柴油机机油状态监测设计

柴油机机油状态监测设计

张健桀  苏宇婷  段訾义

大连中车柴油机有限公司           辽宁大连           116022

摘要：本文介绍了一种柴油机机油状态监测的设计方法，利用机油在运用过程中存在的微导电性，通过放大电路将油介电常数进行信号转换和放大处理，并通过设备安装布置来监测柴油机机油的高、低油位，以及对运用中机油品质变化，并通过试验获取机油状态是否正常的临界指标。

关键词：柴油机；机油；状态监测

机油状态是柴油机的重要监测参数之一，开展在线油液监测基础理论研究、研发在线油液监测传感器、开发设备综合诊断分析系统以及多信息融合技术研究仍是今后油液监测技术领域研究的主题。机油状态的监测主要分为温度、压力、油位、机油品质等指标，目前柴油机机油温度和压力的监测较为普遍和成熟，而机油油位、机油品质性能等指标的监测较为复杂。本文根据机油介电常数原理，通过电路信号放大设计和安装布置，实现一种结构简。可靠、体积小，能够集油位、油品监测一体的机油状态监测装置，用以实现柴油机在运用中机油状态的监测和预警。

1  总体方案

理论纯净的机油不具有导电性，但机油含有添加剂、微量水分、金属、其他元素和杂质时绝缘能力会下降，因此通常柴油机使用的机油均具有微导电性，根据此特点，通过电路设计，进行信号转换、放大和输出，能够对机油运用状态的变化进行监测。

1.1 基础原理

图1是机油监测装置基础原理，将机油作为线路中的一个电阻，在线路中串联另一个电阻，系统为线路供电并测量另一个电阻上的电压。在线路没入正常的机油中、露出机油（断路）、没入老化的机油中、没入带水或燃油的机油中不同状态下，电压表测得的电压值将有所不同，系统将采用该电压信号来判定机油状态。

图1 柴油机机油监测装置基础原理图

1.2  信号放大设计

由于机油的阻值较大，直接接入电路后很难测数有效的电压信号，为了保证输出电压随着机油状态变化的灵敏性，需保证串联电阻的分压在合理范围内。为此一方面要选用电阻值足够大的串联电阻，另一方面将没入机油部分进行网栅部件设计，如图2所示，通过网栅设计能够减小“机油电阻”长度和实现多个“机油分电阻”并联，从而大幅度降低机油电阻的阻值。

图2 网栅式机油电阻设计原理图

3内部电路设计

图3为机油监测装置内部电路图，该装置主要由2个油位网栅、2个10MΩ电阻及连接线缆组成，4芯外接线缆分别为24V电源、0V地线、低油位电压信号输出、高油位电压信号输出。

正常油位时低油位信号输出低油位电阻的分压电压，高油位信号输出电压0V；油位低时低油位信号输出电压0V；油位高时高油位信号输出高油位电阻的分压电压；机油粘度低时，网栅电阻下降，低油位信号输出的电压将随之升高。

图3 机油监测装置内部电路图

4设备安装布置

图4为机油监测装置布置图，如果仅监测机油品质状态，需将监测装置完全安装在油液内即可；如果同时监测机油的油位高度，需调整机油监测装置，使高低油位网栅处于合适位置，装置内部的高油位网栅保持在最高正常油位之上，低油位网栅则保持在最低正常油位以下，监测装置通过外接线缆将信号发送至监控设备上。

图4 机油监测装置布置图

5测试试验

机油状态监测装置的测试试验内容包括机油电阻选型测试试验和油品状态变化测试试验两个项目。

机油网栅采用长宽分别为40mm，厚度2mm的绝缘材料，例如酚醛树脂或玻璃纤维。如图5所示，在绝缘材料上分别加工不同直径和数量的油孔矩阵，采用刻蚀电路将所有油孔进行并联连接，将网栅放入正常机油中进行测试，测试结果表明，油孔直径1mm、并联油孔数量64个以上时，电路上10MΩ电阻的分压不高于13.5V，能够满足监测信号精度要求。

图5机油网栅结构图

分别向正常机油中加入燃油和水，将网栅放入机油中进行测试。测试结果为：加入5%燃油量后电路上10MΩ电阻的分压的变化仍较小，仅从13.5V上升至13.9V；加入水量超过机油总量的0.4%以上后，10MΩ电阻的分压开始出现明显的变化，0.5%水含量时分压上升至17V。测试表明该监测装置能够用于监测机油介电常数指标的变化。

6  结论

1）利用机油介电常数指标，采用信号转换和方法电路设计，能够实现柴油机在运用中机油状态的监测和预警，有效的进行柴油机机油运用状态的主动预知维修，提高柴油机的可靠性。

2）本文的设计方案原理简单、制造成本低廉、可靠性高，缩小高低油位监测装置安装空间，可作为独立传感器单元，提高监测系统组装使用的便捷性。

3）本文设计的机油监测装置能够有效的反馈机油的高低油位状态，以及能够进行机油进水乳化或其他导致介电常数性能指标变化的监测；对燃油稀释等现象，由于机油介电常数指标没有明显的变化，该监测装置反馈信号的灵敏性不高，仍需通过研究粘温曲线、密度等其他机油指标来进一步完善。

参考文献

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