油中和酸性物質(zhì)的能力。當(dāng)堿值下降到一定程度，油品就會(huì)失去中和酸性物質(zhì)的能力，會(huì)引起油泥增多，發(fā)動(dòng)機(jī)部件也有可能產(chǎn)生腐蝕、磨損等現(xiàn)象。

 

總酸值是檢驗(yàn)機(jī)油內(nèi)腐蝕性產(chǎn)物的重要指標(biāo)，通常用來判斷油品的老化程度，酸值越高，表明機(jī)油的氧化程度越高，并加速機(jī)油品質(zhì)的劣化。在用潤(rùn)滑油的酸值增加主要來自兩方面：一是潤(rùn)滑油氧化產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物，二是燃料燃燒生成的酸性物質(zhì)。酸值增值過大，說明油品產(chǎn)生了大量的酸性物質(zhì)，會(huì)促進(jìn)變質(zhì)，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成腐蝕，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)危害極大。

 

因此在試驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)潤(rùn)滑油總堿值及總酸值進(jìn)行檢測(cè)，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī) 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)總堿值及總酸值變化趨勢(shì)如圖 2、圖 3 所示。

從圖2 堿值變化情況可見，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油堿值均處于下降趨勢(shì)，堿值下降與潤(rùn)滑油中清凈劑、分散劑等添加劑消耗有關(guān)。柴油機(jī)油換油指標(biāo)中要求在用油堿值下降率不能超過 50%。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在 1000 h運(yùn)行試驗(yàn)后，堿值下降率均在許用限值以內(nèi)，說明此時(shí)潤(rùn)滑油仍具有優(yōu)秀的清凈分散性及抗氧化性能。

從圖 3 酸值變化情況可見，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油酸值均處于上升態(tài)勢(shì)，酸值的增加與潤(rùn)滑油的氧化變質(zhì)及燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)有關(guān)。柴油機(jī)油換油指標(biāo)中要求在用潤(rùn)滑油酸值增值不能超過 2.5 mgKOH/g。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)后，酸值增值均在許用限值以內(nèi)，說明潤(rùn)滑油仍具有優(yōu)良的酸性中和能力，潤(rùn)滑油氧化變質(zhì)程度較低，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀態(tài)良好。

 

燃油稀釋是指因燃燒不充分、燃油泄漏等各種因素導(dǎo)致的燃油混入潤(rùn)滑油中造成的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油污染。柴油潤(rùn)滑油中如果出現(xiàn)燃油稀釋的現(xiàn)象，則閃點(diǎn)檢測(cè)值會(huì)明顯下降，閃點(diǎn)的檢測(cè)可有效反應(yīng)柴油潤(rùn)滑油燃油稀釋情況。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)、低溫運(yùn)行、反復(fù)啟動(dòng)以及燃燒不完全、燃油泄漏等原因均會(huì)導(dǎo)致燃油稀釋問題。燃油稀釋會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成巨大危害：燃油中不飽和芳烴會(huì)造成堿值降低；降低潤(rùn)滑油的黏度，使油膜變薄，磨損加??；泄露的燃油會(huì)沖刷汽缸壁上的潤(rùn)滑油，加速活塞環(huán)、缸套的磨損，進(jìn)而引起竄氣，油耗增加；降低添加劑的效能等。因此監(jiān)控燃油稀釋情況對(duì)評(píng)估潤(rùn)滑油的工作狀態(tài)十分必要。

 

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī) 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)開口閃點(diǎn)變化趨勢(shì)如圖 4 所示。

從圖 4 開口閃點(diǎn)變化情況可見，試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)中，潤(rùn)滑油開口閃點(diǎn)處于一個(gè)比較平穩(wěn)的趨勢(shì)，閃點(diǎn)無明顯的升高及降低。柴油機(jī)油換油指標(biāo)要求在用潤(rùn)滑油開口閃點(diǎn)值應(yīng)在 180 ℃ 之上。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油閃點(diǎn)值均在許用范圍，說明發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，燃油稀釋情況在可控范圍以內(nèi)，潤(rùn)滑油性能穩(wěn)定。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中不允許存在水分，但在用油由于缸套密封圈老化滲漏、燃燒室產(chǎn)生的水汽等原因，可能造成潤(rùn)滑油中含有水分。水的存在會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備、潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑能力及油品質(zhì)量等產(chǎn)生危害：水分的存在會(huì)使得設(shè)備的零部件產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，金屬離子還會(huì)進(jìn)一步加速潤(rùn)滑油的氧化，導(dǎo)致酸值增大，進(jìn)一步加速設(shè)備的腐蝕；水分的存在會(huì)造成極壓抗磨劑、清凈分散劑、防銹劑等表面活性劑失效，造成機(jī)油乳化，加速油品變質(zhì)；潤(rùn)滑油氧化變質(zhì)會(huì)降低油膜的厚度和剛度，降低油膜的承載能力，加速設(shè)備磨損，降低使用壽命。因此監(jiān)控潤(rùn)滑油中的水分含量是在用油檢測(cè)中必不可少的一環(huán)。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng) 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)后潤(rùn)滑油中水分含量變化趨勢(shì)如圖 5 所示。

從圖 5 潤(rùn)滑油中水分含量變化情況可見，試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)，潤(rùn)滑油水分含量均處于較低水平，檢測(cè)值都在 0.05% 以下，遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)要求的 0.2% 以下，表明發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，且未發(fā)生冷卻液泄漏等問題，潤(rùn)滑油性能穩(wěn)定。

 

在用潤(rùn)滑油元素分析中，主要關(guān)注 Fe、Cu、Al 等磨損金屬元素及 Si 等灰塵污染元素。元素分析可綜合判斷發(fā)動(dòng)機(jī)磨損情況，判斷潤(rùn)滑油能否為發(fā)動(dòng)機(jī)提供充足的潤(rùn)滑保護(hù)。

 

在用潤(rùn)滑油中鐵元素含量的增長(zhǎng)主要來自鋼鐵類摩擦副的磨損，比如缸套、齒輪、曲軸、凸輪軸等，若其含量迅速增加，表示可能出現(xiàn)異常磨損，尤其是腐蝕磨損。銅元素含量的增長(zhǎng)主要來自含銅類合金摩擦副的磨損，比如連桿和主軸承、渦輪增壓器軸承、連桿襯套、凸輪軸襯套等；鋁元素含量的增長(zhǎng)主要來自含鋁合金摩擦副的磨損，比如鋁活塞、曲軸和凸輪軸止推軸承、凸輪軸襯套等；不同元素檢測(cè)含量的升高可反映對(duì)應(yīng)摩擦副的磨損狀態(tài)。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng) 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)后潤(rùn)滑油中 Fe、Cu、Al 元素含量變化趨勢(shì)如圖 6 ～ 圖 8 所示。柴油機(jī)油換油指標(biāo)要求鐵元素含量不能大于100 mg/kg，銅元素含量不能大于 50 mg/kg，鋁元素含量不能大于 30 mg/kg。從圖 6 ～ 圖 8 鐵元素、銅元素、鋁元素含量變化情況可見，發(fā)動(dòng)機(jī)在 1000 h運(yùn)行試驗(yàn)中，各磨損金屬元素含量處于平穩(wěn)上升趨勢(shì)，未發(fā)生明顯突變，且均未到達(dá)換油指標(biāo)規(guī)定限值，表明潤(rùn)滑油具有優(yōu)良的抗磨性能，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，磨損情況均勻。

在用潤(rùn)滑油中的硅元素主要來源于空氣中的塵埃、沙石和油中的消泡劑、硅密封膠等；硅元素含量的增加主要與沙石、塵土以及外界異物產(chǎn)生的磨損有關(guān)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在環(huán)境較差或灰塵較多的工況時(shí)，在用油的硅含量會(huì)明顯增加；對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)本身來講，當(dāng)空氣過濾器長(zhǎng)時(shí)間不換而失去作用時(shí)，也會(huì)引起硅含量的增加，造成發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的異常磨損。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng) 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)后潤(rùn)滑油中硅元素含量變化如圖 9 所示。

從圖 9 硅元素含量變化趨勢(shì)可見，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，潤(rùn)滑油中硅元素含量十分平穩(wěn)，柴油機(jī)油換油指標(biāo)要求硅元素含量不能大于 30 mg/kg，試驗(yàn)用油檢測(cè)值遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)規(guī)定限值，表明發(fā)動(dòng)機(jī)空濾可對(duì)吸入空氣起到充足的過濾作用，保證發(fā)動(dòng)機(jī)不因吸入空氣質(zhì)量差而發(fā)生異常磨損。

 

從圖 6 ～ 圖 9 可見，試驗(yàn)油樣的 Fe、Cu、Al和 Si 元素含量均在正常范圍內(nèi)，試驗(yàn)用油具有優(yōu)秀的抗磨性能，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，未發(fā)生異常磨損。

 

 

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī) 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)潤(rùn)滑油取樣分析結(jié)果，可得出以下結(jié)論：
 

(1)1 號(hào) 及 4 號(hào) 試 驗(yàn) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 運(yùn) 行 到 900 ～1000 h 時(shí)，油品 100 ℃ 運(yùn)動(dòng)黏度下降值超過換油指標(biāo)限值，存在無法建立足夠油膜的風(fēng)險(xiǎn)，不能為發(fā)動(dòng)機(jī)提供全面的潤(rùn)滑保護(hù)。其余 7 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油在 1000 h 運(yùn)行試驗(yàn)中均表現(xiàn)良好，油樣檢測(cè)指標(biāo)均正常，可為發(fā)動(dòng)機(jī)提供充足的潤(rùn)滑保護(hù)。

 

(2)根據(jù)檢測(cè)分析結(jié)果，試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)換油周期可由 500 h 提升至 900 h，為留出部分余量，換油周期可選擇為 800 h。目前試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)電站已按 800 h 換油周期運(yùn)行 16000 h，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，未發(fā)生任何異常。

 

(3)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油檢測(cè)分析結(jié)果，可合理制定換油周期，實(shí)現(xiàn)按質(zhì)換油，保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的同時(shí)不造成潤(rùn)滑油浪費(fèi)。