机油的污染度应用两个指标来表示,一是污染物含量;二是清净性添加剂的消耗程度。
滤纸油斑试验法利用现代测量方法能快速测定这两项指标。
清净性添加剂是机油中的一种重要的添加剂,它能把油中的微粒炭质、机械杂质包围,而不形成大颗粒吸附在机件上,减少机件磨损。所以通常把清净性添加剂含量作为换油指标。此外这种方法还能测定机油中氧化物含量和水分。
用机油试纸滤纸油斑试验测试发动机机油品质原理
理论和实践证明,把一滴油滴在滤纸上,机油经纸内多孔性孔隙向外延伸。根据油膜层流理论,在机油向外扩散时,随着油膜厚度减薄,能够携带的杂质颗粒尺寸越小。因此,油斑的形状可以代表油内杂质颗粒的分布情况。
油斑中心为沉淀圈1集中了油中的粗颗粒杂质。
沉淀圈周围往往有一条色度更深、边缘不整齐的环带2,表示粗颗粒分散沉淀的边界。
悬浮在油中的较细的杂质继续向外扩散,又形成了一个环形区域,此区域的颜色愈向外愈浅,颗粒也越细。这个环带称为扩散环3。
扩散环外还有一个含有氧化胶质的环带,称为氧化环带4,其颜色取决于油的氧化深度。可以由浅黄色到褐色。最外层是浅色的环带称为光环。
从上述油斑可以看出,如果机油的杂质颗粒小,清净性分散剂的性能良好,油层就向外扩散较远。
如杂质颗粒越来越大,清净性分散剂的性能逐渐丧失,机油中的杂质则集中在中心区。
所以,中心区杂质浓度代表机油内总污染。这样可以用中心单位面积的杂质与扩散区单位面积杂质之差表示机油清净性分散剂的性能。
机油清净性分析仪就是测量油斑中部圆核和其等面积的油斑扩散环处的阻光度,以此来表示机油中清净性添加剂的消耗程度。
JY1型机油清净性分析仪测试原理图。
仪器采用双光电头式,一个光电头下为新油斑,另一个光电头下为旧油斑。进行新旧油斑的对比测试,用数字显示仪显示结果。
在光电头上可以放两种阻光片。一种阻光片中央开有直径略小于沉淀区平均尺寸的圆孔,其半径为rz,用它来测量油斑沉淀区的阻光度;另一阻光片是圆心都在rz到rmax之间的圆心圆半径为rk的圆周上,其面积正好等于中心圆面积。即用它来测量油斑扩散区的阻光度。
设中心圈污染物引起的阻光度为a,b为扩散区污染物引起的阻光度,则a-b之差是测量清净性分散剂性能的重要参数。而a+b直接反映了总杂质的浓度。
现在讨论两种极端情况:
(1)当已用机油清净性保持理想状态时,整个油内污染物分布很均匀,因而a=b,这时:
Q=(a-b)/(a+b)=0
(2)当已有油不含任何清净添加剂或添加剂消耗尽时,油内颗粒杂质都集中在中心沉淀圈内,阻光度a为一定值;而外围扩散环内几乎不污染,其阻光度b=0。这时:
Q=(a-b)/(a+b)=1
其他情况都是介于这两者之间,即Q取值为(0,1)
定义已用油的清净性系数K=1-Q,K值为:
K=1-Q=(a-b)/(a+b)=2b/(a+b)
当K=1时,表示清净性极好;K=0时,表示已用油清净性完全丧失;其他情况都介于0~1之间。
(1)油斑制取。
从正常热工况下的发动机中取出油样放入试管,滴棒插入试管离油面一定深度,拿出滴棒,取第三滴油(约20mg)滴在定量滤纸上,送烘箱烤干,约半小时取出。重复上述步骤制取两个新油斑和两个旧油斑,标上记号1号、2号。
(2)测试。
仪器接通电源预热后分三步进行测试:①在光电头Ⅰ、Ⅱ上均装上半径为rz的阻光片A,用1号、2号新油斑校正显示器读数为“0”后,取下光电头Ⅱ上的2号新油斑,换上1号旧油斑,记下显示器上的读数a;②取下光电头Ⅱ上的阻光片A,放上4×rs的阻光片B,测取1号旧油斑的透光度b′;③取下1号旧油斑,换上2号新油斑,测取其透光度为r。
用同样的方法对2号旧油斑进行平行试验。
(3)计算。
被测试油的清净性系数b按前述方法计算,式中取b=b′-r。
取两次平行试验值的算术平均值为试验结果。当b>0.4时,表明机油清净性尚可。
判断机油质量可以根据测量结果决定,也可以观察油滴形状及油斑各部分的颜色。
如果扩散区外面的半透明区呈米黄色,且区域较大为正常。如果扩散区缩小和消失,表明悬浮物凝聚,因而有产生沉淀物和堵塞的危险。