Щелочные число моторных масел, свойства

В состав моторного масла для бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания входят химически активные присадки, предназначенные для поддержания его рабочих свойств в течение регламентированного эксплуатационного периода. Одними из важнейших компонентов комплекса присадок являются щелочные агенты.

Во время работы двигателя в камере сгорания происходят сложные химические процессы, в результате которых углеводороды топлива с кислородом воздуха образуют агрессивные по отношению к внутренним узлам соединения. Продукты сгорания имеют кислую реакцию и вызывают преждевременное «старение» смазки и способствуют износу и коррозии двигателя.

Химические процессы в смазочной системе двигателя

Кислоты, как известно, нейтрализуются с помощью щелочи, и в случае с двигателем внутреннего сгорания химические процессы имеют схожий характер.

Так как между стенками цилиндра и кольцами поршня имеются зазоры (выражены в изношенных двигателях), небольшая часть отработанных газов может попадать в картер (картерные газы), где оседает на стенках и вступает в реакцию со смазочным материалом.

Реакции нейтрализации проходят в масляной среде двигателя: картере, масляных каналах, на стенках и шестернях масляного насоса. По мере эксплуатации, щелочной компонент присадок постоянно вступает в реакцию и со временем нейтрализует все меньше побочных продуктов работы двигателя.

Некоторое число непрореагировавших соединений оседает в виде шлама и сажи на частях системы смазки, засоряя масляные каналы и ухудшая циркуляцию. Эти процессы могут привести к следующим последствиям:

  • Масляное голодание распределительного вала и как следствие износ его опорных шеек;
  • Засорение масляных каналов в коленчатом вале и преждевременное срабатывание вкладышей.

Опорные шейки распредвала

Итак, запас щелочного числа характеризует способность моторного масла противостоять окислительным процессам и пропорционален количеству кислот, которые может нейтрализовать данное масло.

Чем выше TBN, тем лучше защитные свойства масла и больше его ресурс при использовании высокосернистых топлив. Для обеспечения щелочного числа используются как современные присадки на основе кальция, так и более ранние магниевые. Эффективность их различна и определяется способностью к нейтрализации не только кислотных соединений серы, но и азотной кислоты.

Химическое значение щелочного числа моторного масла

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.

Читать:  Определяем вязкость моторных масел по температуре

Практическое значение щелочного числа

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:

  1. частичная нейтрализация образующихся кислот;
  2. расщепление на как можно меньшие фракции шламовых соединений и препятствие их формированию.

При работе двигателя щелочное число моторного масла уменьшается, что является нормальным процессом.

Как определяется щелочное число

На сегодняшний день единой методики определения числа TBN не существует. Разными специалистами и научно-исследовательскими центрами предлагаются разнообразные способы определения этой характеристики смазочной жидкости, разработанные на основе разных показателей качества, набора присадок и лабораторных экспериментов.

Самый популярный способ определения щелочного числа заключается в следующем: удельный вес серы, которая содержится в топливе, умножается на 20. ГОСТы позволяют содержание только 0,5% серы в топливе, следовательно, при умножении величина щелочного числа получается равна 10.

Этот пример отражает действительную величину числа TBN для двигателей, работающих на дизельном топливе. Так как солярка обладает высоким процентом содержащейся серы, чем бензин, то число TBN смазочных жидкостей для дизельных двигателей выше.

Этот метод является не единственным, и к нему рекомендуется относиться осторожно. Специалисты советуют автовладельцам руководствоваться официальными паспортами и сервисными книжками.

[bad]Важно! При использовании топлива низкого качества щелочные присадки выжигаются быстрее, то есть качество моторного масла и рабочий ресурс уменьшаются в ускоренном темпе.[/bad]

Индекс TBN

В обозначении моторного масла кроме таких параметров как вязкость и температурный режим указывается индекс TBN — щелочное число. Это величина соответствующая общему содержанию (мг.) щелочных присадок в 1г. масла.

Читать:  Моторное масло 10w40 – оптимальный вариант для автомобиля

В бензиновых карбюраторных двигателях требования содержанию щелочных компонентов не такие высокие -в 1г. моторного масла может содержаться 2-3мг, нейтрализующей композиции. Для двигателей, работающих на топливе с высоким процентом содержания серы, высоконагруженных дизелей рекомендуется использование масла, щелочное число которого выше, в нем содержание гидроксидов может доходить до десятков мг./г.

Фура
Рекомендуются масла с высоким щелочным числом

Каждый разработчик присадок стремится найти оптимальное щелочное число, изменяя состав присадок. Если в состав ввести слишком много гидроксидов, то это также приведет к началу коррозионных процессов, и по мере выработки будут накапливаться зольные отложения.

Норма TBN

Щелочное число моторного масла почти всегда указывается на тыльной стороне канистры.

Этот показатель может варьироваться от 5 (в самых простых и дешевых смазочных материалах) до 14 мгКОН/г.

Как правило, масла для дизельных двигателей имеют более высокое щелочное число. Это связано с несколькими факторами:

Дизельное топливо более сернистое, чем бензин, а сера под воздействием нагрева склонна формировать различные оксиды. Условия работы дизельных двигателей сложнее, чем бензиновых: они испытывают более высокие давления и температуры в камере сгорания; вследствие этого активнее идет процесс выгорания масла.

В связи с этим для чисто дизельных масел нормальным считается щелочное число от 9 мгКОН/г и выше. У бензиновых моторов требования не такие высокие – для нефорсированных двигателей вполне достаточно 7-8 мгКОН/г.

Если щелочное число у масла ниже, это не означает, что оно плохое – просто его моющие свойства будут не слишком высокими, и менять такой продукт придется чаще.

Кроме того, стоит заметить, что чем богаче пакет присадок у моторного масла, тем ниже его щелочное число. Таким образом, в теории высокий TBN может указывать на обедненный состав других важных присадок.

Повышение кислотности

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.

Читать:  Классификация моторных масел

Некачественное масло

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.

Практический разбор моторных масел по TBN

Рассмотрим несколько примеров моторных масел для дизельных двигателей с точки зрения их нейтрализующей способности при работе двигателя на высокосернистом топливе. Вот уже знакомые нам продукты:

Моторное масло,

производитель

TBN

мг КОН/г

Щелочные присадки, мг/кг (ppm)
Ca Mg
1 Shell Rimula R5 M 10W-40 15,80 нет данных нет данных
2 Katana Makuri E7 10W-40 15,52 5061 24
3 ТНК Revolux D3 10W-40 11 нет данных нет данных
4 Gazpromneft Diesel Premium 10W-40 10,73 3625 7
5 Shell Rimula R5 E 10W-40 10,01 3375 9
6 Лукойл Авангард Ультра 10W-40 9,91 1305 1364
7 Mobil Delvac MX Extra 10W-40 9,89 2466 299
8 Total Rubia Polytrafic 10W-40 9,76 3602 8

Моторные масла в таблице расположены в порядке убывания TBN.

Shell Rimula R5 M 10W-40 и Katana Makuri E7 10W-40 демонстрируют наибольший запас щелочного числа. Обращает на себя внимание современная присадка на основе кальция в масле Katana Makuri E7 10W-40. Данные продукты наилучшим образом приспособлены для эксплуатации на российских высокосернистых дизельных топливах Euro-3.

Gaspromneft Diesel Premium 10W-40 и Shell Rimula R5 E 10W-40 – содержат современные кальциевые щелочные присадки, но TBN на 30% ниже относительно первых двух продуктов. Данный запас щелочного числа соответствует использованию низкосернистых топлив уровня Euro-5.

Современным продуктом также является масло Total Rubia Polytrafic 10W-40, однако TBN довольно низок в случае использования сернистых топлив уровня Euro-3. Расчетный ресурс этого масла можно реализовать только при использовании топлив, соответствующих норме Euro-5. При эксплуатации техники на топливах уровня Euro-3 интервал замены масла следует сократить примерно на 40%.

Прочие продукты имеют довольно низкий TBN и устаревший пакет присадок, что предполагает сокращение периода замены масла соответственно запасу щелочного числа.

В завершение необходимо подчеркнуть, что использование моторных масел с запасом щелочного числа (TBN) менее 10 мг КОН/г в случае эксплуатации дизельной техники на топливах с содержанием серы до 0,035% возможно, но в этом случае межсервисный  период должен быть сокращен.

Реальный срок замены масла может быть установлен по результатам анализа проб эксплуатационного моторного масла. Критическое значение TBN, при котором масло подлежит замене, составляет 4 мг КОН/г.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Автомобильные масла и ГСМ
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: