CN112595839B - 污染状态下选择机油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车用润滑油技术领域，具体而言，涉及污染状态下选择机油的方法。一种污染状态下选择机油的方法，包括：预设污染物种类和标准机油；而后利用标准机油配制不同含量的预设污染物种类中的单一污染物的待测机油油样，并对待测机油油样进行磨损实验；接着，根据磨损实验结果分别确定单一污染物对磨损造成真实影响的实际含量；根据实际含量进行正交磨损实验，并根据正交磨损实验的结果确定磨损量最大的最优污染物组合；然后，将待选择机油分别与最优污染物组合混合，而后分别进行磨损实验，并根据磨损实验结果，选择抗磨损能力最佳的待选择机油为所需机油。该方法能够评价机油在存在污染物的状态下，机油的性能，继而能够更优地选择机油。

Description

污染状态下选择机油的方法

技术领域

本发明涉及车用润滑油技术领域，具体而言，涉及污染状态下选择机油的方法。

背景技术

在车用柴油机的机油选型方面，柴油机厂商多关注机油的黏温特性(包括低温动力黏度、边界泵送温度、运动黏度、高温高剪切黏度和黏度指数)、基础理化性能(包括碱值、闪点和水分等)及使用性能(包括各类发动机台架试验，如Mack T-8试验、Mack T-10试验和康明斯M11试验等)。其中，黏温特性和基础理化性能均可在机油的调配阶段以及基础油选择阶段实现，使用性能，例如发动机台架试验均使用新油进行试验，且工况与现场使用环境存在差异，进行整机试验较为复杂。

上述性能指标均在机油上市前由机油厂家进行测试，油商会注明机油符合何种质量等级(CF、CF-4、CH-4以及CI-4等)，柴油机厂商一般会推荐柴油机油需符合的质量等级和黏度等级，使用方根据推荐的质量等级和黏度等级进行选择，不同质量等级的油品价格不同。基于成本考虑，使用方会在符合要求的油品范围内选择价格相对低廉的产品。但不同质量等级的油品在实际使用过程中，对柴油机摩擦副的保护作用不尽相同。

并且，各类台架试验基本未考虑柴油机在实际运行中受到的污染情况，仅涉及到烟炱对黏度的影响(Mack T-8试验)。柴油机实际运行中，柴油即燃油会因喷油泵柱塞间隙过大、喷油器性能不良以及回油管漏油等原因进入柴油机的机油中。水分会因冷却液泄漏、空气或燃油中水分冷凝以及人为因素等原因进入柴油机的机油中。烟炱、燃油和水分均为柴油机油中的常见污染物，会影响润滑油的理化性能，加剧柴油机关键部件的磨损，特别是缸套和活塞的磨损，严重时进而危及柴油机的工作稳定性。另外，如果企业选择不同厂家的发动机，会因发动机厂家的推荐而选择多种油品，易出现加错油的风险，不利于油品仓储管理，会增加润滑器具数量，不利于器具管理。

这就需要对用户已使用的几种柴油机的机油合理地选型优化，即除了需要分析油品厂家提供的基础性能指标，还需考虑机油在柴油机中的实际应用情况。即柴油机的机油会在污染状态下继续使用，其抗磨损性能变化应纳入选型优化分析中，但是现有技术都没有将机油在污染状态下进行性能评价，更没有相关的评价方法或者选择方法。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供污染状态下选择机油的方法。该方法能够评价机油在存在污染物的状态下，机油的性能，继而能够更优地选择机油。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种污染状态下选择机油的方法，包括：预设污染物种类和标准机油；

而后利用所述标准机油配制不同含量的预设所述污染物种类中的单一污染物的待测机油油样，并对所述待测机油油样进行磨损实验；

接着，根据磨损实验结果分别确定单一污染物对磨损造成真实影响的实际含量；实际含量并不是单一的含量值，而是一系列的含量，即实际含量是上述不同含量中剔除了未对磨损造成实际影响含量值以后的含量数组。

而后，根据各所述单一污染物的实际含量进行正交磨损实验，并根据正交磨损实验的结果确定磨损量最大的组别为最优污染物组合；

然后，将待选择机油与最优污染物组合混合，而后进行磨损实验，并根据磨损实验结果，选择抗磨损能力最佳的所述待选择机油为所需机油。

在可选的实施方式中，所述污染物包括烟炱、燃油和水分中的至少一种；

优选地，所述待测机油油样中单一污染物的含量确定的依据参照：ASTM D 6224-2016标准、国家标准GB/T 7607-2010及车用柴油机油污染物常见范围中的任意一种。

在可选的实施方式中，在进行磨损实验前，对所述待测机油油样进行油液检测，以确认污染物的含量是否为所添加的含量；

优选地，油液检测包括：100℃运动黏度、水分、烟炱和燃油稀释。

在可选的实施方式中，所述磨损实验为回转式运动、钢-钢止推盘试件进行的摩擦磨损试验，其中，负载为500N、运行温度为75℃、运行时间为10H。

在可选的实施方式中，确定所述实际含量的步骤包括：对磨损后的所述待测机油油样进行检测；

优选地，对磨损后的所述待测机油油样进行检测的项目包括：100℃运动黏度、碱值、氧化值、光谱元素以及铁谱。

在可选的实施方式中，确定所述实际含量的步骤包括：根据上述检测结果剔除污染物的非有效含量，其中，所述非有效含量包括光谱元素中Fe元素含量小(即Fe元素含量小于等于10mg/kg)的污染物的含量、与其他污染物含量的Fe元素含量接近的污染物的含量以及铁谱中未出现异常磨损颗粒的污染物含量，异常磨损颗粒主要指尺寸大于20μm的颗粒、切削状颗粒、片状疲劳剥落颗粒以及黏着颗粒等。

在可选的实施方式中，正交实验为三因素三水平的正交实验。

在可选的实施方式中，所述标准机油为所述待选择机油中的一种，所述标准机油为未使用过的新油。

在可选的实施方式中，所述最优污染物组合为磨损量最大时，各个污染物的含量的组合的方案。

在可选的实施方式中，所需机油为光谱元素中Fe元素含量最小的待选择机油。

本发明具有以下有益效果：本发明实施例通过确定污染物、利用标准机油配制不同含量的预设所述污染物种类中的单一污染物的待测机油油样，并对所述待测机油油样进行磨损实验，而后分别确定单一污染物对磨损造成真实影响的实际含量；然后在采用正交磨损实验，确定最佳的磨损方案，而后再将待选择机油与最优污染物组合混合并进行实验，继而选择出最佳的机油，该机油即使在污染物存在的情况下依然能够良好的发挥机油的功效。该选择方法为机油的选择提供更广泛的选择方法，同时，解决仅根据新油各项指标进行选型带来的应用问题，为机油的评价方法提供更多的思路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的烟炱的含量为0.5wt％时的摩擦磨损实验后的待测机油油样的铁谱图；

图2为本发明实施例提供的正交摩擦磨损试验的铁谱图；

图3为本发明实施例提供的不同待选择机油摩擦磨损实验后的铁谱图；

图4为本发明实施例提供的不同待选择机油磨损量及单价对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

首先，现有技术中机油性能的确定或者选择都是在柴油机未使用之前，对机油进行检测，而后根据检测结果选择或确定机油，但是在实际使用过程中，机油中可能会存在污染物(例如水、柴油以及烟炱)，但是现有技术中并没有对有污染物存在的情况下或者机油实际使用的状态下，对机油的性能进行评价以及现评价方法。因此，本发明实施例提供一种在污染状态下选择机油的方法，包括：

从待选择的机油中选择一种机油作为标准机油，且该待选择的机油为从未使用过的机油。同时，预设污染物的种类，一般主要为柴油机运行中容易进入柴油机的机油中的物质，例如烟炱、柴油和水分等。

当然标准机油也可以不从待选择的机油中选择，而从其他的未使用的符合要求的机油中选择。而污染物也不仅仅限于烟炱、柴油和水分，其他的污染物也可。

而后确定预设污染物种类中每一种单一污染物可能的含量范围，参考依据为：ASTM D 6224-2016标准、国家标准GB/T 7607-2010及车用柴油机油污染物常见范围，其中，车用柴油机油污染物常见范围为发明人根据大数据统计而来，一般水分为0～0.3wt％，烟炱为0～0.5wt％，燃油为0～10wt％。

而后将标准机油和单一污染物混合，形成上述不同含量的含有单一污染物的待测机油油样，即为预设含量组。

而后分别对待测机油油样进行油液检测，判定待测机油油样中含有的污染物的含量是否为所设定或者所添加的含量。油液检测包括100℃运动黏度、水分、烟炱和燃油稀释。这些检测以及检测方法为常规的检测方法，本发明实施例不在进行详述。

待测机油油样中污染物的含量符合要求，即测机油油样中单一污染物的含量为所预设的含量，则对待测机油油样进行磨损实验，选取回转式运动、钢-钢止推盘试件进行摩擦磨损试验，其中负载为500N、运行温度为75℃、运行时间为10H。

需要说明的是，本发明实施例记载的磨损实验，均采用上述条件以及方法进行磨损实验。

接着，对磨损实验后的待测机油油样进行检测，检测的项目包括100℃运动黏度、碱值、氧化值、光谱元素以及铁谱。其中，100℃运动黏度、碱值、氧化值用于分析油样试验过程中氧化情况，因磨损量为实验结果的重点关注指标，故而着重对光谱元素中的Fe元素含量以及铁谱进行分析，并根据分析结果剔除上述待检测机油油样中污染物预设的含量组中的非有效含量值。其中，非有效含量包括光谱元素中Fe元素含量小(即Fe元素含量小于等于10mg/kg)的污染物的含量、与其他污染物含量的Fe元素含量接近的污染物的含量，即同一污染物不同含量，但是二者的Fe元素含量相同或者接近，那么这两个含量也不能采用，需要剔除，进而取两含量的平均值，同时，铁谱中出现未异常磨损颗粒的污染物含量也需要剔除，异常磨损颗粒主要指尺寸大于20μm的颗粒、切削状颗粒、片状疲劳剥落颗粒和黏着颗粒等。

剔除非有效含量后，预设含量组中的其余含量则为能够对磨损造成真实影响的实际含量。而后根据各个单一污染物的实际含量，进行正交磨损实验，该正交磨损实验为3因素3水平的正交实验，而后摩擦磨损实验的结果选择磨损量最大的组别为最优污染物组合。

摩擦磨损实验的结果也是对摩擦磨损实验后的油样进行铁谱以及光谱元素分析，而后选择磨损量最大的污染物组合作为最优方案，即该污染物组合以及比例下油样的抗磨损能力最弱的最优方案。

然后将待选择机油分别与上述最优污染物组合进行混合，即将待选择机油与污染物进行混合，此时的污染物不是单一污染物，而是多个污染物形成的组合物，且待选择机油和污染物混合形成的混合物中，各个污染物的含量为最优方案中各个污染物的含量，而后进行摩擦磨损实验，并对每个实验结果进行分析，分析包括光谱元素分析和铁谱分析，而后根据分析结果选择抗磨损能力最佳的组别对应的所述待选择机油为所需机油，即光谱元素中Fe元素含量最小且铁谱中铁磁性磨粒含量最小、无异常磨损颗粒的待选择机油为所选择的最优的机油。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种存在污染物的情况下选择机油的方法，包括：

(1)某公司实际使用了多种柴油机油润滑其生产所用的柴油机，以CD 15W-40型号的机油作为待选择机油A，CF-4 15W-40型号的机油作为待选择机油B，CH-4 15W-40型号的机油作为待选择机油C，CI-4 15W-40型号的机油作为待选择机油D。并以待选择机油CF-415W-40作为标准机油。选择柴油、烟炱和水分作为污染物，而后根据表1配制含有单一污染物的待测机油油样。

表1污染物选取及其含量

柴油/wt％	烟炱/wt％	水分/wt％
			1.25	0.1	0.03
2.5	0.2	0.09
			5	0.3	0.15
7.5	0.4	0.2
			10	0.5	0.3

(2)而后对含有单一污染物的待测机油油样进行摩擦磨损实验，选取回转式运动、钢-钢止推盘试件进行摩擦磨损试验，其中负载为500N、运行温度为75℃、运行时间为10H，摩擦磨损实验后对待测机油油样进行检测，检测结果参见表2和图1，其中，表2为光谱元素中Fe元素的分析结果，图1为0.5％wt％含量烟炱的待测机油油样的铁谱图(其中，图1中左侧为放大200倍的结果图，右侧为放大500倍的结果图)，其余油样铁谱图未出现异常，此处不再额外提供，100℃运动黏度、碱值和氧化值的结果与待选择机油的记载一致，此处不再额外提供其结果。

表2各污染物含量待测机油油样进行摩擦磨损试验后Fe含量

根据表2可知，柴油含量10wt％时，对应的Fe含量相对柴油含量7.5wt％时，对应的Fe含量呈降低的趋势，明显与理论不符，且柴油的含量达到10wt％后已需要更换机油，因此，剔除柴油含量10wt％的含量。同理，柴油含量2.5wt％时，对应的Fe含量相对柴油含量1.25wt％时，对应的Fe含量呈降低的趋势，明显与理论不符，因此，剔除柴油含量1.25wt％和2.5wt％的含量，取两含量的平均值作为新的污染物浓度，因此，取柴油含量为1.875％的含量。

同理，当烟炱的含量为0.2wt％和0.1wt％时，二者对应的Fe的含量与理论Fe的含量变化趋势完全相反，因此，剔除烟炱含量为0.2wt％和0.1wt％的含量，取两含量的平均值作为新的污染物浓度，因此，取烟炱含量为0.15wt％的含量。同时，根据铁谱可知，当烟炱的含量为0.5wt％时，出现异常磨损(参见图1)，且在实际应用过程中，机油中烟炱的含量也难以达到该含量，因此，剔除烟炱含量为0.5wt％的含量。

同理，水分含量达到0.03wt％时，未产生明显磨损，因此，剔除水分含量为0.03wt％的含量。水分含量为0.3wt％时，已达到更换机油的标准，且未产生明显磨损，因此，剔除水分含量为0.3wt％的含量。

(3)依据(2)中分析结果，设计3因素3水平正交试验，进行摩擦磨损试验，如表3所示。

表3正交摩擦磨损试验及结果

铁谱结果参见图2。其中，图2中a为序号1的铁谱图，图2中b为序号2的铁谱图，图2中c为序号3的铁谱图，图2中d为序号4的铁谱图，图2中e为序号5的铁谱图，图2中f为序号6的铁谱图，图2中g为序号7的铁谱图，图2中h为序号8的铁谱图，图2中i为序号9的铁谱图。

根据表3和图2可知，序号5和8是Fe含量较多的试样，谱片上铁磁性磨粒分布及含量同样最多，但序号8谱片上有大尺寸磨粒及切削磨粒，存在异常磨损，可选取序号8作为磨损量最大的方案(即最优方案)，即柴油含量为7.5％，烟炱含量为0.3，水分含量为0.09％的污染物组合为磨损量最大的方案。

而后，按照此方案将污染物分别与待选择机油A、待选择机油B、待选择机油C和待选择机油D进行混合，而后进行摩擦磨损实验，实验后对机油进行光谱分析和铁谱分析，分析结果参见表4和图3。其中，图3中a为待选择机油A的铁谱图，图3中b为待选择机油B的铁谱图，图3中c为待选择机油C的铁谱图，图3中d为待选择机油D的铁谱图。

根据图3和表4可知，在相同试验工况下，待选择机油D的Fe元素含量最小、铁磁性磨粒含量最小、无异常磨损颗粒，综合分析磨损量最小，即在受污染状态下，待选择机油D的抗磨损性能最佳。

表4各种柴油机油最优方案摩擦磨损试验结果

油品牌号	A	B	C	D
					Fe,mg/kg	178	61	45	40

另外，油样C的铁磁性磨粒含量与D相近，谱片上磨损颗粒与D相近，表明其在污染状态下抗磨损性能略低于最佳的油样D。

图4为四款油品的摩擦磨损试验结果及油品单价对比图。油样C和D在污染状态下的抗磨损性能相近，在理想状态下，可选用油样D对其余油品进行替代；但结合成本分析，油样C的单价相较油样D少5.5元/千克，公司内每台柴油机每年需使用4320kg机油(每台柴油机装油量180kg，每半月换油一次)，即每台柴油机使用油样C每年可节省23760元，公司共有175台柴油机，每年可节省415万元，而油样C在污染状态下的磨损结果与D相近，故在实际使用过程中，油样C即可满足设备需要，并可节约成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种污染状态下选择机油的方法，其特征在于，包括：预设污染物种类和标准机油；

而后利用所述标准机油配制不同含量的预设所述污染物种类中的单一污染物的待测机油油样，并对所述待测机油油样进行磨损实验；

接着，根据磨损实验结果分别确定单一污染物对磨损造成真实影响的实际含量；

而后，根据各单一污染物的实际含量进行正交磨损实验，并根据正交磨损实验的结果确定磨损量最大的组别为最优污染物组合；

然后，将待选择机油分别与最优污染物组合混合，而后分别进行磨损实验，并根据磨损实验结果，选择抗磨损能力最佳的组别对应的所述待选择机油为所需机油；

其中，确定所述实际含量的步骤包括：对磨损后的所述待测机油油样进行检测；且对磨损后的所述待测机油油样进行检测的项目包括：100℃运动黏度、碱值、氧化值、光谱元素以及铁谱；

在进行磨损实验前，对所述待测机油油样进行油液检测，以确认污染物的含量是否为所添加的含量；且油液检测包括：100℃运动黏度、水分、烟炱和燃油稀释。

2.根据权利要求1所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，所述污染物种类包括烟炱、燃油和水分中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，所述待测机油油样中单一污染物的含量确定的依据参照：ASTM D 6224-2016标准、GB/T 7607-2010标准及车用柴油机油污染物常见范围中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，所述磨损实验为回转式运动、钢-钢止推盘试件进行的摩擦磨损试验，其中，负载为500N、运行温度为75℃、运行时间为10H。

5.根据权利要求1所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，确定所述实际含量的步骤包括：根据上述检测结果剔除污染物的非有效含量，其中，所述非有效含量包括光谱元素中Fe元素含量小于等于10mg/kg的污染物的含量、与其他污染物含量的Fe元素含量接近的污染物的含量以及铁谱中未出现异常磨损颗粒的污染物含量。

6.根据权利要求1所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，正交磨损实验为三因素三水平的正交实验。

7.根据权利要求1所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，所述标准机油为所述待选择机油中的一种，所述标准机油为未使用过的新油。

8.根据权利要求1所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，所述最优污染物组合为磨损量最大时，各个污染物的含量的组合的方案。

9.根据权利要求1所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，所需机油为光谱元素中Fe元素含量最小且铁谱中铁磁性磨粒含量最小、无异常磨损颗粒的待选择机油。

10.根据权利要求9所述的污染状态下选择机油的方法，其特征在于，所述机油为柴油机的机油。

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