Что такое tbn в масле
Определение щелочного числа моторного масла (TBN)
Пользователи автомобилей выбирают лубриканты по допускам изготовителя, температурным параметрам и вязкости. Однако такая картина подбора не полная. Критически важным аспектом эффективности и долговечности смазок, является содержание щелочных элементов. Далее описан процесс определения щелочного числа моторного масла и что такое число TBN.
Для чего нужна щелочь в масле
Щелочное число в масле лучше больше или меньше? Во время эксплуатации транспортного средства, двигатель подвергается постоянным перегрузкам. Процесс сгорания топливовоздушной смеси сопровождается выделением осадочных компонентов кислотной природы.
Остатки формулы, попадая в картерный отсек, оседают на стенках силовой установки, провоцируя увеличение процесса окисления поверхностей. Это подвергает мотор интенсивному износу. Дополнительно, шламовые отложения постепенно нарушают циркуляцию основного лубриканта по причине сужения напорных магистралей. Действие дополнительно перегружает узлы конструкции.
Финальным последствием влияния кислот является масляное голодание подшипников и трущихся поверхностей. Это приводит к полной деструкции агрегатов и отказу двигателя.
Щелочные присадки выступают нейтрализаторами кислотных составляющих продуктов горения. При работе масла, основная часть формулы направлена на смазку и охлаждение силовой установки. Моющие компоненты – растворяют твердые отложения, препятствуют появлению новых шламов. Диспергенты отвечают за удерживание во взвешенном состоянии, расщепление новых кислот на нейтральные фракции безопасные для силового агрегата.
Основные щелочные присадки
В качестве щелочных присадок производители применяют комплекс веществ, состоящий из таких элементов:
Дополнительно можно встретить цинк, и другие элементы щелочного типа. Однако за основу принимается именно эта группа присадок.
На что влияет щелочное число моторного масла
При сгорании горючей смеси кислоты выделяются постоянно. Следовательно, нейтрализация щелочами должна происходить в течение всего периода эксплуатации автомобиля.
В процессе работы лубриканта, добавочные нейтрализаторы кислот постепенно расходуются на расщепление вредных веществ.
После определенной отметки расхода, масло теряет свойства и не может препятствовать образованию отложений.
Показатель TBN характеризует запас компонентов для эффективной защиты двигателя. Соответственно чем выше значение – тем лучше.
Показатели щелочи для дизеля и бензина
Щелочное число моторного масла характеризует способность смазки нейтрализовывать вредные кислоты. По природе химической формулы, дизельное топливо при сгорании выделяет большее количество кислот, чем бензины или этанольные смеси. Следовательно, для двигателей, работающих на солярке, показатель TBN будет максимальным ( примерно 10 мг). Бензиновые установки менее требовательны. Поэтому изготовители априори закладывают меньше мгКОН/г в масло (около 2 мг).
Способы определения щелочного числа
В 2019 году не существует определенной, общепринятой системы характеристики TBN. Институты мировых компаний предлагают различные способы определения показателя, разработанные по принципу предельной эффективности и рациональности.
Ниже приведены самые популярные и доступные способы.
Титрометрия
Процедура выполняется исключительно в химической лаборатории, при наличии реагентов и специализированного оборудования – титрометра.
Показатель щелочного числа определяется по расходу количества реагента, необходимого для проведения реакции. Конечный результат точен и не требует дополнительных исследований.
Вычислительный метод
Данная методика условна, но практикуется повсеместно.
Суть в ограничениях пропорций горючей смеси – по регламенту дизель не может содержать более 0,5 % сернистых компонентов.
Для вычислений, необходимо умножить показатель массовой доли серы на 20 единиц, для получения требуемого количества щелочи в масле. К примеру:
0,5% × 20 = 10 мг КОН/г, где:
Видео
Полноценные испытания и способы точного определения щелочного числа моторного масла «по карману» только компаниям, производящим лубриканты или гоночным командам. Доступные методы пользовательского уровня не обеспечивают достаточной точности и надежности. Поэтому автопроизводители рекомендуют руководствоваться указаниям технического паспорта транспортного средства.
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.
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:
Общее кислотное и щелочное число
ОБЩЕЕ КИСЛОТНОЕ ЧИСЛО
Высокая концентрация кислотных соединений в смазке может привести к коррозии деталей машин и засорения масляных фильтров из-за образования лака и шлама. Когда смазка разрушается, в присутствии воздуха и тепла образуются побочные кислотные продукты из-за химического разложения базового масла и присадок. Общее кислотное число (TAN) является мерой концентрации кислот, присутствующих в смазке. Концентрация кислот в смазке зависит от пакета присадок, кислотного загрязнения и побочных продуктов окисления. Иногда истощение пакета присадок может привести к первоначальному снижению TAN свежего масла. Однако накопление побочных продуктов окисления и кислых загрязнителей в масле со временем всегда приведет к увеличению TAN. Этот тест наиболее значим для использования в диагностике промышленного оборудования, хотя иногда его рекомендуется применять и для двигателей совместно с общим щелочным числом (TBN).
ОБЩЕЕ ЩЕЛОЧНОЕ ЧИСЛО
Общий щелочное число (TBN) представляет собой меру концентрации щелочи, присутствующей в смазке. В моторные масла, как правило, добавляют щелочные присадки для борьбы с накоплением кислот в смазочном материале при его разрушении. Уровень TBN в новой смазке соответствует его применению. Моторные масла для бензиновых двигателей обычно имеют TBN около 5-10 мг КОН / г, тогда как дизельные моторные масла имеют TBN выше (15-30 мг КОН / г) из-за более тяжелых условий эксплуатации. Специализированные применения, такие как судовые двигатели, могут потребовать TBN > 30 мг КОН / г. При эксплуатации масла эта присадка истощается. Как только щелочные присадки будут исчерпаны, смазка перестает выполнять свою функцию, и двигатель подвержен коррозии, осадкам и лаку. В этот момент необходимо заменить масло.
Для определения общего кислотного числа (TAN) общепринятым методом испытаний является ASTM D664, который включает растворение образца в толуоле и изопропаноле с небольшим количеством воды и титрование этого раствора с помощью спиртового раствора гидроксида калия. Стеклянный электрод и эталонный электрод помещают в раствор и подключают к вольтметру / потенциометру. Конечная точка титрования достигается, когда найдена четко определенная точка перегиба или показание счетчика в милливольтах соответствует буферному раствору.
Стандарт ASTM D2896 является принятым методом определения общего щелочного числа (TBN) для новых и отработанных масел. Образец растворяют в хлорбензоле и ледяной уксусной кислоте и титруют хлорной кислотой в ледяной уксусной кислоте. Конечная точка определяется потенциометрическим титрованием со стеклянным индикаторным электродом внутри раствора и эталонным электродом, соединенным с раствором образца с помощью солевого мостика.
Другой метод ASTM D4739 также принимается для измерения TBN в отработанных маслах. Титрантом в D4739 является более слабая кислота, чем в D2896, соляная вместо перхлорной, что может привести к более низким результатам TBN, если в образце присутствуют слабые основания, которые не будут нейтрализовать соляную кислоту. Щелочной пакет присадок является относительно сильным основанием, поэтому включение более слабых оснований в измерение не имеет значения, если смотреть на срок службы смазки.
АНАЛИЗАТОР FLUIDSCAN – ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
Инфракрасная спектроскопия использует источник излучения, детектор и компьютер для изучения взаимодействия вещества и света. Увеличение кислот в смазке, вызванное деградацией и окислением масла, может быть обнаружено изменениями инфракрасного спектра. Продукты окисления и нитрования появляются в виде пиков в ИК-спектре в диапазоне длин волн 1600-1800 см-1. Из-за смеси кислот, образующихся при разрушении масла, в спектре нет ни одного пика, который мог бы быть соотнесен с TAN.
Изменения в TBN наблюдаются в ИК-спектрах как уменьшение пиков поглощения, связанных с основными присадками, которые присутствуют в моторных маслах, а также изменения стандартных пиков деградации. Наиболее типичными щелочными присадками являются сульфонаты кальция или магния, фенаты и салицилаты. Конкретная щелочная присадка может содержать любую их смесь, но все они имеют пики в области спектра 1000 и 1900 см-1.
Мониторинг TAN и TBN является важным испытанием для измерения состояния масла. Существует несколько методов, начиная от дорогостоящих лабораторных методов и заканчивая быстрыми полевыми испытаниями. В лабораторных условиях методы выбираются на основе максимальной точности и повторяемости, которые могут быть достигнуты при приличной пропускной способности. В полевых условиях наиболее важно получить заслуживающий доверия результат достаточно быстро, чтобы профилактическое или корректирующее техническое обслуживание могло быть выполнено до отказа основного оборудования. Лучший способ использования зависит от потребностей пользователя.
Что такое tbn в масле
Щелочность 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.
В документах, сопровождающих товарные продукты смазочных материалов, щелочность и кислотность выражаются через:
Моторное масло должно обладать определенной щелочностью 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 начала величины, масло следует заменить.
TBN масла определяется потенциометрическим титрованием соляной кислотой стандартам ASTM D 664, ГОСТ 11362-96, ISO 6619-88 или более новыми методами потенциометрическим титрованием перхлоровой кислотой по стандартам DIN ISO 37 ASTM D 2896-98 (по этим методам значение TBN получается примерно на 2-3 едини выше, чем по ASTM D 664). Для анализа работающих масел, в которых нейтрализация протекает медленно, предпочтение отдается методу ASTM D 4739.
Число нейтрализации (neutralizationnumber, neutnumber) показывает щелочность или кислотность масла и выражается через количество соляной кислоты (НС1) или гидроокиси калия (КОН) в мг, необходимое для нейтрализации оснований или кислот, находящихся в 1 г масла. Число нейтрализации определяется потенциометрическим титрованием (по ASTM D 664) или колориметрическим титрованием (ISO 6619, ISO 753 DIN 51 558, ASTM D 974, ГОСТ 11362-96).
Общее кислотное число TAN (totalacidnumber). Как моторное, так и трансмиссионное масло может содержать и кислотные, и щелочные компоненты, содержание которых может быть определено раздельно. Кислотные компоненты нового масла имеют особую кислотность, которая не оказывает заметного влияния на коррозию металлов и называется общим кислотным числом масла (TAN). TAN масла выражается через количествогидроокиси калия (КОН) в мг, необходимое для нейтрализации слабых кислот, нaxoдящихся в 1 г масла и определяется по стандартным методикам ASTM D 664 и ГОСТ 113 62. 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 SAN (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.