【摘要】：本文以国家自然科学基金项目“车用润滑油性能衰变规律与换油周期确定方法研究”为依托,针对目前我国汽车发动机润滑油换油周期与国外发达国家差距较大,导致我国发动机润滑油消耗量不断升高、使用成本增加、污染环境等问题,通过行车试验与润滑油性能检测相结合的试验方法,利用现代分析测试和数据分析技术,深入研究城市典型环境下轿车发动机服役过程中性能衰变规律,明确了我国现行车用润滑油较短换油周期的不合理性,提出了适合我国国情的车用发动机润滑油使用寿命检测与评估方法。研究工作主要建立在10台试验车辆的多个运行周期行车试验、车载诊断系统(OBD)运行数据监控、定期油样采集分析及润滑油静置试验等大量测试的基础上。利用润滑油性能评价、光谱分析、斑点试验、图像处理、高压差式扫描量热(PDSC)及柱分离、灰色关联分析等方法与技术,深入研究了我国城市轿车发动机润滑油性能变化规律、失效特征以及车辆运行参数对润滑油性能衰变的影响,建立车辆运行参数与发动机润滑油性能衰变之间的关系模型,实现了以OBD监测车辆运行参数对发动机润滑油性能衰变程度的预测,提出了基于氧化安定性准则的车用润滑油快速评估方法及润滑油剩余使用寿命计算方法,为我国发动机润滑油寿命评估提供了重要的基础试验数据。论文的主要研究内容与结论如下:(1)试验研究车辆运行里程对发动机润滑油性能的影响。通过对典型城市工况下运行的轿车进行5000 km左右的行车试验(包括:不同车型试验、同车型平行试验、不同类型润滑油重复试验等等),检测更换下的润滑油(废油)总酸值、运动粘度、氧化值、硝化值、硫化值、氧化安定性、清净分数性及摩擦学性能,结合现行换油标准或文献规定换油指标分析,探讨按运行里程数更换润滑油的科学性。结果发现:所有试验车废油的相关性能均未达到现行换油标准或文献规定换油指标,且保持良好的氧化安定性、清净分散性及摩擦学性能,目前国内广泛执行的5000 km更换润滑油做法属于过度更换。(2)试验研究发动机润滑油使役时间对润滑油性能的影响。通过对典型城市工况下运行的轿车进行长周期(352~538天)行车试验,同时对两种润滑油进行为期6个月的室外环境静置试验,研究发动机油服役时间及发动机主要金属材料对润滑油性能衰变的影响。研究发现:行车试验废油总酸值、运动粘度均未达到现行换油标准或文献规定的换油指标,且仍具有较好的氧化安定性及清净分散性能。静置试验中铸铁及铝合金材料对静置条件下润滑油总酸值、起始氧化温度及成分变化影响小,对润滑油粘度相比行车试验的影响小。当前国内许多汽车制造商及4S店所推行的无论车辆运行与否,需在6个月内更换发动机油的观念会导致发动机油的过度更换。(3)车辆运行参数与发动机润滑油性能衰变关系研究。在行车试验、OBD车辆运行状态监测及润滑油使用过程性能分析的基础上,采用灰色关联分析方法研究城市工况行车试验中车辆运行参数对发动机润滑油性能衰变的影响,并建立基于车辆运行参数与发动机润滑油性能关系的润滑油性能衰变预测模型。研究发现:发动机运行时间、发动机启动次数及车辆怠速时间是影响润滑油性能衰变的三个重要运行参数,车辆运行里程与发动机油性能变化关联程度不紧密,目前广泛使用的以车辆运行里程作为润滑油性能衰变评价指标不能完全反映润滑油的衰变程度。结合所建立的关系模型可以实现依据OBD获取的车辆运行参数对发动机润滑油衰变程度的预测,在3台试验车辆的5组包含城市工况及城市、高速混合工况的行车试验中均得到较高的预测精度,为实现利用OBD系统监测润滑油状态提供可能。(4)发动机润滑油油斑图像快速测定起始氧化温度方法研究。基于斑点试验、图像处理及PDSC方法,建立发动机润滑油油斑图像灰度均值与润滑油起始氧化温度之间的关系模型和相应测试方法。该方法在不同油斑图像采集条件、相同车辆多个试验周期及不同试验车辆采用合成油及矿物油试验中均有较好的精度,试验矿物润滑油起始氧化温度预测误差小于4.52°C,合成润滑油起始氧化温度预测误差小于1.20°C。该方法操作简单、快捷、安全,实现了润滑油起始氧化温度现场检测。(5)基于起始氧化温度的发动机润滑油剩余使用寿命计算模型研究。在行车试验和润滑油采集分析的基础上,系统地研究了发动机润滑油的起始氧化温度与润滑油中抗氧剂含量的关系,建立了基于起始氧化温度的发动机润滑油剩余使用寿命计算模型,为城市工况车用润滑油使用寿命预测提供了依据。该模型在5台试验车辆所进行的8组行车试验中得到应用验证。依据模型推算,在城市工况条件下,全合成润滑油可在534~686天内运行11000~13000 km;半合成润滑油可在636天内可运行7385 km;矿物润滑油在40 km/day的城市工况条件下可运行8200 km或在410天服役时间内运行5723 km。
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U473.6
【图文】：
图 1-1 发动机油粘度等级划分发展历程（2）汽油机油质量规范API 将 20 世纪 30 年代以前汽油发动机油定义为 SA 级，在 20 世纪 50 年代引
图 1-2 API 汽油机油质量规范等级发展历程[61]表 1-2 不同质量规范等级 API 汽油机油发动机试验要求SD SE SF SG SHSJSLSMSN
试验车辆及试验发动机油
【参考文献】
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2755902
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