Щелочные свойства и число в моторном масле
Для моторных масел также используется такая характеризующая его химические свойства величина как кислотное число. В процессе эксплуатации смазки кислотность ее повышается из за выработки нейтрализующих свойств присадок. Если в масло попадет вода, то его кислотность может существенно увеличиться. Причины, по которым повышается кислотное число могут заключаться в неисправности двигателя-высоком износе поршневых колец, дефектах стенок цилиндров.
Снижение щелочности ниже определенного производителем порога означает выработку ресурса и предполагает замену масла и масляного фильтра. При снижении этого показателя ниже 50% от первоначального значения масло считается отработанным и подлежит замене.
Автомобилистам не обязательно знать насколько упало щелочное число, достаточно содержать автомобиль в исправном состоянии и проводить регламентную замену смазочных материалов. В диагностической лаборатории возможно установить число щелочных и кислых компонентов на единицу массы моторного масла, но подобный дорогостоящий тест не имеет никакого практического смысла, т.к. дешевле произвести замену. Замену можно сделать и без использования специальной промывки, залив порцию обычного масла и проехав небольшое расстояние. Содержащиеся в нем «свежие» присадки нейтрализуют остатки старых кислотных продуктов оставшиеся в масляной системе двигателя, и после этого можно будет залить уже новую рабочую порцию смазки.
В заключение, можно добавить, что заливая в автомобиль масло с неизвестными характеристиками владельцы рискуют необратимо вывести из строя двигатель.
Разработка присадок и проведение испытаний, это наукоемкий процесс, требующий наличия соответствующей материально-технической базы и испытательной лаборатории. В домашних условиях точно повысить щелочность до нужного уровня простым добавлением KOH невозможно — технология ввода присадочных компонентов применяемая в промышленности сложная и многоступенчатая, воспроизвести ее в быту невозможно.
Что означает щелочное число моторного масла?
Большинство автомобилистов, в той или иной мере, разбирается в классификации масел по вязкости и распространённым международным стандартам (API, ACEA и т. д.), которые указываются на лицевой стороне канистры. Однако о таком показателе, как щелочное число моторного масла, не все даже слышали. Давайте разберёмся, что означает этот параметр с теоретической и практической точки зрения.
Химический смысл щелочного числа
Щелочное число моторного масла (в англоязычной литературе обозначается аббревиатурой TBN) – это величина, указывающая на количество гидроксидов калия в одном грамме моторного масла. Единица измерения – мгКОН/г.
Как известно, щёлочь является некой противоположностью кислот. Большинство кислот, вне зависимости от химических элементов, их образующих, при взаимодействии со щелочами нейтрализуются. То есть теряют свою способность отдавать катион водорода и преобразовываются в менее активные химические соединения.
Гидроксид калия обладает одним из сильнейших свойств нейтрализации кислот. Одновременно с этим раствор КОН имеет мощные расщепляющие, растворяющие и моющие свойства. Это соединение, например, широко применяется при производстве промышленных моющих составов. Поэтому для моторных масел при подсчёте щелочного числа за базовый компонент взят именно гидроксид калия.
Практическое значение
Моторное масло работает в сложных условиях. Давление, высокие температуры, проникающее через кольца топливо, раскалённые газы и сажа – всё это ведёт к неизбежным химическим преобразованиям как базы, так и присадочных компонентов масла.
Под воздействием высоких температур и в присутствии кислорода происходит окисление моторного масла. Несмотря на то, что базовый состав, особенно синтетических моторных масел, имеет высокую химическую стабильность, при высокой температуре неизбежно формируются окислы.
Что плохого в окислах? По большому счёту, окисление моторного масла – это его выгорание. Ведь сам процесс горения – это с химической точки зрения реакция окисления с выделением тепла. А продукты такой реакции, то есть окислы, в большинстве своём представляют собой бесполезный балласт из химически нейтральных или малоактивных соединений.
Для краткого описания совокупности большинства подобных окислов существует даже особый термин – шлам. Продукты термического разложения масла, то есть шлам, оседают на поверхностях двигателя, что приводит к его загрязнению. Загрязнение мотора чревато перегревом. Также частицы шлама зачастую содержат и сверхтвёрдые окислы, которые работают как абразивы.
Часть окислов обладает химической активностью. Некоторые из них способны инициировать коррозионные процессы или локально разрушать неметаллические детали мотора (в основном резиновые уплотнители).
Гидроксид калия работает в двух направлениях:
При работе двигателя щелочное число моторного масла уменьшается, что является нормальным процессом.
Оценка щелочного числа моторного масла
Щелочное число почти всегда указывается на канистре с маслом на тыльной стороне этикетки. В настоящее время этот показатель варьируется в пределах от 5 (для самых простых и дешёвых смазочных материалов) до 14 мгКОН/г.
При прочих равных в дизельных моторах образуется больше окислов. Во-первых, это связано с составом топлива. Содержание серы в дизельном топливе значительно выше, чем в бензине. А сера склонна формировать различные оксиды при воздействии высоких температур.
Во-вторых, условия работы дизельного двигателя более суровые. Выше давление, выше температура в камере сгорания. Как следствие, активнее идёт процесс выгорания масла.
Поэтому для чисто дизельных масел нормальным считается щелочное число от 9 мгКОН/г и выше. У бензиновых моторов требования несколько занижены. Для нефорсированных двигателей, работающих на бензине, достаточным будет 7-8 мгКОН/г.
Однако есть масла, в которых щелочное число ниже. Это вовсе не означает, что масло плохое, и лучше избегать его использования. Нужно понимать, что моющие свойства у таких масел будут ниже. А это означает, что ближе к замене (когда и так изначально невысокое количество щёлочи снизится) ускорится процесс образования шлама. Поэтому масла с низким щелочным числом рекомендуется менять чаще.
Обратной стороной медали выступает и то, что с усилением пакета присадок снижается и щелочное число. То есть в теории, особенно для недорогих масел, как раз таки высокое щелочное число может указывать на обеднённый состав других важных присадок.
Технические характеристики моторных масел
Технические характеристики моторных масел показывают, при каких условиях они способы защищать двигатель от износа, коррозии, загрязнений, возникающих в ходе работы. Информацию о типовых характеристиках можно найти в листе технического описания (TDS, Technical Data Sheet).
Температура вспышки (flash point)
Температура вспышки — самая низкая температура, при которой пары смазочного материала образуют смесь с воздухом, воспламеняющуюся при контакте с огнем. Само масло при этом еще не воспламеняется. Определяют в открытом или закрытом тигле, в последнем случае она на 20-25 градусов ниже.
Температура застывания (pour point)
Температура застывания — самая низкая температура, при которой масло еще сохраняет текучесть. Температура застывания, согласно стандартам, на 3°С выше температуры застывания.
Температура застывания показывает возможность переливания моторного масла без необходимости подогрева.
Общее щелочное число (Total Base Number, TBN)
Общее щелочное число (TBN, Total Base Number) — это показатель, который характеризует общую щелочность масла. Выражается количеством гидроокиси калия (KOH) в мг на 1 г смазочного материала. В маслах щелочное число повышают моющие и диспергирующие присадки, поэтому по этому показателю косвенно можно судить о сроке служба масла.
Зачем нужна щелочь в масле?
Процесс сгорания топлива в двигателе сопровождается выделением осадков кислотной природы. Попадая в картер, они провоцируют окисление поверхностей, что приводит к коррозии и образованию шламовых отложений, которые нарушают циркуляцию масла. Как итог — масляное голодание и отказ силового агрегата.
Щелочные компоненты необходимы для нейтрализации кислотных продуктов горения. Моющие присадки растворяют твердые отложения и препятствуют образованию новых, диспергирующие же удерживают твердые вещества во взвешенном состоянии и расщепляют кислоты на нейтральные фракции.
В процессе работы масла щелочные присадки постепенно расходуются, щелочное число падает
Следует отметить, что в реальной жизни практически не бывает ситуаций, чтобы щелочное число приблизилось к нулю в результате выработки. Однако затягивать с заменой масла не стоит.
Высокое щелочное число — показатель качества?
Высокое щелочное число — отличное преимущество для клиентов, которые не сильно разбираются в параметрах моторных масел. Дело в том, что высокий показатель TBN повышает другой, очень важный фактор — содержание сульфатной золы, которая оказывает негативное влияние на каталитический нейтрализатор выхлопной системы, оседает на маслосъемных кольцах и клапанах. Кроме того, если головка поршня покроется твердым нагаром от высокозольного масла, хонинговальные риски, которые способствуют удержанию масляной пленки, начинают стираться. Последствия этого — «масложор», прогар клапанов, разрушение катализатора — тема для отдельной статьи.
Именно поэтому в последнее время получили распространение средне- и малозольные масла (Mid и Low SAPS), которые имеют сниженное содержание сульфатной золы и щелочи.
Важно понимать, что о моющих способностях масла свидетельствует содержание нейтральных солей, а не общее щелочное число TBN. Нейтральные соли не повышают TBN, поэтому низкое содержание щелочи не является показателем низкого качества моторного масла.
На качество моторного масла влияют не только моющие, но и антиокислительные, диспергирующие, противоизносные, противозадирные присадки, а так же качество базового масла.
Выбирать масла с высоким щелочным числом стоит в том случае, если качество топлива в вашем регионе оставляет желать лучшего. Высокое содержание серы приводит к быстрому окислению масла, поэтому масло с высоким TBN прослужит немного дольше.
Кислотное число (Total Acid Number, TAN)
TAN — показатель, характеризующий наличие в масле кислот, которые приводят к коррозии металлов. По этому показателю можно косвенно судить о качестве базового масла. В хорошо очищенных маслах II и III группы, например, TAN будет меньше, чем в I группе. Стандартный метод измерения — ASTM D664
Сульфатная зольность
Зольность — это показатель количества несгораемых примесей, которые являются следствием наличия в масле комплекса присадок с металлическими и органическими компонентами. Для разных категорий масел существуют свои нормативы содержания сульфатной золы.
Полнозольные (Full SAPS) масла
По классификации ACEA — A1/B1, A3/B3, A3/B4, A5/
B5. Такие масла могут негативно сказываться на многоступенчатых каталитических нейтрализаторах и фильтрах DPF. Типичное значение зольности — 0,9 — 1,1%.
Среднезольные (Mid SAPS) масла
Согласно классификации ACEA имеют обозначения C2 и C3. Зольность таких масел колеблется в диапазоне 0,6-0,9%.
Малозольные (Low SAPS) масла
По классификации ACEA — C1 и C4. По стандарту содержание сульфатной золы не должно превышать 0,5%.
Испаряемость по методу Ноака
Испаряемость по NOACK — это показатель, характеризующий склонность масла к угару/испарению. Испаряемость по НОАК выражается в процентах, и чем эта цифра меньше, тем меньше расход масла на угар.
Как определяют испаряемость по НОАК?
Стандартизирован тест Селби-Ноака в методе ASTM D5800. Образец масла весом 65 г помещают в специальный аппарат, нагревают до 245,2 °С и в течение 60 минут пропускают над нагретым образцом постоянный поток воздуха с помощью вакуумного насоса.
Для качественных моторных масел показатель испаряемости обычно не превышает 14%. Косвенно по этому числу можно оценивать качество базовых масел.
Автомасла и все, что нужно знать о моторных маслах
Щелочное число масла
При изучении свойств смазочных технических составов, предназначенных для различных двигателей, очень часто требуется провести анализ щелочного числа масла. Если его не проводить, то достаточно сложно определить, в каком состоянии находится ДВС. Дело в том, что наступает такой момент, когда для организации стабильной работы силовой установки необходимо воспользоваться специальными присадками.
Щелочное число моторного масла
Какие параметры связаны со щелочным числом моторного масла
Для определения уровня качества смазки автомобильного двигателя обычно рассматривают вязкость и температуру. От этих двух показателей зависит полноценная работа мотора. Чтобы получить более полную характеристику смазочного материала, обращаются также к дополнительным показателям. Одним из них считается щелочное число масла. Обычно его обозначают TBN.
Это значение очень важно при определении состояния смазочного материала, а также его дальнейшей работоспособности. Оно говорит о состоянии смазки, какая у нее щелочность на имеющийся период времени. При этом число может изменяться, так как напрямую зависит от добавляемых присадок, которые должны не давать продуктам горения осаждаться на поверхности деталей двигателя.
При высоком значении TBN смазочный материал отличается максимальным сопротивлением подобным явлениям. Для его определения необходимо сложить все щелочные добавки, находящиеся в составе, а именно:
Соотношение многочисленных составляющих представляет собой количество гидроокиси калия (измеряется в мг), содержащегося в одном грамме смазочного элемента. Обозначается как мгКОН/г.
Расчет щелочного числа моторного масла
Сегодня не существует общепринятого способа определения TBN. Каждый специалист решает эту проблему по собственной методике. Обычно учитываются различные параметры качества масла, изучается состав присадок, а также данные лабораторных исследований.
Наиболее популярной методикой, используемой сегодня, является перемножение удельного веса серы на коэффициент, равный 20. Так как установленные государственные нормативы запрещают наличие в топливе больше 0,5 процентов серы, в случае умножения такого параметра на 20, получается 10.
Показанный пример характерен для дизельных моторов. Именно таким показателем дизельные агрегаты отличаются от обычных бензиновых моторов. В состав солярки входит намного больше серы, чем в обычный бензин. Поэтому у дизельной жидкости TBN всегда выше.
Конечно, такой расчет не дает точного результата, и специалисты советуют в этом вопросе применять составы, указанные в сервисной книжке.
Автомобилистам нужно всегда помнить, что когда автомобиль работает на низкосортном бензине, начинают очень быстро выгорать щелочные присадки. В результате качество автомасла и его рабочий ресурс значительно снижается.
Прежде чем воспользоваться каким-либо маслом для автомобиля, необходимо предварительно подробно изучить характеристики смазочной жидкости и ее параметры. Если этого не сделать, мотор может выйти из строя. Для его восстановления потребуется капитальный ремонт.
Повторить в условиях гаража сложнейший технологический процесс улучшения купленного масла с помощью подсобных средств, а также добавки присадочных компонентов, невозможно.
Щелочное число моторного масла: что это такое?
Прежде чем выбрать тот или иной смазочный материал, мы интересуемся не только его стоимостью, но и потребительскими качествами. И здесь важно учитывать не только вязкостные характеристики и температурный режим. Необходимо, помимо этого, принимать во внимание также щелочное число моторного масла.
Само наличие данного показателя определяется тем, что, когда двигатель работает, в нём происходят химические процессы, вследствие которых углеводородные молекулы топлива окисляются. Образовавшаяся окись оказывает на металлические узлы агрегата крайне негативное воздействие и ускоряет их выход из строя. Справиться с этой проблемой помогают специальные химически активные присадки, нейтрализующие влияние кислотной среды.
Как работают щелочные присадки
Минеральное масло, прошедшее процесс очистки, представляет собой химически нейтральное вещество. Но при активности двигателя горение топлива стимулирует образование кислот, оседающих на металле. Между ними и смазкой начинается химическая реакция, что приводит к коррозии и сокращает срок годности механизма, поэтому кислотные соединения необходимо нейтрализовать. А поскольку нейтрализуется кислота щёлочью (факт из школьной программы), в смазочные смеси добавляют щелочные присадки – чаще всего эта функция возлагается на моющие вещества, растворимые в воде.
От уровня содержания таких добавок непосредственно зависит рабочий ресурс смазочного материала и его способность предохранить механизм от последствий окисления.
Поэтому требования к щелочному числу масла (обозначаемому как TBN) обусловлены необходимостью защитить двигатель вашего автомобиля от порчи и продлить ему жизнь.
Рассчитать оптимальное щелочное число для моторного масла довольно непросто. Производители, стремясь улучшить эксплуатационные характеристики смазочных материалов, экспериментируют с составом моющих присадок. Также следует учитывать, что, если щелочных добавок слишком много, это не в меньшей степени способствует возникновению коррозионных процессов, а также со временем вызывает отложения золы на деталях двигателя.
Как рассчитать, какое число TBN требуется вашему автомобилю
Щелочное число – это сумма всех щелочных добавок, которые присутствуют в смазке. Индекс TBN определяется массой гидроксида калия, приходящейся на один грамм смазочного материала. Измеряется щелочное число в единицах мгКОН/г.
Наиболее популярный на сегодняшний день метод расчёта TBN для конкретного двигателя заключается в следующем: содержащийся в используемом топливе удельный вес серы умножается на 20. То есть для бензиновых двигателей требуемый показатель не так высок, как для дизельных, поскольку содержание серы в солярке значительно выше, чем в бензине. Хотя к этому способу прибегают многие, специалисты советуют относиться к нему с осторожностью и сверяться с руководством по эксплуатации своего автомобиля.
Если масло недостаточно щелочное
Использование масла с низкими щелочными показателями чревато такими последствиями, как:
Необходимо также учитывать, что низкокачественное топливо способствует более активному выжиганию щелочных присадок. То есть экономия на топливе не оправдывает себя – ресурс смазки исчерпывается значительно быстрее, и менять масло придётся чаще.
Когда щёлочность падает
При каждом включении двигателя взаимодействуя с окисленными молекулами, щелочные присадки постепенно «расходуются», и их защитные качества снижаются. Недостаточно щелочное масло уже не может в полной мере нейтрализовать вредные продукты деятельности двигателя.
Выяснить, на сколько упала щёлочность масла, можно в лаборатории, посредством проведения сложного и дорогостоящего химического анализа. Однако это вряд ли в самом деле нужно. Достаточно менять масло в соответствии с регламентом и внимательно следить за состоянием автомобиля. При замене смазки не обязательно применять промывку, достаточно залить положенное количество нового масла и проехать пару километров.
Обладающие полным рабочим ресурсом щелочные присадки за это время сделают своё дело, «обезвредив» остатки окисленных углеводородов и очистив таким образом все детали смазочной системы. После этого можно обычным порядком заливать свежее масло.
И напоследок
В любом из вариантов, к выбору такого материала, как моторное масло, следует подходить ответственно. Заливая в мотор некачественную смазку, вы рискуете «здоровьем» своего автомобиля. Однако не стоит самостоятельно вводить в масло какие-либо компоненты, пытаясь улучшить его характеристики. Вряд ли вам удастся собственноручно воспроизвести сложные производственные технологии. Разумнее будет уточнить необходимый для вашей машины индекс TBN в техпаспорте или сервисной книжке. А затем сообразно с инструкцией приобрести проверенный продукт известного производителя.
Еще больше информации о щелочном числе и других характеристиках моторных масел в видео: