в чем измеряется щелочное число
Щелочное число моторного масла – что оно означает
При определении допусков для моторных масел учитываются более 20 эксплуатационных характеристик смазочных жидкостей: степень вязкости, потери при испарении, устойчивость к сдвигу и прочее. Среди этих параметров одним из ключевых является щелочное число. Рассказываем, что это такое и в чем заключается его важность.
Что такое щелочное число
Щелочное число, или Total Base Number (TBN), указывает на наличие в моторном масле рабочих частиц. Эти частицы отвечают за стойкость смазочной жидкости к окислению.
Согласно отчету 2021 о допусках масла по ACEA показатель TBN составляет в зависимости от класса:
Во время работы двигателя на масло воздействуют высокие термические нагрузки, давление. Из-за этих процессов масло естественным образом окисляется. При этом окисление ускоряется из-за химических процессов, возникающих при работе двигателя.
В топливе всегда в той или иной мере содержатся сернистые соединения. При сгорании топлива выделяются оксиды серы, которые при соединении с влагой образуют сернистую и серную кислоты. Вместе с картерными газами они попадают в смазочную жидкость и растворяются в ней. Кроме того, в масло попадают азотистая и азотная кислоты, которые образуются при соединении с влагой оксидов азота.
Все эти кислоты постепенно снижают рабочие характеристики масла – оно перестает выполнять моющие, антикоррозийные и противоизносные функции. Собственно, стабильность щелочного числа показывает, насколько смазочная жидкость способна противостоять окисляющим процессам в процессе эксплуатации двигателя. А следовательно, насколько длинными будут интервалы замены масла.
Таким образом, щелочное число напрямую связано с кислотным числом (TAN). Чем выше TAN, тем больше в масле кислот и тем ниже щелочное число. Значит, двигатель быстрее будет подвергаться коррозии и износу. Чем ниже кислотное число – тем чище масло.
Достигается сопротивляемость окислению за счет моющих и антиокислительных щелочных присадок. В первую очередь, они сохраняют взвешенное состояние отработанных частиц и выводят их вместе с маслом через масляный фильтр. Стабильность же самого щелочного числа зависит от двух факторов: типа самих присадок и качества базового масла.
Как измеряется щелочное число масла
Для определения щелочного и кислотного чисел на готовом продукте применяют так называемое титрование. В пробу масла добавляют реагент – раствор гидроксида калия для TAN и концентрированную кислоту для TBN. Далее специальный прибор определяет количество кислоты или щелочи, которые образуют нейтральный кислотно-щелочной баланс.
Прибор определяет щелочное число масла, оценивая достижение точки эквивалентности, и рассчитывает результаты по графику. По точке эквивалентности вычисляется щелочное число или кислотное число образца в миллиграммах.
В целом суть тестирования сводится к тому, чтобы рассчитать количество щелочи или кислоты, которое нужно для того, чтобы кислотно-щелочной баланс масла стал нейтральным. В обоих случаях полученный результат выражают в мг гидроксида калия (КОН) на 1 грамм масла – мг КОН/г. Для легковых автомобилей оптимальным показателем является щелочное число в диапазоне 7–15 мг КОН/г.
При этом важно учитывать, что во время эксплуатации масла показатель TBN постепенно снижается из-за отработки противокислотных присадок. Сравнив щелочное число свежего и отработанного после определенного пробега масла, можно выявить, насколько смазочная жидкость пригодна к дальнейшей эксплуатации. Допустимые пределы уменьшения TBN есть. Однако снижение щелочного числа на 50 % уже является сигналом – масло пора менять.
На нашем сайте вы можете воспользоваться сервисом подбора масла: укажите марку, модель и комплектацию автомобиля, чтобы масло подходило именно вашей машине.
Благодаря использованию высокотехнологичных присадок и инновационных методов синтеза базовых масел смазочные жидкости ADDINOL соответствуют, а зачастую и превосходят самые строгие стандарты по щелочному числу.
Более того, в ходе испытаний масла ADDINOL выявилась высокая устойчивость противокислотных присадок. После пробега в 2000 км щелочное число снизилось всего на 20 %, что означает значительное увеличение интервала по замене масла.
Химические свойства и характеристики масел!
Химические свойства и характеристики масел:
Щёлочность и кислотность масел (alkalinity, acidity). Очищенное минеральное масло, как правило, является химически нейтральным. Для нейтрализации кислот, образующихся во время работы при сгорании сернистого дизельного топлива или окисления углеводородных молекул масла, в моторные и трансмиссионные масла добавляют щелочные присадки. Обычно эту задачу выполняют моющие и диспергирующие присадки – детергенты (поверхностно-активные вещества). Чем больше щелочность масла, тем больше его рабочий ресурс. Поэтому для моторных и трансмиссионных масел в качестве эксплуатационного показателя указывается общее щелочное число TBN. В некоторые индустриальные масла (охлаждающие смазочные жидкости и др.) добавляют активные сернистые присадки, которые имеют слабую кислотную реакцию. В связи с этим, в качестве показателя химических свойств, указывается общее кислотное число TAN. Этот показатель иногда определяется и при анализе работающего или отработанного масла как показатель степени окисления масла и накопления кислых продуктов сгорания топлива.
Щелочность и кислотность масел выражаются через количество (в мг) гидроокиси калия (KOH), эквивалентное содержанию всех видов щелочей в 1 г масла или необходимое для нейтрализации всех кислот в 1 г масла – и для щёлочности, и для кислотности дименсия та же самая (мг KOH/1г масла).
Для определения кислотности проводится титрование гидроокисью калия, а для определения щёлочности – соляной кислотой. В настоящее, время для этих целей чаще используют метод потенциометрического титрования.
В документах, сопровождающих товарные продукты смазочных материалов, щёлочность и кислотность выражаются через:
— Общее щелочное число (TBN)
— Число нейтрализации
— Общее кислотное число (TAN)
— Число сильных кислот (SAN)
Общее щелочное число TBN (total base number) показывает общую щелочность масла, включая вносимую моющими и диспергирующими присадками, которые обладают щелочными свойствами. Общее щелочное число выражается через количество гидроокиси калия в мг, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, находящихся в 1 г масла (мг КОН/г).
Моторное масло должно обладать определённой щёлочностью для сохранения моющих свойств, способности к нейтрализации кислот и подавления процессов коррозии. Чем больше щелочное число, тем большее количество кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива, может быть переведено в нейтральные соединения. В противном случае эти кислоты вызывают коррозионный износ деталей двигателя и усиливают процессы образования отложений. При работе масла в двигателе щелочное число неизбежно снижается, нейтрализующие присадки срабатываются. Такое снижение имеет допустимые пределы, по достижении которых масло считается утратившим работоспособность. Считают, что при уменьшении щелочности масла примерно на 50% от начальной величины, масло следует заменить.
Число нейтрализации (neutralization number, neut number). Показывает щелочность или кислотность масла и выражается через количество соляной кислоты или гидроокиси калия в мг, необходимое для нейтрализации оснований и кислот, находящихся в 1г масла. Число нейтрализации определяется потенциометрическим титрованием (по ASTM D 664) или колориметрическим титрованием.
Общее кислотное число ТAN (total acid number). Как моторное, так и трансмиссионное масло может содержать и кислотные, и щелочные компоненты, содержание которых может быть определено раздельно. Кислотные компоненты нового масла могут иметь слабую кислотность, которая не оказывает заметного влияния на коррозию металлов и называется общим кислотным числом масла TAN. TAN масла выражается через количество гидроокиси калия в мг, необходимое для нейтрализации слабых кислот, находящихся в 1 г масла и определяется по стандартным методикам ASTM D 664 и ГОСТ 11362-96. При анализе работающих жидкостей автоматической коробки передач (ATF), а также трансмиссионных и моторных масел, иногда определяется TAN, как один из показателей, характеризующих образование кислот при окислении масел.
Число сильных кислот (strong acid number). В автомобильных маслах сильные кислоты должны отсутствовать, но они могут образовываться при продолжительной работе моторного масла. Появление в масле сильных кислот означает необходимость замены масла, так как такие кислоты вызывают интенсивный коррозионный износ и образование шлама. SAN как и TAN, выражается через количество КОН, необходимое для нейтрализации соответствующих (сильных) кислот.
Содержание серы (sulfur content) – это показатель для оценки сернистости масла. Соединения серы попадают в масло из нефти или с серосодержащими присадками. По содержанию серы в масле без присадок делаются выводы об антикоррозионных свойствах базового масла. При наличии серосодержащих присадок, содержание серы указывает на их наличие (не сработанность).
Коксуемость, склонность к коксованию (coceability, coking tendency, carbonization). При достаточно высокой температуре масло разлагается и образуются твёрдые углеродистые продукты. Термостойкость масла определяется его склонностью к коксованию. Коксование- склонность масла при нагревании образовывать остаток (после испарения всех летучих фракций) с последующим термическим разложением остатка масла в отсутствие воздуха. Это показатель чистого масла, так как присадки могут оказывать значительное влияние на коксуемость. Поэтому коксуемость определяется только для базовых масел.
Зольность (ash content) — это количество золы, образующееся при сгорании масла. Чистое свежее масло без присадок должно сгорать без остатка. Образование золы из масла без присадок является показателем его засоренности. Присадки в товарном масле значительно увеличивают зольность. Зольность определяется путем сжигания установленного количества масла в открытом тигле с последующим прокаливанием остатка и выражается в процентах от начальной массы масла (ISO 6245, EN 7, DIN EN 7, ASTM D 482, ГОСТ 1461-75).
Сульфатная зольность (sulfated ash) — это показатель содержания присадок, в основном органических соединений металлов. Золу составляют продукты окисления органических соединений металлов — окиси (например BaO, CaO, MgO) и сульфаты металлов (например BaSO4, CaSO4, MgS04). Для сравнения зольности разных масел, все окиси металлов переводятся в сульфаты. Масло нагревается до образования твердого углеродистого остатка, который обрабатывается серной кислотой для превращения окисей металлов в сульфаты. Затем сульфаты прокаливаются при температуре 775°С до образования сульфатной золы. Сульфатная зольность для автомобильных масел определяется по стандартам ASTM D 874, ГОСТ 12417-73 или DIN 51 575 и выражается в процентах от начальной массы масла.
Сульфатная зольность является прямым показателем количества присадок в масле, поэтому присутствие присадок проверяется именно по сульфатной зольности. Довольно высокая сульфатная зольность моторных масел (по сравнению с другими маслами) в основном обусловлена наличием в их составе моющих присадок, содержащих металлы. Эти присадки необходимы для предотвращения отложений на поршнях и придания маслам способности нейтрализовывать кислоты. Излишне зольное масло может приводить к преждевременному воспламенению рабочей смеси из-за образования отложений в камере сгорания, неблагоприятно влиять на работоспособность свечей зажигания, способствовать по-вышенному износу деталей вследствие абразивного воздействия на поверхности трения.
Химический состав масла (chemical constitution of oil). Качество масла, в значительной степени, зависит от его группового химического состава, т.е. от соотношения парафинов, ароматических соединений и нафтенов. При оценке качества масла и присвоении категории качества, химический состав масла не определяется, так как многие свойства масла существенно улучшаются введением соответствующих присадок. Иногда, в описаниях масла производители указывают основной класс соединений, так как они характеризуют некоторые общие эксплуатационные свойства. Например, парафиновые масла отличаются высоким индексом вязкости, хорошей стойкостью к окислению, а нафтеновые масла — высокой липкостью, хорошими смазывающими свойствами и т.д.
При разработке новых сортов масел, соотношение соединений нефти и другие химические показатели определяются при помощи инфракрасной (ИК) спектроскопии, хроматографии и других методов анализа.
Химические методы анализа более широко применяются при анализе работающего масла для идентификации и определения количества продуктов окисления и загрязнения. Например, по результатам определения количества металлов делаются выводы о процессах износа деталей двигателя, по содержанию карбонильных групп (ИК спектроскопия) — о степени окисления масла и ресурсе работы.
Летучесть, испаряемость, потери от испарения (volatility, oil loss by evaporation). Во время работы двигателя, вследствие высокой температуры, наиболее легкие фракции масла улетучиваются. Склонность масла к испарению, согласно требованиям АСЕА, оценивается метолом Нок (Noack volatility test, CEC-L-40-A-93, DIN 51 581). По этому методу испарение определяется при температуре масла 250°С в течении 1 часа. В Америке для определения испарения масел бензиновых двигателей используют метод Нок или аналогичный метод воздушной струи (air jet test, ASTM D 972), а также метод вакуумной дистилляции (ASTM D 1160) или хроматографии при температуре 371 °С (ASTM D 2887). Для масел дизельных двигателей (в Америке) обычно определяют общие потери масла в моторных испытаниях (IK, IN, Т8) в г/кВт ч. Согласно ГОСТ 10306-75 потери от испарения определяются пропусканием воздуха через нагретое масло. Испаряемость в чашечке определяется по ГОСТ 20354-74.
Здесь много полезной информации по маслу Лучшие из лучших!
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:
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.
Маслочарт #1. Щелочное число испытываемых масел
Одним из важнейших критериев подбора масла является его щелочное число (TBN), выраженное в миллиграммах гидроокиси калия (КОН) на грамм масла (мгКОН/г). Чем выше это число, тем больше кислот может нейтрализовать масло. А именно продукты, которые образуются в результате окисления, разрушения молекул базового масла и присадок, загрязнения масел, в том числе, накопления в них продуктов неполного сгорания топлива, сажи. Все эти кислоты приводят к коррозии деталей.
Так как суть нашего Маслочарта заключается в тестировании состаренных масел, то все масла были протестированы в 2 этапа: сначала свежие, затем состаренные. В результате мы увидели не только щелочное число, но и его изменение в зависимости от изменения свойств масел.
Для измерения щелочных свойств масел мы использовали прибор – титратор потенциометрический автоматический. И в точности следовали ГОСТу 11362-96. Если кратко, то для теста берется 1 г масла, размешивается в специальном растворителе для титрования и затем помещается в титратор, который с помощью электродов и раствора кислот самостоятельно проводит анализ масла.
В тесте участвовали как полнозольные масла (Motul Ecolite, Mobil 1, Лукойл Genesis Armortech, Castrol Magnatec, Газпромнефть G-Energy), так и малозольные (Лукойл Geneesis Claritech, Shell Helix Ultra, Castrol Edge Titanium, Total Quarts). У малозольных масел изначальное щелочное число ниже, так как эти масла содержат меньшее количество присадок. При составлении рейтинга оценивалось падение щелочного числа, степень его соответствия заявленным производителем параметрам, скорость падения числа. В итоге, мы получили мы следующие результаты (см. табличку)
Подписывайтесь на нашу страницу, чтобы быть в курсе дальнейших событий!