Справочник химика 21Зольность масел карбюраторных двигателеПОИСК

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:

• Барий (Barium);
• Натрий (Natrium);
• Кальций (Calcium);
• Магний (Magnesium).

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.

Небольшое предисловие

Популярные статьи о моторных маслах начинаются с рассказов о базах и присадках, классификациях SAE, АСЕА, API, ILSAC, спецификациях (допусках) производителей автомобилей, режимах смазки и прочих фундаментальных вещах.

Интереснейшие темы! Но сегодня мы не будем подробно ими заниматься – лишь упоминать по мере надобности. Во-первых, мы обсуждали их совсем недавно, всего лишь год назад (см. «АБС-авто» № 3, 4, 5/2011). Эти статьи, подготовленные под научной редакцией к.т.н. Виктора Резникова и к.т.н. Александра Первушина, есть на нашем сайте.

Во-вторых, немало основополагающих сведений любезно предоставили наши эксперты. Эту информацию вы найдете в цветных врезках.

Впрочем, некоторые фрагменты из ранее опубликованных материалов мы задействуем – там, где это уместно. Все же логика изложения не последнее дело, ради нее не грех и повториться.

Проведение лабораторных исследований

Для проведения анализа качественных характеристик масел потребуется два образца: свежий и отработанный продукт. В основе проверки лежит изменение физико-химических характеристик вещества. Алгоритм испытаний напрямую зависит от того, какая жидкость тестируется:

• синтетика;
• полусинтетика;
• минеральная.

Анализ можно проводить исключительно в лабораторных условиях с применением специального оборудования. Во время проведения тестирования учитываются факторы, изменяющие свойства масел в процессе работы. При старении смазки снижается показатель ее вязкости, что увеличивает силу трения, а соответственно, и износ деталей двигателей. Выработка влияет и на экономичность потребления топливного ресурса: чем старше масло, тем больше расход топлива.

Стендовые испытания позволяют дать оценку отработанного и нового образца определенной марки. Оптимальным вариантом считается забор образцов специалистом лаборатории. Сравнительный анализ образцов идентичных продуктов производится при условии, что оба поставляются в лабораторию в нераспечатанной упаковке. Желательно при этом иметь документ или чек, свидетельствующий о месте приобретения товара.

По желанию клиента проводится исследование на наличии сторонних примесей в составе испытуемого вещества. Такие анализы — процедура очень ответственная, ведь их результат не должен вызывать сомнений и быть предельно точным. Результат испытаний покажет:

• соответствие материала заявленным производителем показателям;
• термостабильность смазочного материала;
• влияние продукта на износоустойчивость деталей мотора.

Особенности национальных моторов

Все смешалось в доме Облонских… нет, на мировом автомобильном рынке. И прежде всего – автомобильные платформы, концепции, традиции. Ничего не поделаешь – интеграция, глобализация, аутсорсинг, локализация, экономические интересы. Уж нет чистых «американцев», «европейцев», «японцев». Но «врожденные» особенности их двигателей оказали огромное влияние на создание моторных масел и методы их испытаний.

Эти особенности отражены в классификациях моторных масел – американской API, европейской ACEA, японской JASO, международной ILSAC. Нюансы, связанные с конструкцией агрегатов, оговорены в спецификациях ведущих производителей автомобилей. А тенденции унификации двигателей учтены в международной «дизельной» спецификации Global DHD-1.

Европейские двигатели, в отличие от американских, более компактны и менее металлоемки. Удельный объем масляной системы (в расчете на единицу эффективной мощности в номинальном режиме) у них меньше, а кратность циркуляции масла – выше

Отсюда следует вполне логичный и (что важно!) подтвержденный практикой вывод: тепловой режим работы «европейцев» более напряженный

Поэтому неудивительно, что европейские автомобильные корпорации предъявляют более жесткие требования к антиокислительным и противоизносным свойствам масла. Соответственно в двигатели европейского производства следует заливать масла, прошедшие аттестацию по нормам АСЕА, где все это учтено. И уж совсем хорошо, если они будут иметь допуски по спецификациям BMW, MB, VW и т.д.

А если под капотом дизель? Здесь требуется уточнение: какой именно? Если легковой малоразмерный вихрекамерный, то в маркировке масла по АСЕА должна значиться категория В2 или более высокая В3. И если это не противоречит требованиям завода-изготовителя, можно применять энергосберегающие масла категорий В1 или В5. Если мы видим на этикетке надпись ACEA В4, значит, масло предназначено для дизелей с непосредственным впрыском топлива. А вот, например, категории E5 или Е7 сулят особо высокую чистоту поршней и предотвращение полировки цилиндров.

Кстати, о полировке. Напомним, почему возникает это, мягко говоря, нежелательное явление. Если верхнее компрессионное кольцо у поршня расположено высоко, его огневая перемычка постепенно покроется твердым нагаром. При перекладке поршня нагар будет стирать хонинговальные риски, призванные удерживать масло на стенках цилиндра. При этом резко увеличивается расход масла, что впоследствии приведет к задирам.

Поэтому в европейские методы испытаний масел входит проверка степени заполированности цилиндра (в процентах от общей площади гильзы). Для предотвращения полировки в масло вводят большое количество моющих присадок – детергентов. Они содержат поршень в чистоте, не позволяя образовываться тому самому нагару.

А вот в американских методах испытаний полировку цилиндров никак не оценивают. Главная причина в том, что в американских моторах верхнее поршневое кольцо расположено дальше от камеры сгорания, огневой поясок более «холодный», нагара образуется меньше, и он существенно мягче.

Итак, мы незаметно перешли к американским двигателям. В отличие от «европейцев» они традиционно имеют большой литраж и едва ли не всю жизнь работают «вполсилы». Значит, и тепловые нагрузки на мотор получаются меньшими, чем у «европейцев». Но за это приходится расплачиваться склонностью масел к образованию низкотемпературных отложений. А городской режим движения с его бесконечными «stop-and-go» лишь усугубляет проблему.

Действительно, короткие расстояния, светофоры, ограничения скорости… Доехал до офиса, а мотор толком не прогрелся. Вечером, после работы история повторяется. Вот и копятся в картере те самые низкотемпературные отложения: мазеообразный шлам с большим содержанием воды.

Как известно, для борьбы с этой напастью в масло вводят беззольные дисперсанты. Современные масла содержат их в больших количествах – до 60% от общего объема пакета присадок

Для американских двигателей присутствие беззольных дисперсантов особенно важно

Несколько слов о двигателях корейских и японских автомобилей

Исторически сложилось, что при выборе масел для этих моторов уделяют особое внимание работе механизма газораспределения. Свою роль тут играют и конструкция двигателя, и материалы трущихся пар

Поэтому японская классификация JASO предусматривает собственные методики испытаний масел, придавая особое значение эффективности противоизносных присадок. Кстати, «износная» методика JASO вошла в международную спецификацию Global DHD-1, объединившую современные требования американской, европейской и японской классификаций.

Процесс экспертной оценки

Исследование проводится в несколько этапов. Сравнительный анализ, пожалуй, самый объективный и полный, но ввиду его высокой стоимости применяется относительно редко. Физико-химический анализ наиболее популярен, он более доступен и прост. Он заключается в изучении рабочих характеристик, а именно:

• вязкость моторных масел при разных температурных показателях;
• уровень антиоксидантной устойчивости;
• характер износа металлического шарика на специальной машине трения;
• коэффициент трения;
• совместимость продукта с каталитическими нейтрализаторами;
• склонность к образованию нагара;
• влияние на расход топливного ресурса;
• плотность и сульфатную зольность.

Если какой-то один из перечисленных показателей не соответствует заявленным стандартам, продукт признается некачественным.

Изменение вязкостных свойств исследуют таким образом: сначала проводят анализ показателя вязкости до процесса термоокисления, затем поле него. Этот показатель влияет на защитные свойства, направленные на уменьшение образования нагара и соединений углерода. Именно эти факторы вызывают коррозию металла. Воздействие кислорода (процесс окисления) происходит под действием высоких температур, соответствующих рабочим. Масло начинает менять свои свойства в таких условиях, и чем ниже показатель этих изменений, тем лучше для силового агрегата.

Физико-химический анализ способен выявить область поражения и причину возникновения поломки.

Таблицы параметров моторных масел

Для полноты информации приведем несколько таблиц, где приведена информация о зависимости одних параметров моторного масла от других или от внешних факторов. Начнем с группы базовых масел в соответствии со стандартом API (API — американский институт нефти). Так, масла делятся по трем показателям — индексу вязкости, содержанию серы и массовой доле нафтенопарафиновых углеводородов.

В настоящее время на рынке представлено большое количество присадок в масло, которые определенным образом меняют его характеристики. Например, присадки, уменьшающие количество выхлопных газов и повышающие вязкость, антифрикционные присадки, очищающие или продлевающие срок службы. Для понимания их разнообразия имеет смысл собрать информацию о них в таблицу.

Изменение некоторых параметров моторного масла из перечисленных в предыдущем разделе напрямую влияет на работу и состояние двигателя автомобиля. Это можно отобразить в таблице.

Метод определения зольности

А как же определяется зольность моторного масла и как понять с какой зольностью масло в канистре? Для потребителя проще всего определить зольность моторного масла просто по обозначениям непосредственно на этикетке емкости. На них уровень зольности, как правило, указывается по стандарту ACEA (европейский стандарт автопроизводителей). В соответствии с ним все реализуемые ныне масла делятся на:

• Полнозольные. Они имеют полный пакет присадок. В английском языке имеют обозначение — Full SAPS. По стандарту АСЕА обозначаются следующими буквами — A1/B1, A3/B3, A3/B4, A5/B5. Зольные примеси здесь составляют порядка 1…1,1% от общей массы смазывающей жидкости.
• Среднезольные. Имеют в своем составе урезанный пакет присадок. Обозначаются как Middle SAPS или Mid SAPS. По АСЕА имеют обозначение C2, C3. Аналогично в среднезольных маслах масса золы будет около 0,6…0,9%.
• Малозольные. Минимальное содержание металлосодержащих присадок. Обозначаются Low SAPS. По АСЕА имеют обозначение С1, С4. У малозольных же соответствующее значение будет менее 0,5%.

Обратите внимание, что в некоторых случаях масла, имеющие по стандарту АСЕА обозначения от С1 до С5, объединяют в одну группу под названием “малозольные”. В частности, такую информацию можно найти в Википедии

Однако это не совсем корректно, поскольку такой подход просто указывает, что все эти смазывающие жидкости совместимы с каталитическими нейтрализаторами, и не более того! На самом же деле правильная градация масел по зольности приведена выше.

Масла, имеющие обозначение АСЕА А1/В1 (устаревший с 2016 года) и А5/В5 являются так называемыми энергосберегающими, и не могут использоваться повсеместно, а только в специально предназначенных для моторах (обычно новых моделях машин, например, у многих “корейцев”). Поэтому уточняйте этот момент в мануале вашего автомобиля.

Стандарты определения зольности

Тестирование разных образцов масла

Существует российский межгосударственный стандарт ГОСТ 12417-94 «Нефтепродукты. Метод определения сульфатной золы», в соответствии с которым любой желающий может измерить сульфатную зольность проверяемого масла, благо для этого не нужно сложное оборудование и реагенты. Существуют также другие, в том числе международные, стандарты определения зольности, в частности, ИСО 3987-80, ISO 6245, ASTM D482, DIN 51 575.

В первую очередь необходимо указать, что ГОСТ 12417-94 определяет сульфатную зольность как остаток после карбонизации образца, обработанный серной кислотой и прокаленный до постоянной массы. Суть метода проверки достаточно прост. На первом его этапе берут определенную массу испытуемого масла и сжигают ее до углистого остатка. Далее необходимо выждать, чтобы получившийся остаток остыл, и обработать его концентрированной серной кислотой. Далее прокалить при температуре +775 градусов по Цельсию (допускается отклонение на 25 градусов в одну и другую сторону) до полного окисления углерода. Получившейся в результате золе дают некоторое время, чтобы она остыла. После этого обрабатывают разбавленной (в равных объемах с водой) серной кислотой и прокаливают при той же температуре до момента, когда ее значение массы не станет постоянным.

Под воздействием серной кислоты получившаяся зола будет сульфатной, откуда, собственно, и пошло ее определение. Далее сравнивают массу получившейся золы и изначальную массу испытуемого масла (массу золы делят на массу сожженного масла). Соотношение масс выражается в процентах (то есть, получившееся частное умножают на 100). Это и будет искомое значение сульфатной зольности.

Что касается обычной (базовой) зольности, то для нее также существует государственный стандарт ГОСТ 1461-75 под названием “Нефть и нефтепродукты. Метод определения зольности”, в соответствии с которым и проверяют испытуемое масло на наличие в нем различных вредных примесей. В связи с тем, что он предполагает сложные процедуры, а тем более для разных веществ, то в данном материале не будем приводить его суть. При желании этот ГОСТ можно легко найти в интернете.

Существует еще один российский ГОСТ 12337-84 «Масла моторные для дизельных двигателей» (последняя редакция от 21.05.2018). В нем четко прописываются значения различных параметров для моторных масел, в том числе для отечественных, используемых в дизельных двигателях различной мощности. В нем указываются допустимые значения различных химических компонентов, в том числе и количества допустимых сажевых отложений.

В каких случаях необходима лабораторная экспертиза

Экспертное заключение окончательно ставит точку в спорных вопросах. Исследование ГСМ может понадобиться в следующих случаях:

• произошла поломка двигателя, сервисный центр отказал в гарантийном обслуживании;
• недобросовестная работа СТО; автовладелец пытается доказать, что в мастерской заливают некачественную моторную жидкость;
• в случае возврата автомобиля производителю в гарантийный период;
• нарушение прав потребителя в розничной или оптовой торговой сети (если возникают сомнения в качестве товара).

В любом из подобных случаев лабораторные исследования смогут подтвердить состав продукта документально.

Изготовление малозольных масел

Необходимость изготовления малозольных масел возникла во многом из-за требований экологичности (пресловутые стандарты Евро-х). При изготовлении моторных масел в них есть (в разных количествах, зависит от многого) сера, фосфор и зола (сульфатной она становится потом). Так, к появлению в составе масел упомянутых элементов приводит использование следующих химических соединений:

• диалкилдитиофосфат цинка (так называется многофункциональная присадка, имеющая антиокислительные, противоизносные и противозадирные свойства);
• сульфонат кальция — детергент, то есть, моющая присадка.

Исходя из этого, производители нашли несколько решений для уменьшения зольности масел. Так, в настоящее время используют следующие из них:

• ввод моющих присадок не в масло, а в топливо;
• использование беззольных высокотемпературных антиоксидантов;
• применение беззольных диалкилдитиофосфатов;
• использование малозольных сульфонатов магния (однако в ограниченных количествах, поскольку это вещество способствует образованию отложений в двигателе), а также моющих алкилфенольных присадок;
• применение в составе масел синтетических компонентов (например, сложных эфиров и стойких к деструкции загущающих присадок, необходимых для обеспечения нужных вязкостно-температурных характеристик и низкой испаряемости, в частности, базовых масел из 4 или 5 групп).

Современные химических технологии позволяют без труда получить масло с любой зольностью. Нужно лишь выбрать состав, оптимально подходящий для конкретного автомобиля.

Нормы уровня зольности

Следующий важный вопрос заключается в определении норм зольности. Сразу стоит оговориться, что они будут зависеть не только от типа двигателя (для бензиновых, дизельных моторов, а также двигателей с газобаллонным оборудованием (ГБО) эти показатели будут отличаться), но и от действующих экологических норм (Евро-4, Евро-5 и Евро-6). В большинстве базовых масел (то есть, до введения в их состав специальных присадок) значение зольности незначительное, и составляет приблизительно 0,005%. А после добавления присадок, то есть, изготовления уже готового моторного масла это значение может достигать грачных 2% которые позволяет ГОСТ.

Нормы зольности моторных масел четко прописаны в стандартах европейской ассоциации автопроизводителей АСЕА, и отклонения от них недопустимы, поэтому все современные (лицензированные) производители моторных масел всегда руководствуются этими документами. Приведем данные в виде таблицы для распространенного ныне экологического стандарта Евро-5, объединяющего значения химических добавок и отдельных действующих стандартов.

Как можно видеть из приведенной таблицы, по американскому стандарту API о зольности судить сложно, и связано это с тем, что в Новом Свете к зольности относятся не так щепетильно. В частности, у них просто указываются, какие в канистрах масла — полно-, среднезольные (MidSAPS). Как таковых малозольных у них нет. Поэтому при выборе того или иного масла нужно ориентироваться в первую очередь на маркировку по АСЕА.

Английская аббревиатура SAPS расшифровывается как Sulphated Ash, Phosphorus and Sulphur, «сульфатная зола, фосфор и сера».

Например, исходя из приведенной информации в соответствии со стандартом Евро-5, который действует и актуален в 2018 году на территории Российской Федерации, то для современного легкового автомобиля на бензине допускается заливать масло С3 по АСЕА (обычно SN по API) — содержание сульфатной золы составляет не более 0,8% (среднезольное). Если говорить о дизелях, работающих в тяжелых условиях, то например, стандарт АСЕА Е4 не допускает превышение 2% содержания сульфатной золы в топливе.

По международным требованиям в моторных маслах для бензиновых двигателей сульфатная зольность не должна превышать — 1.5%, для дизельных двигателей малой мощности — 1.8% и для дизелей высокой мощности — 2.0%.

Требования к зольности для машин с ГБО

Что касается машин с газобалонным оборудованием, то для них лучше использовать именно малозольные масла

Это обусловлено химическим составом бензина и газа (неважно, метана, пропана или бутана). В бензине больше твердых частиц и вредных элементов, и чтобы не портить всю систему, и нужно использовать специальные малозольные масла

Производители смазок специально предлагают потребителям так называемые “газовые” масла, предназначенные для соответствующих двигателей.

Однако их существенным недостатком является высокая стоимость, и чтобы сэкономить, можно просто посмотреть характеристики и допуски обычных “бензиновых” масел, и выбрать подходящий малозольный состав. И помните, что менять такие масла нужно по указанному регламенту, несмотря на то, что прозрачность отработки будет значительно выше, чем у традиционных масел!

Зольность — топливо

Зольность топлива определяют по ГОСТ 1461 — 52 следующим образом: выпаривают 25 г топлива в тигле и остаток прокаливают до полного озоления. Полученную золу выражают в процентах. Зольность является косвенной характеристикой склонности топлив к нагарообразованию.
 

Зольность топлива характеризует содержание в нем несгораемых примесей: чем меньше зольность, тем меньше неорганических примесей попадает в нагар. Увеличение массы золы в нагаре ведет к повышению его абразивных свойств.
 

Зольность топлива не влияет на толщину загрязнений; по достижении ими определенных пределов зола больше не осаждается на загрязненных трубах. Толщина липких загрязнений в области низких температур зависит от АР и характеристик золы и прогрессирует во времени. Вследствие загрязнения конвективных поверхностей нагрева ухудшаются условия теплопередачи и возрастают их аэродинамические сопротивления. В результате повышается температура уходящих газов, увеличиваются потери q2 и расход электроэнергии на тягу. Для нормальной и надежной работы котлов необходимо поверхности нагрева поддерживать чистыми.
 

Зольность топлива определяют путем сжигания точной навески и прокаливания остатка в муфельной печи. Навеску помещают в тигель или в фарфоровую лодочку. Нужно объяснить учащимся, что слишком быстрое сжигание приводит к заниженным результатам: сильный ток образующихся газов может унести с собой частички золы и топлива.
 

Зольность топлива должна быть по возможности мала. В случае необходимости работать с многозольным топливом под камерой горения помещают колосниковую решетку с подвижными колосниками, которые можно поворачивать при помощи рукоятки. Под колосниками должно быть достаточно места для золы.
 

Зольность топлива особенно высока, когда на сжигание направляются тяжелые остатки с технологических установок, где перерабатываются плохо обессоленные и обезвоженные нефти, либо когда в них добавляется так называемая ловушечная нефть. В процессе горения составные части золы образуют отло-жения, которые, оседая на трубчатом змеевике, ухудшают теплопередачу, а соединения ванадия и SO3 вызывают высокотемпературную коррозию. Если температура металла в печи превышает 600 — 650 С, при сжигании тяжелого топлива, содержащего ванадий, за короткое время разрушаются как ферритные, так и аустенитные стали труб и трубных подвесок.
 

Зольность топлива в лаборатории определяют путем сжигания его в фарфоровом тигле при 800 С с последующим взвешиванием остатка.
 

Зольность топлива зависит от технологии его производства — глубины обессоливания нефти при ее подготовке на промыслах и нефтезаводах, степени очистки остатков от ката-лизаторной пыли и реагентов. Зола жидких котельных топлив, содержащая соли ванадия, никеля и других тяжелых металлов, откладывается на поверхностях котлов, экономайзеров и другого оборудования, сокращая срок межремонтного пробега котельного оборудования.
 

Зольность топлива определяется путем выпаривания 1 л топлива до получения 30 — 40 мл остатка, который затем прокаливают в тигле до полного озоле-ния. Зольность топлива выражается процентным содержанием полученной золы в топливе.
 

Зольность топлива определяется его внутренней и внешней зольностью.
 

Зольность топлива затрудняет его сжигание и повышает лотерю тепла со шлаком ( см. гл

Важное значение имеет температура размягчения золы. При низкой температуре размягчения золы начинается ее налипание на трубы котла — шлакование труб.
 

Зольность топлив, содержащих летучие металлоорганические соединения, может быть определена только специальными химическими методами.
 

Зольность топлива особенно высока, когда па сжигание направляются тяжелые остатки от технологических установок, где перерабатываются плохо обессоленные и обезвоженные нефти, либо когда в них добавляют так называемую ловушечную нефть. В процессе горения составные части золы образуют отложения, которые, оседая на трубчатом змеевике, ухудшают теплопередачу, а соединения ванадия и 8СЬ вызывают высокотемпературную коррозию. Если температура металла в печи превышает GOO-650 С, то при сжигании тяжелого топлива, содержащего ванадий, за короткое время разрушаются как ферритные, так и аустепитпые стали труб и трубных подвесок.