油液分析最初用于发动机是作为一种预测性维护工具,目前它仍然是确保发动机系统可靠性的主要技术。往复式内燃机是大多数移动设备的动力装置,如汽车、卡车、公共汽车、采矿设备、农业设备。另外,备用发电机、油气勘探钻机和管道压缩站也要使用发动机。   

如果机油不能充分发挥其作用,就必须更换。另一方面,过早或频繁地更换机油会对成本和环境造成巨大影响。内燃机的机油在运转过程中会逐渐受到污染,其污染的速度会因负载系数、占空比、使用时间、环境和燃料类型而变化。发动机油通常含有添加剂包,主要是清洁剂和碱性成分,以中和燃料燃烧产生的酸。添加剂会逐渐消耗,以致不能更好滴保护发动机。通常情况下,了解油中污染物的类型是很重要的,通过它们可以了解发动机的状况,以便更好地采取补救措施。例如,如果油中有大量二醇污染表明冷却系统有泄漏。


油液分析提供了有关污染程度的信息,以及油液老化情况,油的状况是随着环境条件的变化而改变的。导致机油污染的因素有哪些 ?

最常见的污染物

发动机正常运转过程中会产生各种各样的污染物. 下面是最常见的几种 Engine diagram.pngcommon:

  • 燃烧副产物

废气(窜漏气体)会通过活塞环、气门导管和泄露的涡轮增压器进入曲轴箱。这些气体含有碳、水、酸、不完全燃烧的燃料,清漆和油漆。所有这些颗粒都会污染机油。硫氧化物(Sox)是常见的含硫燃料(柴油,液体燃料馏分,重质燃料油)气体;氮氧化物(NOx)通常在天然气(CNG,LNG,丙烷)燃料发动机中较为常见。烃氧化物(HCOx)存在于多种燃料中。

  • 酸, 清漆, 污泥:

当润滑油与高温发动机部件接触时,或者当高温油与空气接触时,就会发生氧化和分解,产生酸、清漆和污泥等污染物。

  • 燃料

燃料污染物通常与发动机故障有关。然而,燃料稀释也可能是由于发动机过度怠速或频繁启停引起的。燃料稀释会导致粘度损失,如果不加以控制将导致严重磨损和故障。喷油嘴故障,空气过滤器堵塞和燃油泵故障是燃油稀释的最常见原因,但在某些情况下,机油污染也可能是由于燃料管道破裂引起的。.

水蒸气作为燃烧的副产物会进入机油中。备用发电机和低负荷发动机不会使油变得过热以至于使水沸腾。水与漏气结合会产生酸,会使油老化并腐蚀发动机表面。从空气中吸入的水或者冷却管损坏漏进去的水会导致油老化, 严重的情况下会导致发动机磨损和故障。.

  • 防冻液

乙二醇防冻液在发动机上广泛使用。冷却系统被腐蚀,缸盖密封破裂或冷却管路损坏都会导致防冻液进入机油。乙二醇对有色金属轴承表面具有很强的腐蚀性。过量防冻液会使机油变色,导致发动机卡死。

  • 烟炱:

这种污染物是由喷射延迟和燃烧的燃料与汽缸套上的油混合引起的。过多的烟炱会导致阀门和喷油器总成的异常磨损,使排放控制系统过载,污染空气。

那么发动机油监测应包括哪些测试?除了粘度测试和以及磨损金属测试之外,对发动机的任何测试需要进行污染物测试。

红外光谱

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红外光谱技术是一种检测在用油样品中有机污染物、水和降解产物的重要技术。可提供大量关于机油状况和污染的信息。

  • 红外分析氧化硝化

如果氧化严重,润滑剂就会腐蚀关键表面。“氧化值”越大,氧化的程度就越高。有氧化问题的系统中会出现油漆、污泥沉积、粘环、清漆和过滤堵塞等情况。.

硝化是另一个重要的参数,它测试的是机油中NOx的含量。这些化合物能与油中的水发生反应,产生亚硝酸,使油降解,降低添加剂的效力。可以产生清漆和沉积物。.

  • 抗磨添加剂:用IR测定,是对油中剩余ZDDP添加剂的测定。ZDDP是主要的减磨添加剂;如果被耗尽,容易产生异常磨损。
  • 烟炱: 用红外光谱法测定其含量,以wt %为单位。虽然大多数发动机油都有用于分散烟炱的添加剂,但如果添加剂过量,会造成过载,导致磨损和不良运转。
  • 乙二醇含量: 对液体乙二醇的量度,以wt%计量。乙二醇冷却剂在高温环境中会分解,形成乙醇酸。这些酸侵蚀轴承表面有色金属并形成金属盐。这些酸还与油中的抗磨损和抗氧化添加剂反应,与水混合形成污泥,堵塞过滤器并导致油失去其润滑性能,从而增加磨料磨损。发动机和变速箱中的乙二醇污染被认为是比水更严重的污染物(其破坏力是水的10倍)。随着油温上升,乙二醇冷却剂可能会迅速或随着时间的推移而分解。这种不稳定性是在给定时间内确定油中乙二醇含量的主要挑战,并且是现场和实验室测试结果彼此不一致的主要原因。 

粘度

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粘度是流体流动的阻力。运动粘度是发动机润滑油最重要的物理性质。发动机油通常是多级配方,允许发动机在很宽的温度范围内正常运行。发动机油通常测试100℃下的粘度。如果润滑剂的粘度超过SAE规定的最小值或最大值,则需要更换。粘度会随着时间的推移而增加,并随着烟炱和固体颗粒的增加而增加。发动机油是粘度损失比粘度增加危害更严重,并且通常是燃料污染的罪魁祸首.

总碱值

总碱值(TBN)是润滑剂中碱性储备的量度。通常通过滴定法测量,如Karl Fischer方法,但也可以用其他方式测量,例如红外光谱法。窜气与曲轴箱中腐蚀性酸的水分相结合,会消耗碱值。发动机油含有添加剂,旨在与形成的酸反应并中和酸。碱值以跟踪在用油中的添加剂消耗情况。当TBN值达到给定润滑剂的既定水平时,通常要换油。 TBN的突然下降将表明发动机运转异常(例如过度窜漏)。大多数润滑油供应商都在使用规范中限定TBN的值。通常当TBN值降到起始值的30%时,就该换油了。对于燃烧高硫燃料的发动机,建议使用高起始TBN值的油,并且警报限值设为起始值的50%,而不是30%.   

水分

水是最常见的污染物之一。水可以作为燃烧的副产物或因冷却系统泄漏进入机油。虽然发动机油的温度足以在工作时驱除湿气,但过量的水会导致发动机磨损。由于泄漏或进水过多,进入发动机的水会引起严重磨损,导致发动机卡死。大多数发动机的水污染不应超过0.25%。.

总酸值

总酸值(TAN)用于表示润滑剂中相对酸度。通常通过滴定法进行测量。酸值用作指导跟踪使用中的油的氧化变性。TAN推荐用于天然气发动机。 TAN的突然上升预示着可能存在常操作(例如过热)。大多数润滑油供应商都在使用规范中给予TAN限制。通常比起始值增加2.0,就需要重视。. 

铁磁颗粒浓度

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铁磁颗粒浓度是指铁磁性颗粒的总量,单位为ppm。用磁力计来测量。尺寸从亚微米到肉眼可见不等。铁磁颗粒会引起电流的变化,电流的改变量与铁磁颗粒的含量成正比。总铁磁颗粒是所有发动机油的关键指标,应包含在所有筛选测试中。以ppm为单位的值是一个趋势。铁磁颗粒浓度增加10%表示存在异常磨损。

燃油稀释

燃料稀释是对润滑油中未燃烧的燃料的测量,通常由于喷油器泄漏、密封不良或燃烧不完全而产生。所有发动机都能承受一定量的燃料,预计不超过2%。超过5%问题就很严重。燃油稀释通常通过GC或SAW传感器(燃油嗅探仪)测量,结果用wt%表示。

颗粒计数

颗粒计数是一种根据特定的尺寸范围对流体中的颗粒进行计数和分类的方法,通常根据ISO 4406和SAE 4059.这是一种非常有用的测试,减少油中的颗粒可以延长发动机的使用寿命。颗粒计数通常是发动机现场测试的一项可选测试,因为烟炱会影响颗粒计数的准确性。颗粒计数通常用于发动机开发,因为像LaserNet这样的技术能够有效地测量含有1.5%烟炱的油中的颗粒数量。

铁磁颗粒计数

铁磁颗粒计数是一种根据颗粒的大小和数量而不是浓度来量化铁屑的技术。最常用的是技术是磁力计或者LNF ,直读铁谱系统也是一种常用的方法。这些系统增加了光谱和铁磁密度技术,有助于了解铁磁颗粒的数量和大小。所有这些技术测量的都是样品中大小铁磁颗粒的比例。数据可用于计算磨损颗粒浓度和严重性指数,可设置数据达到一定水平时的报警值。.

元素光谱

元素光谱法是一种用于检测和量化在用油中由磨损,污染和添加剂产生的金属元素的技术。给油样通电使每个元素发射或吸收可量化的能量,能量的多少表明油样中的该元素的浓度。结果反应所有溶解金属(来自添加剂包)和颗粒的浓度。该测试是所有现场和非现场油液分析工具的支柱,因为它可以快速准确地提供有关设备污染和磨损情况的信息。其主要限制是对颗粒尺寸为5微米或更大的颗粒,其检测效果较差,这也是要首先进行铁磁颗粒浓度检测的原因。

WDA (铁谱分析)

WDA是一种分析技术,它将铁磁性磨损颗粒与油分离并将它们沉积在谱片上。通过显微镜观察谱片,可看出磨损模式和设备潜在的磨损源。这种技术称为分析铁谱。它是检测异常和有色金属磨损的非常好的技术,但通常只由经过培训的分析师才能进行。 

推荐测试参数,请参见下表。. 

R = 推荐的

O = 可选的

  Viscosity TBN Water TAN Oxidation Nitration Elemental Soot

Fuel Dilution

Particle Count

Ferrous Particle WDA
Engine Liquid R R R R R R R R R O O O

Engine NatGas

R R R R R R R O N/A O O O