一种基于斑点试验的汽油发动机润滑油氧化安定性测定方法技术领域
本发明涉及一种汽油发动机润滑油氧化安定性的测定方法，属于发动机润滑油监
测领域。
背景技术
润滑油斑点试验早在20世纪50年代已开始应用于现场定性评价润滑油清净分散
性能，该方法操作简单，成本低，耗时短，因此一直沿用至今，但该方法需要具有丰富经验的
专业人员对油斑各区域特征进行识别，且判断的结果存在较大的误差。随着计算机图像处
理技术的发展，有学者利用图像处理技术代替肉眼识别方式来判定油斑的不同区域特征，
计算不同区域面积和色度，试图定量表征润滑油清净分散性能，但目前这些方法还需要进
一步结合现场试验以验证其准确性。
润滑油氧化安定性是润滑油评价过程中的一项重要性能指标，决定了润滑油在使
用过程中发生变质的难易程度、耐高温性能和使用寿命等，因此提供一种更加高效便捷的
润滑油氧化安定性评价方法对监测润滑油的油品质量有着十分重要的意义。目前常用的评
价氧化安定性的方法有旋转氧弹试验，开口试管氧化试验，压力差式扫描量热法等，这些方
法需专业实验人员在实验室借助贵重设备操作，存在着检测时间长、操作步骤复杂、或油品
用量较大等不足，不能满足现场、即时、高效便捷地测定汽油发动机润滑油氧化安定性的需
求。
发明内容
本发明的目的在于实现一种现场、即时、高效便捷的方法来定量测定润滑油的起
始氧化温度，结合润滑油滤纸斑点试验和Matlab图像处理技术分割油斑区域，计算油斑灰
度均值以表征不同运行里程的润滑油变化情况，同时进行压力差式扫描量热法测定起始氧
化温度，建立斑点试验油斑灰度均值与实验室压力差式扫描量热法测定润滑油起始氧化温
度之间的关系模型，以现场斑点试验得到的油斑灰度均值计算起始氧化温度，实现汽油发
动机润滑油氧化安定性现场定量测定。
本发明的一种基于斑点试验的汽油发动机润滑油氧化安定性测定方法，其具体步
骤如下：
(1)取待测车辆3~5个不同运行里程润滑油油样，并进行斑点试验，具体操作方法如下：
a.待汽车发动机停止运行1~2 h后，取出发动机机油尺，抽取8~12 mL发动机润滑油试
样；
b.取一张直径90~110 mm定量滤纸水平放置于直径为65~75 mm一次性塑料杯上，使滤
纸中心区域悬空，在无风环境中，将1~3 mL吸管插入润滑油试样中20~30 mm深度，垂直提出
吸管，将第5或6滴润滑油垂直于滤纸上方20~30 mm滴于滤纸上，待润滑油在滤纸上扩散1~2
h；
c.使用手机拍照功能采集油斑图像，将采集到的图像传输到计算机；
(2)通过Matlab软件对油斑图像进行处理，求取油斑灰度均值，具体方法为：
a.通过Matlab软件将采集得到的彩色油斑图像转换为灰度图像，输出图像灰度直方
图，并确定图像不同区域分割阈值，采用全局阈值法对图像进行分割，以二值图格式输出分
割后的图像，校验分割得到区域的大小和形状，优化分割阈值；
b.通过STATS=regionprops(BW,'area')函数求解当前图像面积，采用BW=bwareaopen
(BW, area)函数去除分割区域外部面积小于阈值area的孤立噪点，对二值图像进行取反，
再次进行BW=bwareaopen(BW, 5000)去除分割区域内部面积小于5000的噪点，然后再次对
图像取反，得到去除所有噪点的分割区域；
c.将去噪后的二值图转换为灰度图，得到分割和去噪后的油斑灰度图，计算油斑的灰
度均值，根据空白滤纸灰度均值及斑点试验滤纸空白部位灰度均值，对计算所得的油斑灰
度均值进行修正，减少拍照所带来的误差；
(3)对步骤(1)中获取的润滑油油样进行压力差式扫描量热试验测定润滑油起始氧化
温度值，并与所得到的油样灰度均值建立函数关系模型；
(4)按步骤(1)取待测起始氧化温度的润滑油油样进行现场斑点试验，通过步骤(2)方
法进行图像分割和计算获得该里程油斑灰度均值，将得到的灰度均值带入所建立的函数关
系模型中进行计算，得到该里程的起始氧化温度值。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的一种基于斑点试验的汽油发动机润滑油氧化安定性测定方法仅需测定3~
5个行驶里程润滑油油样的起始氧化温度值，结合斑点试验中对应的油斑灰度均值即可建
立两者之间的数学关系模型，实现润滑油起始氧化温度的测定，定量表征润滑油的氧化安
定性，测量精度高。
(2)本发明的一种基于斑点试验的汽油发动机润滑油氧化安定性测定方法，试验
设备简单，操作方便，用油量少，成本低，以手机拍照功能结合数据的无线传输方式，实现了
数据的远距离传输与存储。
(3)本发明的一种基于斑点试验的汽油发动机润滑油氧化安定性测定方法，在
Matlab软件中完成图像分割、去噪和灰度均值求解，处理速度快，精度高。
附图说明
图1为本发明油斑图像处理过程图，其中(a)为油斑灰度图像，(b)为油斑灰度直方
图，(c)为油斑滤纸空白区域灰度图，(d)为有噪点分割图，(e)为去除油斑外部噪点图，(f)
为去除油斑内部噪点图，(g)为分割得到沉积环图，(h)为分割得到扩散环图，(i)为分割得
到油环图；
图2为本发明通过实施例提供的不同种类润滑油起始氧化温度预测数据与实验数据对
比图，其中(a)为全合成油，(b)为半合成油-1，(c)为半合成油-2，(d)为矿物油。
具体实施方式
为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附
图及应用实例，对依据本发明提出的一种基于斑点试验的汽油发动机润滑油氧化安定性测
定方法的具体实施方式及工作原理进行详细说明。以下实施例仅用于更清楚地说明本发明
的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
对一种市售全合成润滑油进行行车试验，对运行0 km、1084 km、1305 km、1923 km及
2348 km的5个里程润滑油分别取样，以其中1084 km油样为例具体说明本发明实施方式，待
发动机停止运行1~2 h后，取出机油尺，抽取8~12 mL润滑油置于15 mL离心管中，将容量为1
~3 mL的吸管插入到距离润滑油液面约为20~30 mm处采集油样，垂直上提，将第5或6滴润滑
油滴于直径约为90~110 mm的定量滤纸上，定量滤纸置于直径为65~75 mm的一次性塑料杯
杯口上，使滤纸中心悬空，待润滑油在滤纸上扩散1~2 h后，将手机置于三脚架上，用水平仪
保持手机摄像头水平，调整三脚架固定拍摄高度约为50~100 mm，拍摄油斑图像并将照片传
输到计算机上；将拍摄的彩色油斑图像通过J=rgb2gray(I)函数将原始彩色图像I转换成如
图1(a)所示的灰度图像，标号1所示为油环区域，标号2所示为扩散环区域，标号3所示为沉
积环区域，输出灰度油斑图像的灰度直方图如图1(b)所示，根据图1(b)中标号4所示的波谷
位置对应的灰度值确定分割阈值分别为50，151，182，194，将分割区域以二值图格式输出，
并校验分割图像尺寸及形状，对分割阈值进行优化，分割得到扩散环区域如图1(d)所示，1
(d)中存在如标号5、6所标示的孤立噪点，通过STATS=regionprops(BW,'area')函数求出当
前白色区域面积area，并以所述面积为去噪阈值，采用BW=bwareaopen(BW, area)函数去除
分割区域外部小于面积area的孤立噪点，去噪后结果如图1(e)所示，对图像1(e)通过函数
BW=~BW进行取反操作，再通过函数BW= bwareaopen(BW, 5000)去除分割区域内部如1(e)图
标号7所示像素小于5000的孤立噪点，然后再次对图像取反，得到去除所有噪点的分割区域
如图1(f)所示，按所述方法进行分割后得到的沉积环、扩散环和油环分别如图1(g)、1(h)、1
(i)所示，将去噪后的二值图与原始灰度图对应矩阵元素进行乘积得到分割去噪后的油斑
灰度图，计算油斑的初始灰度均值为Hchushi，按所述方法计算空白滤纸灰度均值Hblank及斑点
试验滤纸空白部位如图1(c)所示灰度均值Hbackground，对计算所得的油斑灰度均值进行修
正，Havg=(Hblank-Hbackground)+Hchushi，以减少手机拍照带来的误差，并按所述方法对其余4个里
程油样进行灰度均值测定；
对0 km、1084 km、1305 km、1923 km及2348 km里程油样进行压力差式扫描量热测试，
设定升温速度10 K/min，压力3.5 MPa，测得起始氧化温度值；建立试验车辆运行里程在0~
2348 km期间的5个不同里程油样灰度均值与起始氧化温度的函数关系模型，如图2(a)所
示，灰度均值与起始氧化温度的线性关系模型为y=0.68x+130.73，其中x为灰度均值，y为起
始氧化温度，拟合优度Adj. R2=0.96，模型可信度高；
按所述方法对未知起始氧化温度的2750 km、2962 km、和3503 km的3个里程油样进行
测定，按所述方法取出油样后，进行斑点试验，手机拍照，图像处理获得油斑灰度均值，带入
所建立的关系模型中，计算出起始氧化温度值，得到的起始氧化温度理论计算值如表1所
示，与实验值误差在-0.62~1.2℃之间，该方法测量起始氧化温度精度高。
实施例2：
对两种市售半合成油按所述方法进行试验，分别取半合成油-1运行里程0~1258 km之
间的5个润滑油油样和半合成油-2运行里程0~3219 km之间4个油样按所述方法测定起始氧
化温度值与灰度均值；建立灰度均值与起始氧化温度之间的关系模型分别为y=0.83x+
108.71和y=1.24x+37.45，其中x为灰度均值，y为起始氧化温度，分别如图2(b)和2(c)所示，
其Adj. R2分别为0.99和0.91，模型的可信度高；按所述方法对后续未知起始氧化温度的润
滑油油样进行测定，按所述方法取出油样后，进行斑点试验，手机拍照，图像处理获得油斑
灰度均值，带入所建立的关系模型中，计算出起始氧化温度值，得到的起始氧化温度理论计
算值如表2和表3所示，半合成油-1理论计算值与实验值误差在-0.37~0.77℃之间，半合成
油-2理论计算值与实验值误差在-0.43~0.26℃之间，该方法测量起始氧化温度精度高。
实施例3：
对一种市售矿物润滑油按所述方法进行试验，对运行里程在0~2056 km之间的4个油样
按所述方法测定起始氧化温度和灰度均值；建立灰度均值与起始氧化温度关系模型为y=
1.67x-39.89，其中x为灰度均值，y为起始氧化温度，如图2(d)所示，模型拟合优度Adj. R2=
0.95，模型可信度高；按所述方法对后续未知起始氧化温度的3个里程油样进行测定，按所
述方法取出油样后，进行斑点试验，手机拍照，图像处理获得油斑灰度均值，带入所建立的
关系模型中，计算出起始氧化温度值，得到的起始氧化温度理论计算值如表4所示，矿物油
理论值与实验值的误差范围为-4.52~2.1℃，该方法测量精度高。
本发明提供的一种基于斑点试验的汽油发动机润滑油氧化安定性测定方法首先
通过3~5个润滑油试样的斑点试验结合Matlab图像处理获取油斑灰度均值，配合实验室压
力差式扫描量热法测定对应油样起始氧化温度，建立二者之间的关系模型，随后通过现场
斑点试验获取灰度均值，结合所建立的关系模型实现对未知起始氧化温度润滑油的现场定
量测定。本发明简单方便、成本低、测量结果准确可靠。
表1 全合成油起始氧化温度理论计算值与实验值
表2 半合成油-1起始氧化温度理论计算值与实验值
表3 半合成油-2起始氧化温度理论计算值与实验值
表4 矿物油起始氧化温度理论计算值与实验值