发动机机油质量性能探测仪研究

摘 要：“发动机机油质量性能探测仪”主要采用了红外吸光度的参数以及电容参数对比方式进行检测。用报星级的方式提示用户什么时候该更换机油。

关键词：发动机；传感器；机油

目前在汽车制造行业中，显示汽车行驶中各种技术指标的传感器都有了相当快的发展，但是对发动机机油性能状态的监视在国内外还是一片空白。而发动机在高速运行中，机油的物理性能、清洁程度对发动机的运行以及寿命是非常重要的。

目前，人们鉴别机油质量的方法主要有肉眼观察法和仪器检测法这两种，下面请看一下表格。通过以上的表格大家都已经清楚地看到它们的优缺点，而我们的作品可以基本克服这些缺点，并且结构简单、使用方便、可靠性好，误差也比较小。

据调查，目前已经有一项关于机油检测的专利已获得授权，即“袖珍式红外线机油检测仪”。但它是采取单一指标（红外吸光度参数）来判断，根据实验结果发现这样做是有很大的局限性和不可靠性的。

一、设计方案

本研究的第一个创新点。由于机油变质时，氧化产物、热降解产物以及油中极化分子都会不断增多。同时，由于摩擦和磨损，磨损下来的金属粒子和其他导电性强的化合物都会增多。这两种现象会明显导致油的介电常数发生变化，所以电容就是一个很好的测试量，在不同的油质中它会有所差别。因此，在采用了红外吸光度的参数外，我们还增加了电容参数，通过两路参数的比较，得出正确的判断，提高了检测结果的可靠性。另外，用报星级的方式提示用户什么时候该更换机油，这样能使机油得到充分利用不至于浪费，同时也可以保护发动机从。

对于电容探头的设计，这是我们的第二个创新点。经过反复实验，我们最终设计出了梳状型探头，这是它的图片。此探头的好处是可以通过改变各个平行间距或是增加接触面积来改变测得的电容值，实验后发现所测得值也相对稳定可靠的，而相比圆筒状探头，梳状型探头也更容易清洗，测量值更准确。

另外，我们在探头的导线上套上了屏蔽线，它可以显著地减小电容性耦合和电感性耦合，也可以很好地防止干扰电容、寄生电容在微电容量变化信号采样时的窜入，使结果具有较高的精度和可靠性。

发动机油底壳内的机油，由于各种原因，会逐渐氧化，颜色变黑，性能会降低。鉴于此用红外探头测试在不同油中转换的电压的值，可以得到相关油质结论。根据油膜检测法，由幻灯片上的吸光度和油膜厚度公式可以得出吸光度与杂质浓度和杂质粒度是呈线性关系的。

最初我们设计的红外对管中接收和发射管是同方向的即平行结构，后来发现反射回来的值大多数时候是油箱底或是邮箱壁反射回来的值，这样不能有效的测出数据，因此针对原来的组装进行了改变，将接收和发射管设计成对管式，这样反射回来的则是准确的测量值。

组合探头：A+B，大大提高了可靠性，使用也更加方便，并且这样一个探头设计也是比较精巧的。

电路部分的电容测量这一块是我们的第三个创新点。最初我们通过自己搭好目前已有的各种测电容的电路来测，这是其中一个板子。后来发现有两个问题：第一个是无法测到那么低的电容值，因为我们通过标准仪表测得机油的电容值只有几十皮法，一般电路根本没法测。第二个问题就是分辨率远远不够。后来转向使用集成芯片，多次选择之后采用了AD7746。它适合小尺寸和低功耗应用，灵敏度也很高。而且本身增益误差的出厂校准值小于4pF，更新率为10 Hz～9 Hz，分辨率达到24 Bit，正好适合机油微电容量变化的测量。

通过以上的测试结果和分析可以得出，发动机机油的好坏是可以用数据和相應的曲线图这两个参数进行辨别的，且得到的值相对稳定。另外，此次实验是用低挡次的油品做的测试和分析，但对中高档次的油品也在软件上做了设计。可以在测试前选择不同的品牌的机油，对不同档次的新机油分别用5星、4星、3星来表示。这样也使得仪器更加的人性化。

本作品在很大程度上填补了机油检测的缺陷，与前面说的测机油的方法比还是相当具有优势的，考虑到广大的汽车市场，我们可以想到它应该是有很好的经济效益的。

二、总结

对于目前我们这个作品，它已经能够达到机油质量性能检测的目的。我们也考虑到，事实上它还有更好的应用前景，那就是实现车载，因此下一步的研究就是综合汽车发动机内部及周围环境，比如说温度啊噪声啊等等，可以去设计能够实现车载的仪表。仔细考虑了之后，我们有了使用MSP430系列单片机型号为F1232作为核心处理器的构想，它属于低功耗器件，提供的I/O口也刚好适合我们的设计需要（不多不少）并且体积也可以做得更小，从而能够放入发动机内部实现车载。对于最易发生的寄生电容等问题，在这一设计阶段可很好的解决，那就是将AD7746长期放在与探头检测最近的现场，一接收到数据马上转化成电压量，那么寄生电容的问题便可最小化，使测量精度进一步提高。

参考文献

[1]周鑫.在用车发动机油快速检测质量的研究[J].汽车工艺与材料，2005.

[2]徐恒，张忠刚.发动机机油质量快速检测三法[J].电脑知识与技术，2010.

作者简介

斯衡（1984—），男，汉族，浙江省杭州人，硕士，杭州职业技术学院信息工程学院，主要从事信息技术的教学研究工作.