一種基於斑點試驗的汽油發動機潤滑油氧化安定性測定方法與流程

2023-05-18 03:50:16

本發明涉及一種汽油發動機潤滑油氧化安定性的測定方法，屬於發動機潤滑油監測領域。

背景技術：

潤滑油斑點試驗早在20世紀50年代已開始應用於現場定性評價潤滑油清淨分散性能，該方法操作簡單，成本低，耗時短，因此一直沿用至今，但該方法需要具有豐富經驗的專業人員對油斑各區域特徵進行識別，且判斷的結果存在較大的誤差。隨著計算機圖像處理技術的發展，有學者利用圖像處理技術代替肉眼識別方式來判定油斑的不同區域特徵，計算不同區域面積和色度，試圖定量表徵潤滑油清淨分散性能，但目前這些方法還需要進一步結合現場試驗以驗證其準確性。

潤滑油氧化安定性是潤滑油評價過程中的一項重要性能指標，決定了潤滑油在使用過程中發生變質的難易程度、耐高溫性能和使用壽命等，因此提供一種更加高效便捷的潤滑油氧化安定性評價方法對監測潤滑油的油品質量有著十分重要的意義。目前常用的評價氧化安定性的方法有旋轉氧彈試驗，開口試管氧化試驗，壓力差式掃描量熱法等，這些方法需專業實驗人員在實驗室藉助貴重設備操作，存在著檢測時間長、操作步驟複雜、或油品用量較大等不足，不能滿足現場、即時、高效便捷地測定汽油發動機潤滑油氧化安定性的需求。

技術實現要素：

本發明的目的在於實現一種現場、即時、高效便捷的方法來定量測定潤滑油的起始氧化溫度，結合潤滑油濾紙斑點試驗和Matlab圖像處理技術分割油斑區域，計算油斑灰度均值以表徵不同運行裡程的潤滑油變化情況，同時進行壓力差式掃描量熱法測定起始氧化溫度，建立斑點試驗油斑灰度均值與實驗室壓力差式掃描量熱法測定潤滑油起始氧化溫度之間的關係模型，以現場斑點試驗得到的油斑灰度均值計算起始氧化溫度，實現汽油發動機潤滑油氧化安定性現場定量測定。

本發明的一種基於斑點試驗的汽油發動機潤滑油氧化安定性測定方法，其具體步驟如下：

(1)取待測車輛3~5個不同運行裡程潤滑油油樣，並進行斑點試驗，具體操作方法如下：

a.待汽車發動機停止運行1~2 h後，取出發動機機油尺，抽取8~12 mL發動機潤滑油試樣；

b.取一張直徑90~110 mm定量濾紙水平放置於直徑為65~75 mm一次性塑料杯上，使濾紙中心區域懸空，在無風環境中，將1~3 mL吸管插入潤滑油試樣中20~30 mm深度，垂直提出吸管，將第5或6滴潤滑油垂直於濾紙上方20~30 mm滴於濾紙上，待潤滑油在濾紙上擴散1~2 h；

c.使用手機拍照功能採集油斑圖像，將採集到的圖像傳輸到計算機；

(2)通過Matlab軟體對油斑圖像進行處理，求取油斑灰度均值，具體方法為：

a.通過Matlab軟體將採集得到的彩色油斑圖像轉換為灰度圖像，輸出圖像灰度直方圖，並確定圖像不同區域分割閾值，採用全局閾值法對圖像進行分割，以二值圖格式輸出分割後的圖像，校驗分割得到區域的大小和形狀，優化分割閾值；

b.通過STATS=regionprops(BW,'area')函數求解當前圖像面積，採用BW=bwareaopen(BW, area)函數去除分割區域外部面積小於閾值area的孤立噪點，對二值圖像進行取反，再次進行BW=bwareaopen(BW, 5000)去除分割區域內部面積小於5000的噪點，然後再次對圖像取反，得到去除所有噪點的分割區域；

c.將去噪後的二值圖轉換為灰度圖，得到分割和去噪後的油斑灰度圖，計算油斑的灰度均值，根據空白濾紙灰度均值及斑點試驗濾紙空白部位灰度均值，對計算所得的油斑灰度均值進行修正，減少拍照所帶來的誤差；

(3)對步驟(1)中獲取的潤滑油油樣進行壓力差式掃描量熱試驗測定潤滑油起始氧化溫度值，並與所得到的油樣灰度均值建立函數關係模型；

(4)按步驟(1)取待測起始氧化溫度的潤滑油油樣進行現場斑點試驗，通過步驟(2)方法進行圖像分割和計算獲得該裡程油斑灰度均值，將得到的灰度均值帶入所建立的函數關係模型中進行計算，得到該裡程的起始氧化溫度值。

本發明的有益效果在於：

(1)本發明的一種基於斑點試驗的汽油發動機潤滑油氧化安定性測定方法僅需測定3~5個行駛裡程潤滑油油樣的起始氧化溫度值，結合斑點試驗中對應的油斑灰度均值即可建立兩者之間的數學關係模型，實現潤滑油起始氧化溫度的測定，定量表徵潤滑油的氧化安定性，測量精度高。

(2)本發明的一種基於斑點試驗的汽油發動機潤滑油氧化安定性測定方法，試驗設備簡單，操作方便，用油量少，成本低，以手機拍照功能結合數據的無線傳輸方式，實現了數據的遠距離傳輸與存儲。

(3)本發明的一種基於斑點試驗的汽油發動機潤滑油氧化安定性測定方法，在Matlab軟體中完成圖像分割、去噪和灰度均值求解，處理速度快，精度高。

附圖說明

圖1為本發明油斑圖像處理過程圖，其中(a)為油斑灰度圖像，(b)為油斑灰度直方圖，(c)為油斑濾紙空白區域灰度圖，(d)為有噪點分割圖，(e)為去除油斑外部噪點圖，(f)為去除油斑內部噪點圖，(g)為分割得到沉積環圖，(h)為分割得到擴散環圖，(i)為分割得到油環圖；

圖2為本發明通過實施例提供的不同種類潤滑油起始氧化溫度預測數據與實驗數據對比圖，其中(a)為全合成油，(b)為半合成油-1，(c)為半合成油-2，(d)為礦物油。

具體實施方式

為進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及應用實例，對依據本發明提出的一種基於斑點試驗的汽油發動機潤滑油氧化安定性測定方法的具體實施方式及工作原理進行詳細說明。以下實施例僅用於更清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。

實施例1：

對一種市售全合成潤滑油進行行車試驗，對運行0 km、1084 km、1305 km、1923 km及2348 km的5個裡程潤滑油分別取樣，以其中1084 km油樣為例具體說明本發明實施方式，待發動機停止運行1~2 h後，取出機油尺，抽取8~12 mL潤滑油置於15 mL離心管中，將容量為1~3 mL的吸管插入到距離潤滑油液面約為20~30 mm處採集油樣，垂直上提，將第5或6滴潤滑油滴於直徑約為90~110 mm的定量濾紙上，定量濾紙置於直徑為65~75 mm的一次性塑料杯杯口上，使濾紙中心懸空，待潤滑油在濾紙上擴散1~2 h後，將手機置於三腳架上，用水平儀保持手機攝像頭水平，調整三腳架固定拍攝高度約為50~100 mm，拍攝油斑圖像並將照片傳輸到計算機上；將拍攝的彩色油斑圖像通過J=rgb2gray(I)函數將原始彩色圖像I轉換成如圖1(a)所示的灰度圖像，標號1所示為油環區域，標號2所示為擴散環區域，標號3所示為沉積環區域，輸出灰度油斑圖像的灰度直方圖如圖1(b)所示，根據圖1(b)中標號4所示的波谷位置對應的灰度值確定分割閾值分別為50，151，182，194，將分割區域以二值圖格式輸出，並校驗分割圖像尺寸及形狀，對分割閾值進行優化，分割得到擴散環區域如圖1(d)所示，1(d)中存在如標號5、6所標示的孤立噪點，通過STATS=regionprops(BW,'area')函數求出當前白色區域面積area，並以所述面積為去噪閾值，採用BW=bwareaopen(BW, area)函數去除分割區域外部小於面積area的孤立噪點，去噪後結果如圖1(e)所示，對圖像1(e)通過函數BW=~BW進行取反操作，再通過函數BW= bwareaopen(BW, 5000)去除分割區域內部如1(e)圖標號7所示像素小於5000的孤立噪點，然後再次對圖像取反，得到去除所有噪點的分割區域如圖1(f)所示，按所述方法進行分割後得到的沉積環、擴散環和油環分別如圖1(g)、1(h)、1(i)所示，將去噪後的二值圖與原始灰度圖對應矩陣元素進行乘積得到分割去噪後的油斑灰度圖，計算油斑的初始灰度均值為Hchushi，按所述方法計算空白濾紙灰度均值Hblank及斑點試驗濾紙空白部位如圖1(c)所示灰度均值Hbackground，對計算所得的油斑灰度均值進行修正，Havg=(Hblank-Hbackground)+Hchushi，以減少手機拍照帶來的誤差，並按所述方法對其餘4個裡程油樣進行灰度均值測定；

對0 km、1084 km、1305 km、1923 km及2348 km裡程油樣進行壓力差式掃描量熱測試，設定升溫速度10 K/min，壓力3.5 MPa，測得起始氧化溫度值；建立試驗車輛運行裡程在0~2348 km期間的5個不同裡程油樣灰度均值與起始氧化溫度的函數關係模型，如圖2(a)所示，灰度均值與起始氧化溫度的線性關係模型為y=0.68x+130.73，其中x為灰度均值，y為起始氧化溫度，擬合優度Adj. R2=0.96，模型可信度高；

按所述方法對未知起始氧化溫度的2750 km、2962 km、和3503 km的3個裡程油樣進行測定，按所述方法取出油樣後，進行斑點試驗，手機拍照，圖像處理獲得油斑灰度均值，帶入所建立的關係模型中，計算出起始氧化溫度值，得到的起始氧化溫度理論計算值如表1所示，與實驗值誤差在-0.62~1.2℃之間，該方法測量起始氧化溫度精度高。

實施例2：

對兩種市售半合成油按所述方法進行試驗，分別取半合成油-1運行裡程0~1258 km之間的5個潤滑油油樣和半合成油-2運行裡程0~3219 km之間4個油樣按所述方法測定起始氧化溫度值與灰度均值；建立灰度均值與起始氧化溫度之間的關係模型分別為y=0.83x+108.71和y=1.24x+37.45，其中x為灰度均值，y為起始氧化溫度，分別如圖2(b)和2(c)所示，其Adj. R2分別為0.99和0.91，模型的可信度高；按所述方法對後續未知起始氧化溫度的潤滑油油樣進行測定，按所述方法取出油樣後，進行斑點試驗，手機拍照，圖像處理獲得油斑灰度均值，帶入所建立的關係模型中，計算出起始氧化溫度值，得到的起始氧化溫度理論計算值如表2和表3所示，半合成油-1理論計算值與實驗值誤差在-0.37~0.77℃之間，半合成油-2理論計算值與實驗值誤差在-0.43~0.26℃之間，該方法測量起始氧化溫度精度高。

實施例3：

對一種市售礦物潤滑油按所述方法進行試驗，對運行裡程在0~2056 km之間的4個油樣按所述方法測定起始氧化溫度和灰度均值；建立灰度均值與起始氧化溫度關係模型為y=1.67x-39.89，其中x為灰度均值，y為起始氧化溫度，如圖2(d)所示，模型擬合優度Adj. R2=0.95，模型可信度高；按所述方法對後續未知起始氧化溫度的3個裡程油樣進行測定，按所述方法取出油樣後，進行斑點試驗，手機拍照，圖像處理獲得油斑灰度均值，帶入所建立的關係模型中，計算出起始氧化溫度值，得到的起始氧化溫度理論計算值如表4所示，礦物油理論值與實驗值的誤差範圍為-4.52~2.1℃，該方法測量精度高。

本發明提供的一種基於斑點試驗的汽油發動機潤滑油氧化安定性測定方法首先通過3~5個潤滑油試樣的斑點試驗結合Matlab圖像處理獲取油斑灰度均值，配合實驗室壓力差式掃描量熱法測定對應油樣起始氧化溫度，建立二者之間的關係模型，隨後通過現場斑點試驗獲取灰度均值，結合所建立的關係模型實現對未知起始氧化溫度潤滑油的現場定量測定。本發明簡單方便、成本低、測量結果準確可靠。

表1 全合成油起始氧化溫度理論計算值與實驗值

表2 半合成油-1起始氧化溫度理論計算值與實驗值

表3 半合成油-2起始氧化溫度理論計算值與實驗值

表4 礦物油起始氧化溫度理論計算值與實驗值