發動機機油質量性能探測儀研究

摘 要：“發動機機油質量性能探測儀”主要采用了紅外吸光度的參數以及電容參數對比方式進行檢測。用報星級的方式提示用戶什么時候該更換機油。

關鍵詞：發動機；傳感器；機油

目前在汽車制造行業中，顯示汽車行駛中各種技術指標的傳感器都有了相當快的發展，但是對發動機機油性能狀態的監視在國內外還是一片空白。而發動機在高速運行中，機油的物理性能、清潔程度對發動機的運行以及壽命是非常重要的。

目前，人們鑒別機油質量的方法主要有肉眼觀察法和儀器檢測法這兩種，下面請看一下表格。通過以上的表格大家都已經清楚地看到它們的優缺點，而我們的作品可以基本克服這些缺點，并且結構簡單、使用方便、可靠性好，誤差也比較小。

據調查，目前已經有一項關于機油檢測的專利已獲得授權，即“袖珍式紅外線機油檢測儀”。但它是采取單一指標（紅外吸光度參數）來判斷，根據實驗結果發現這樣做是有很大的局限性和不可靠性的。

一、設計方案

本研究的第一個創新點。由于機油變質時，氧化產物、熱降解產物以及油中極化分子都會不斷增多。同時，由于摩擦和磨損，磨損下來的金屬粒子和其他導電性強的化合物都會增多。這兩種現象會明顯導致油的介電常數發生變化，所以電容就是一個很好的測試量，在不同的油質中它會有所差別。因此，在采用了紅外吸光度的參數外，我們還增加了電容參數，通過兩路參數的比較，得出正確的判斷，提高了檢測結果的可靠性。另外，用報星級的方式提示用戶什么時候該更換機油，這樣能使機油得到充分利用不至于浪費，同時也可以保護發動機從。

對于電容探頭的設計，這是我們的第二個創新點。經過反復實驗，我們最終設計出了梳狀型探頭，這是它的圖片。此探頭的好處是可以通過改變各個平行間距或是增加接觸面積來改變測得的電容值，實驗后發現所測得值也相對穩定可靠的，而相比圓筒狀探頭，梳狀型探頭也更容易清洗，測量值更準確。

另外，我們在探頭的導線上套上了屏蔽線，它可以顯著地減小電容性耦合和電感性耦合，也可以很好地防止干擾電容、寄生電容在微電容量變化信號采樣時的竄入，使結果具有較高的精度和可靠性。

發動機油底殼內的機油，由于各種原因，會逐漸氧化，顏色變黑，性能會降低。鑒于此用紅外探頭測試在不同油中轉換的電壓的值，可以得到相關油質結論。根據油膜檢測法，由幻燈片上的吸光度和油膜厚度公式可以得出吸光度與雜質濃度和雜質粒度是呈線性關系的。

最初我們設計的紅外對管中接收和發射管是同方向的即平行結構，后來發現反射回來的值大多數時候是油箱底或是郵箱壁反射回來的值，這樣不能有效的測出數據，因此針對原來的組裝進行了改變，將接收和發射管設計成對管式，這樣反射回來的則是準確的測量值。

組合探頭：A+B，大大提高了可靠性，使用也更加方便，并且這樣一個探頭設計也是比較精巧的。

電路部分的電容測量這一塊是我們的第三個創新點。最初我們通過自己搭好目前已有的各種測電容的電路來測，這是其中一個板子。后來發現有兩個問題：第一個是無法測到那么低的電容值，因為我們通過標準儀表測得機油的電容值只有幾十皮法，一般電路根本沒法測。第二個問題就是分辨率遠遠不夠。后來轉向使用集成芯片，多次選擇之后采用了AD7746。它適合小尺寸和低功耗應用，靈敏度也很高。而且本身增益誤差的出廠校準值小于4pF，更新率為10 Hz～9 Hz，分辨率達到24 Bit，正好適合機油微電容量變化的測量。

通過以上的測試結果和分析可以得出，發動機機油的好壞是可以用數據和相應的曲線圖這兩個參數進行辨別的，且得到的值相對穩定。另外，此次實驗是用低擋次的油品做的測試和分析，但對中高檔次的油品也在軟件上做了設計。可以在測試前選擇不同的品牌的機油，對不同檔次的新機油分別用5星、4星、3星來表示。這樣也使得儀器更加的人性化。

本作品在很大程度上填補了機油檢測的缺陷，與前面說的測機油的方法比還是相當具有優勢的，考慮到廣大的汽車市場，我們可以想到它應該是有很好的經濟效益的。

二、總結

對于目前我們這個作品，它已經能夠達到機油質量性能檢測的目的。我們也考慮到，事實上它還有更好的應用前景，那就是實現車載，因此下一步的研究就是綜合汽車發動機內部及周圍環境，比如說溫度啊噪聲啊等等，可以去設計能夠實現車載的儀表。仔細考慮了之后，我們有了使用MSP430系列單片機型號為F1232作為核心處理器的構想，它屬于低功耗器件，提供的I/O口也剛好適合我們的設計需要（不多不少）并且體積也可以做得更小，從而能夠放入發動機內部實現車載。對于最易發生的寄生電容等問題，在這一設計階段可很好的解決，那就是將AD7746長期放在與探頭檢測最近的現場，一接收到數據馬上轉化成電壓量，那么寄生電容的問題便可最小化，使測量精度進一步提高。

參考文獻

[1]周鑫.在用車發動機油快速檢測質量的研究[J].汽車工藝與材料，2005.

[2]徐恒，張忠剛.發動機機油質量快速檢測三法[J].電腦知識與技術，2010.

作者簡介

斯衡（1984—），男，漢族，浙江省杭州人，碩士，杭州職業技術學院信息工程學院，主要從事信息技術的教學研究工作.