FAQ по лабораторным анализам
Прочитав и изучив этот FAQ, вы научитесь читать лабораторные анализы масел. При его составлении использовался многолетний опыт накопленный Ойл Клубом. Можете пользоваться этим FAQ как шпаргалкой, при чтении анализов. Этот FAQ будет редактироваться и пополнятся, мы не стоим на месте, с течением времени взгляды и выводы могут меняться.
Примеры лабораторных анализов свежего масла и отработки:
свежее масло отработанное масло
Молибден (Mo) Molybdenum — часто встречается в свежих маслах в качестве модификатора трения. Главная функция — снижение трение. Так же молибден снижает износ, является антиоксидантом, снижает шум работы двигателя. Соединения молибдена бывают разных видов, в основном это органический молибден MoDTC (дитиокарбамат молибдена), MoDTP (дитиофосфат молибдена), различные молибденовые комплексы, одноядерный, двухъядерный, трехъядерный органический молибден. Молибден наиболее часто встречается в моторных маслах американских стандартов API, ILSAC, но в последнее время мы все чаще видим его и в европейских маслах. Молибден создает износостойкое покрытие между парами трения, создавая тем самым низкий коэффициент трения между поверхностями деталей. В свежих маслах может быть разное содержание молибдена в ppm(мг/кг) — нельзя говорить что «больше молибдена — значит лучше!», это ошибка. Часто в обычных маслах, современный трехъядерный органический молибден MoDTC как раз имеет содержание — 50-75ppm — на сегодняшний день он является одним из самых эффективных модификаторов трения . И в то же время соединения молибдена MoDTC или MoDTP выдающие рекордные характеристики, большую мощность двигателя, низкий износ, встречаются в больших содержаниях — 500-1100ppm. Молибден так же является материалом поршневых колец — но по понятным причинам, когда в свежих маслах он уже есть, его трудно уловить в отработке как износ.
Пример модификатора трения MoDTC — органический трехъядерный молибден.
А так же органического молибдена в более высоком содержании (спортивные масла):
Пример модификатора трения MoDTP — дитиофосфат молибдена:
Фосфор (P) Phosphorus — часто встречается в маслах в виде противоизносной присадки ZDDP (цинк диалкил дитиофосфат). Эта присадка обладает противоизносными, антизадирными, антиокислительными и антикоррозийными функциями. На сегодняшний день одна из самых применяемых противоизносных присадок, которая присутствует практически во всех маслах. Так же фосфор присутствует в модификаторах трения MoDTP (дитиофосфат молибдена).
Цинк (Zn) Zinc — так же как и фосфор является элементом противоизносной присадки ZDDP (цинк диалкил дитиофосфат), поэтому часто встречается в анализах в паре с фосфором. ZDDP обладает противоизносными, антизадирными, антиокислительными и антикоррозийными функциями. Цинк так же встречается в сплавах металлов подшипников. Цинк могут содержать оцинкованные трубки, радиаторы, краска, болтовые соединения.
Пример масла с противоизносными присадками ZDDP на основе фосфора и цинка. А так же масла с противоизносной ZDDP (фосфор-цинк) + модификатор трения MoDTP (молибден-фосфор).
Барий (Ba) Barium — встречается в анализах гражданских моторных масел крайне редко. Иногда находится в присадках в качестве моющего средства, диспергирующих добавок, как ингибитор коррозии.
Бор (B) Boron — Присутствует во многих моторных маслах как беззольный дисперсант сукцинимид бора (Boron Succinimide) — диспергирующие присадки способные удерживать продукты сгорания во взвешенном состоянии, а так же как моющий-нейтрализующий детергент. По мимо этого помогает растворяться частицам противоизносных и антифрикционных присадок в маслах и улучшать их функции. Особенностью бора в анализах является то, что его содержание в ppm в отработанных маслах постепенно уменьшается. То есть в свежем масле, например, было 75ppm, в отработке в зависимости от длительности пробега будет снижение 50ppm, 30ppm, 20ppm — то есть бор «уходит» из отработки. Бор так же встречается в маслах, которые содержат противоизносную присадку гексагональный нитрид бора (Boron Nitride) — в этом случае он так же обнаруживается в лабораторных анализах в повышенном содержании.
Пример беззольных дисперсантов на основе бора (сукцинимид бора):
Магний (Mg) Magnesium — присутствует в маслах в виде моющих, нейтрализующих, диспергирующих присадок, например, такие как сульфонаты магния (magnesium sulfonate) или более современные салицилаты магния (magnesium salicylate). Нейтрализует кислоты образующиеся в масле при сгорании топлива, способны улучшать и другие свойства масел, например, удерживать частицы во взвешенном состоянии, противостоять коррозии итд. У сульфонатов магния есть небольшие минусы, основным минусом является недостаточно эффективная нейтрализация кислот по сравнению с детергентами на основе кальция. В отработках на сульфонатах магния часто наблюдается ситуация, когда кислотное число выросло, а щелочное число характеризующее эффективность моющей присадки — не падает — это говорит о том, что кислоты нейтрализуются недостаточно эффективно. Так же минусом сульфонатов является высокое содержание серы. В последнее время все чаще применяются другие соединения магния, такие как салицилаты магния — несомненным плюсом применения таких моющих присадок в маслах является меньшее содержание серы и меньшая зольность. Так как наиболее эффективной моющей/нейтрализующей присадкой по прежнему являются соединения кальция, магний часто можно обнаружить в паре с кальцием.
Примеры масел на сульфонатах магния и салицилатах магния:
Кальций (Ca) Calcium — встречается в маслах в виде моющих нейтрализующих присадок — детергентов. На сегодняшний день это самые распространенные моющие присадки, которые можно обнаружить почти во всех маслах. Наиболее часто встречаются Сульфонаты кальция (Calcium Sulfonate) и более современный вариант моющих присадок Салицилаты кальция (Calcium Salicylate). Обладают функциями нейтрализации кислот, образующихся в масле при сгорании топлива. Диспергирующими свойствами — способностью удерживать частички во взвешенном состоянии. А так же как ингибитор коррозии.
Сульфонаты кальция можно отличить в масле по нескольким косвенным признакам, большое количество кальция (например, 3000-3200ppm), высокое содержание серы (например, 0,400), высокой зольности (например, 1.3-1.4%). Салицилаты кальция — более современный и эффективный детергент, выдает себя по другим косвенным признакам, меньше кальция (например, 1700-2500ppm), низкое содержание серы (например, 0,230), низкая сульфатная зольность (например, 0,8-1,15). На сегодняшний день наиболее эффективно нейтрализуют кислоты салицилаты кальция — на них обычно идут масла с самыми последними требовательными допусками.
Пример масел на сульфонатах кальция и салицилатах кальция:
Натрий (Na) Sodium — сложные соединения сульфоната натрия и салицилата натрия используются в качестве моющих нейтрализующих присадок. Некоторые производители используют натриевые присадки в качестве дополнения к кальциевым. Кальций + натрий дает меньшую зольность. Некоторые соединения на основе натрия, как например, дибутилдитиокарбамат натрия SDDC, используются в качестве противоизностной присадки. Дибутилдитиокарбамат натрия обеспечивает низкий коэффициент трения с хорошей полярностью.
Пример масла с детергентом на основе натрия:
Олово (Sn) Tin — олово встречается в подшипниках скольжения, коренных, шатунных вкладышах, подшипниках распредвалов, в припоях, в направляющих втулках клапанов — в виде сплавов латунь, бронза. При интенсивном износе вкладышей часто проявляется в лабораторном анализе отработанного масла. Олово в качестве металлов износа может появляться в паре со свинцом или медью.
Свинец (Pb) Plumbum — встречается в подшипниках скольжения, коренных, шатунных вкладышах. Свинец, как металл износа вкладышей, может появляться в паре с оловом или медью, но встречается и без них. Так же свинец может появиться в анализе как присадка, повышающая октановое число этилированного бензина.
Алюминий (Al) Aluminium — износ поршней, направляющих клапанов, деталей маслонасоса, блока двигателя, подшипников скольжения, теплообменников, а так же специальных покрытий на основе алюминия. В свежих маслах может встречаться в небольшом содержании в паре с большим количеством молибдена, а так же в виде «мусора» при производственном процессе смешения масел — это нормально.
Железо (Fe) Iron — наиболее распространенный металл износа в лабораторных анализах, встречается во многих узлах, таких как, распредвалы, кулачки, толкатели, клапана, гильзы цилиндров, маслонасос, подшипники качения. Железо часто проявляется при износе или притирке цепей ГРМ и звезд. Так же особенностью железа в анализах является то, что его количество стабильно прогрессирует в зависимости от длительности пробега.
Хром (Cr) Chromium — в большинстве случаев является материалом поршневых колец, однако встречается и в других узлах двигателя — подшипники качения, выпускные клапана, уплотнительные элементы итд. Хром главным образом является материалом уплотнительных деталей, где нужна «микро» герметичность, например, между кольцом и стенкой цилиндра. Хром встречается в виде сплавов, например сплав стеллит — хром, никель, вольфрам — используется при изготовлении клапанов. В отработках двигателей пассажирских автомобилей, содержание хрома обычно 1-2ppm — это норма. Если больше 5-7ppm, есть какие-то проблемы в ЦПГ.
Медь (Cu) Copper — медь в двигателе внутреннего сгорания встречается во вкладышах, в латунных и бронзовых деталях, втулках клапанов, масляных радиаторах, теплообменниках, подшипниках поршневого пальца. Медь содержится в слоях коренных и шатунных подшипников, в виде сплавов со свинцом и оловом. Медь частый элемент в отработке, в свежих маслах встречается редко. Часто наблюдается в отработках автомобилей только что сошедших с конвейера, когда новые детали двигателя еще притираются друг к другу, постепенно содержание меди сходит к нулю. Так же медь появляется в отработках новых автомобилей от теплообменников и радиаторов, когда новая деталь имеет свежую «оголенную» поверхность меди, пока поверхность при высокой температуре, взаимодействии с кислородом не покроется пленкой оксида меди, она будет выделяться в масло и обнаруживаться в лабораторных анализах. Есть так же наблюдение, что медь в небольшом содержании может появляться при летней эксплуатации автомобиля, высоких скоростях по трассе и соответственно высоких температурах масла в картере.
Никель (Ni) Nickel — легирующий микроэлемент стали, является материалом выпускных клапанов, направляющих клапанов, покрытия шестерней, деталей подшипников, деталей турбонагнетателей. По нашему опыту в анализах отработок встречается крайне редко, а если встречается, то в очень малых содержаниях.
Титан (Ti) Titanium — в моторных маслах встречается в виде соединений титана, противоизносной присадки снижающей износ и трение. Главным образом внедрение присадок на основе соединений титана обусловлено потребностями современной автомобильной промышленности и экологических норм, в маслах внедряется для частичной замены более вредных для катализатора противоизносных присадок на основе цинк диалкил дитиофосфатов ZDDP, содержание фосфора в которых оказывает вредное влияние на современные каталитические нейтрализаторы выхлопных газов. Оксиды титана, химически взаимодействуя с поверхностью, создают на ней противоизносный слой. Таким образом, присадки на основе соединений титана снижают износ, обладают антизадирными свойствами, снижают коэффициент трения, хорошо растворимы в маслах, являются эффективным антиоксидантом.
Марганец (Mn) Manganese — иногда содержится в сплавах, таких как, материал клапанов, валов, подшипников. Но чаще всего обнаруживается в лабораторных анализах масел, в виде присадок от топлива.
Серебро (Ag) Silver — редко встречается в двигателестроении. Иногда используется как микроэлемент различных сплавов, например в легировании поверхности высокопрочных посеребренных подшипников.
Вязкость кинематическая при 40oС — обычно не нормируется. Суть метода измерение калиброванным стеклянным вискозиметром времени истечения, в секундах, определенного объема испытуемого масла под влиянием силы тяжести при постоянной температуре. Кинематическая вязкость является произведением измеренного времени истечения на постоянную вискозиметра.
Если простым народным языком, в лабораторных анализах свежего масла показывает, как масло будет себя вести при «холодном» запуске и дальнейшем прогреве двигателя. Насколько оно «густое», как будет сопротивляться своей вязкостью деталям двигателя, насколько будет экономить топливо при прогревах и выходе на рабочую вязкость. При разработке топливосберегающих масел с современными экологическими стандартами, стараются уменьшить вязкость при 40С. Как правило, чем она ниже, тем лучше — это позволяет существенно экономить топливо. Так же вязкость при 40С влияет на тихую работу двигателя во время прогрева, например тихую работу гидрокомпенсаторов.
В анализах отработок, вязкость при 40С часто показывает снижение вязкости относительно значений в свежем масле. Происходит это от разбавления масла в процессе эксплуатации несгоревшими фракциями топлива. Топливо практически всегда присутствует в отработках в малых или больших количествах и изменяет первоначальную вязкость, разбавляя масло. Однако бывает и повышение вязкости при 40С, это случается при серьезных «перекатах» когда масло набивается продуктами сгорания или полимезируется. Так же загущение вязкости масла случается в отработках дизельных двигателей с высоким сажеобразованием, когда моторное масло сильно набивается частичками сажи вплоть до повышения вязкости.
Вязкость кинематическая при 100oС — нормируется стандартом SAE, каждый класс вязкости масла должен иметь определенную вязкость при 100С. В анализах свежего масла иногда встречаются масла, заявленные например как 5W-40 (от 12,5 до 16,3), а вязкость при 100С равна 12.3cst, соответственно это масло не может называться 5W-40, скорее это уже 5W-30. К сожалению, такие промахи заводов при смешении масла на производстве иногда случаются.
SAE J300 Jan2015 (на Январь 2015 года)
В отработанном масле, выход масла за пределы своего класса вязкости (Viscosity Grade), некоторыми автопроизводителями считается показателем к замене масла. Например, система контроля смазочных материалов компании Shell — Shell Lube Analyst — трактует изменение вязкости в отработке так: Если масло SAE 30 (или например 5W-30) просело в вязкости ниже значения 9,3 cst — оно рекомендуется к смене — желтый цвет опасности. Если это же масло просело в вязкости еще ниже 8,3 cst — критический, красный уровень опасности. Дополнительно комментируется еще один момент — когда вязкость достигает значения около 8.3 cst, такой важный параметр как HTHS (высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига), находится ниже критичного минимума. Так же воспринимается и повышение вязкости масла, например выход масла SAE 30 за 12,5 cst — желтый цвет опасности, выход масла за 14,2 — критический, красный уровень опасности.
Пример как система контроля смазочных материалов Shell Lube Analyst трактует изменение вязкости при 100С.
Снижение вязкости масла в отработках происходит по нескольким основным причинам:
- разбавление топливом (не сгоревшее топливо попадает в картер и разжижает моторное масло — случается очень часто, почти каждая отработка немного падает в вязкости.)
- сработка полимерного загустителя. (случается реже, при тяжелых условиях эксплуатации, критично затянутых интервалах смены, ввиду сложной конструкции двигателя.)
- смешение с прежним маслом, что оставалось в картере — несливаемым остатком (при обычной смене масла не возможно избавиться от старого масла полностью, оно все равно остается на деталях двигателя, в картере почти всегда 300-1000мл старого масла остается ниже отверстия для слива, эти остатки зачастую снижают вязкость свежего масла.) Величина несливаемого остатка зависит от конструкции двигателя, формы картера, и методов замены масла.
- разбавление водой — обводнение масла (двигатель работает не вакууме, в нем всегда присутствует влажность, которая попадает вместе с воздухом).
Повышение вязкости масла в отработках происходит по следующим причинам:
- полимеризация масла (примитивно можно описать процесс так, легкие фракции при высоких температурах, тяжелых условиях, длительных затянутых интервалах испаряются, тяжелые остаются — масло густеет, растет вязкость)
- набивание масла частицами продуктов сгорания топлива (например, сажа в дизельных двигателях набивает собой масло так, что оно становится на подобии разбухающей каши — при этом наблюдается значительное повышение вязкости масла)
- смешение с прежним маслом, что оставалось в картере — несливаемым остатком (когда он гуще, чем свежее заливаемое масло).
- образование сгустков, шламов, мазей (происходит при сильном разбавлении водой, антифризом итд)
Индекс вязкости (Viscosity Index — VI) — характеризует вязкостно-температурные свойства масел, другими словами изменение вязкости масла в зависимости от изменения температуры. Этот параметр в лабораторных анализах получается методом расчетов из вязкости при 40С и вязкости при 100С по специальной формуле, которая указана в стандартах ГОСТ 25371-82 или ASTM D 2270. Любой желающий может подсчитать индекс вязкости имея на руках эти два параметра, например в онлайн-калькуляторе индекса вязкости.
Если простым языком, чем выше индекс вязкости масла, тем шире диапазон температур в котором это масло может работать. Чем выше индекс вязкости, тем «жиже» это масло на холодную, и тем меньше изменяются параметры вязкости при высокой (рабочей) температуре.
Современные экономичные масла, производители стараются делать так, что бы при первом (холодном) запуске, масло было как можно более «жидким» (для экономии топлива), но в то же время держало вязкость при 100С (рабочей температуре). Поэтому в некоторых современных маслах 0W-20, 0W-30, 0W-40 мы видим очень высокие индексы вязкости. Это стало доступно благодаря новым современным достижениям в производстве смазочных материалов — появлению новых базовых масел с высокими индексами вязкости, а так же благодаря применению стойких полимерных загустителей.
Щелочное число (TBN — Total Base Number) — характеризует щелочную среду способную нейтрализовать кислоты, образующиеся в двигателе при сгорании топлива. Щелочное число (TBN) измеряется в миллиграммах гидрооксида калия (или сульфоната кальция), необходимого для нейтрализации основных составляющих, присутствующих в 1 грамме масла. Единица измерения мг.КОН на 1г. Если более простым народным языком, в масле присутствует щелочная среда, которая нейтрализует кислотную среду и тратит свой потенциал, в связи с этим снижается щелочное число.
В свежих маслах щелочное число показывает запас щелочной среды. Обычно в гражданских маслах щелочное число находится в диапазоне от 5 до 12 мг.КОН на 1г. Принято считать что, чем выше щелочное число, тем лучше моющие/нейтрализующие свойства масла. Однако не все так просто, щелочное число снижается не линейно, на его падение влияют многие факторы. Когда вы только залили свежее масло в двигатель и дали ему поработать, щелочное число резко падает ввиду того что смешивается с окисленным, несливаемым остатком масла и остатками на деталях двигателя (кислотной средой двигателя). После этого резкого падения на нейтрализацию кислотной среды, щелочное число падает медленно и постепенно практически весь интервал смены. При значении щелочного числа примерно 2.5-3 единицы, оно как бы останавливается и падает еще медленнее — весь основной и самый активный потенциал щелочной среды истратился на кислоты. Далее щелочное число падает очень медленно (TBN = 0,5-2,0) и начинается активный рост кислотного числа. Все! Маслу более нечем нейтрализовать кислоты в двигателе, и мы видим активный рост кислотной среды. Основной щелочной потенциал масла истрачен.
Щелочное число в масле нам дают специальные присадки — детергенты, мы говорили о них выше в абзацах магний, кальций, натрий. Основные функции детергентов — это:
- контроль образования отложений, лаков, шламов, нагаров на деталях ДВС, особенно там, где присутствуют высокие температуры — поршни, кольца, вкладыши, подшипники турбонагнетателей итд.
- нейтрализация кислотной среды образующейся при сгорании топлива в двигателе, рост кислотной среды может спровоцировать повышенный коррозионный износ деталей.
Существует несколько методов измерения щелочного числа. Методом ГОСТ 30050 (или ASTM D 2896) обычно измеряются свежие масла. Методом ГОСТ 11362 (или ASTM D 4739) обычно измеряются отработанные масла.
Если вы посмотрите на лабораторные анализы, то увидите что щелочное в свежем масле протестировано одним методом ГОСТ 30050 (или ASTM D 2896), а щелочное число в отработке протестировано другим методом ГОСТ 11362 (или ASTM D 4739).
свежее масло отработанное масло
Дело в том, что каждый метод «видит» свои разновидности щелочной среды, а некоторые разновидности щелочной среды «не замечает». Например, если протестировать свежее масло методом для отработок ГОСТ 11362 (или ASTM D 4739) то он покажет значение щелочного числа меньше на 1,5 единицы, чем метод для свежих ГОСТ 30050 (или ASTM D 2896). Допустим, вы протестировали свежее масло методом ГОСТ 11362 (или ASTM D 4739) у вас получилось щелочное 8,5. Если протестировать это же самое масло другим методом ГОСТ 30050 (или ASTM D 2896), то у вас получится щелочное около 10. Это говорит о том, что метод «для отработок» ГОСТ 11362 (или ASTM D 4739) не видит определенную щелочную среду, которую видит метод «для свежих» ГОСТ 30050 (или ASTM D 2896).
И наоборот. Если протестировать отработку методом ГОСТ 30050 (или ASTM D 2896) для свежего масла — щелочное число будет показывать высокие значения, даже когда вы уже значительно «перекатали» на масле и начался рост отложений и кислотной среды. То есть вы проехали 10 тыс км, 15 тыс км, 20 тыс км — а у вас щелочное число все показывает хороший потенциал — «норма».
Поэтому для свежих масел один метод измерения, а для отработок другой. Обычно так принято почти у всех, но бывают исключения. В некоторых случая лаборатории считают, что важно измерять щелочное число и в свежем, и в отработке, одним методом ГОСТ 30050 (или ASTM D 2856). У каждой компании своя политика и свои взгляды.
До какого значения щелочного числа (TBN) можно безопасно эксплуатировать масло?
Тут тоже у каждого свои взгляды и рекомендации, перечислим некоторые из них:
- когда значение щелочного числа в отработке TBN=50% от свежего масла. То есть в свежем было TBN=10, стало TBN=5 — рекомендуется сменить масло. Этот способ рекомендовали многие производители масел и авто-производители, в то время, когда топливо было с большим содержанием серы. С течением прогресса и введением новых экологических требований, топливо становилось лучше качеством, в нем уменьшалось содержание серы. Как мы знаем, сера один из главных источников кислот, на которые тратиться щелочное число, соответственно масло стало срабатываться медленнее, поэтому появились другие рекомендации к смене масла.
- когда щелочное число TBN равно кислотному числу TAN. TBN=TAN. Щелочное число падает во время эксплуатации, кислотное число в это время растет, и когда их значения сравнялись — рекомендуется сменить масло. Допустим щелочное TBN=3, кислотное TAN=3 — рекомендуется сменить масло.
- когда значение щелочного числа TBN < 2,5. То есть в свежем масле было TBN=10, в анализе отработки стало TBN=2.5 — рекомендуется сменить масло. Сейчас это одна из самых распространенных рекомендаций для дизельного транспорта. Например, такие рекомендации встречаются у лабораторий Polaris, ALS, таких производителей двигателей как Cummins, таких производителей масел как Chevron итд. По бензиновым двигателям информации встречается еще меньше. В большинстве случаев многие компании используют эту информацию как внутрикорпоративную и не публикуют ее. Считается, что обычному конечному автолюбителю такие значения не нужны, они трудны для понимания и делать анализ отработки он не будет. Ему предлагаются замены масла по интервалу в км, по электронным датчикам итд. Нужно отметить, что этот способ TBN < 2,5 практически равен описанному выше TBN=TAN, судя по отработкам, как раз на значениях 2.5-3.5 щелочное с кислотным и встречается, за редким исключением.
- когда значение щелочного числа TBN < 1. То есть в свежем масле было TBN=10, в анализе отработки стало TBN=1 — рекомендуется сменить масло. Такие рекомендации встречались на зарубежных форумах, например в FAQ bobistheoilguy.com «TBN <1,0 обычно считается моментом истощения добавок и является безопасной точкой, чтобы сменить свое масло». Такой метод получил популярность среди экономных автолюбителей, готовых ездить до полного истощения потенциала масла.
Щелочное число (TBN) — это параметр характеризующий потенциал масла, способность нейтрализовать кислоты и образование отложений. Если щелочное число в отработанном масле низкое, такой и его остаточный потенциал. Если кислотное число (TAN) начало стремительный рост не обращая внимание на щелочное число (TBN), значит росту кислот уже ничто не противостоит. Нейтрализовать кислоты больше нечем. Одна из главных функций масла — нейтрализовать кислоты и препятствовать образованию отложений, утрачена. Отсюда и нужно исходить в выборе вариантов смены масла по TBN.
Критерии значений щелочного числа (TBN) Shell: Критерии для дизельных двигателей Cummins:
Критерии лабораторий Polaris и ALS:
Кислотное число (TAN — Total Acid Number) — характеризует кислотную среду масла. Кислотное число измеряется в миллиграммах гидроксида калия необходимого для нейтрализации основных кислотных составляющих в 1 грамме масла. Единица измерения в мг.КОН на 1г. Метод определения кислотного числа ASTM D 974.
В свежих маслах кислотное число присутствует всегда. Базовые масла, из которых состоит масло, имеют кислотное число как свою естественную среду. Так же кислотное число повышают различные присадки, содержащиеся в готовом масле. Если посмотреть лабораторные анализы свежих масел, значение кислотного числа в гражданских маслах обычно находится в пределах от 1.5 до 3.0 мг.КОН на 1г. Как правило если кислотное число меньше, значит есть запас для его роста прежде чем оно сравняется с щелочным числом. В разумных пределах, высокого кислотного числа в свежих маслах опасаться не стоит, чем больше в масле присадок, например противоизносных ZDDP, тем выше кислотное число — это нормально.
В отработанных маслах кислотное число повышается от пройденного пробега, тяжелых условий эксплуатации, качества топлива, содержания серы в топливе итд. В течении всего пробега масла, кислотное число TAN медленно и постепенно растет, в то время, как щелочное число TBN падает, если щелочная среда уже не в состоянии остановить рост кислот, полностью исчерпав свой потенциал, кислотное число начинает расти стремительно.
Пример как может вырасти кислотное число при сильно затянутом интервале смены:
Считается, что при повышении кислотного числа растет и коррозионная активность среды в двигателе. Однако, не смотря на то, что кислотное число действительно показывает рост продуктов окисления — кислот, данный параметр не может служить для точного предсказания коррозионной агрессивности масел в процессе эксплуатации. Очень часто в лабораторных анализах бывает так, что кислотное уже 4-5, а коррозия металлов и увеличенное содержание металлов в связи с этим не возникает. Второй важный момент, от кислотной среды в двигателе, в определенный момент, возникает и рост отложений, образование лаков, шламов, нагаров, особенно в зонах повышенных температур, поршни, кольца, клапана итд. Поэтому игнорировать рост кислотного числа не стоит. Это просто один из предупреждающих сигналов, который нужно рассматривать в совокупности с другими параметрами.
Температура вспышки масла (Flash Point) — температура при которой пары масла, образуя смесь с воздухом, вспыхивают при поднесении нему пламени. Чем больше в масле легких фракций, тем раньше наступает воспламенение. Температура вспышки измеряется в градусах Цельсия oС. Метод определения ASTM D 92 (ГОСТ 4333). Температуру вспышки определяют в открытом тигле или в закрытом тигле. В открытом тигле температура вспышки, как правило, выше на 20-25 градусов, чем в закрытом тигле. Если в открытом тигле 225С, то в закрытом тигле будет около 200С.
В свежих моторных маслах, температура вспышки характеризует термостабильность масла при высоких температурах. Принято считать, что чем она выше, тем масло стабильнее себя ведет при высоких температурах — меньше угорает, меньше окисляется, оставляет высокотемпературных отложений итд.
В отработанных маслах, температура вспышки может использоваться для определения факта попадания топлива в масло. Например, в свежем масле температура вспышки была 225С, а в отработке стала 190С — это говорит о существенном разбавлении топливом. Если температура вспышки масла падает не сильно, допустим была 230С, стала 223С — то это нормальное явление, встречающееся почти в каждом анализе. Обычно в каждой отработке есть небольшой процент не сгоревшего топлива.
Нужно помнить, что при определении наличия топлива в отработанном масле с помощью температуры вспышки, нельзя определить точное количество топлива. Это «зыбкий» параметр в определении количества топлива, он может говорить только о его наличии или отсутствии, «да» или «нет». Падение температуры вспышки масла зависит от многих факторов, таких как «густота» базового масла, синтетичность базового масла, тяжелые фракции топлива или легкие, изначальная вспышка свежего масла, успел автолюбитель выпарить топливо по трассе нагрев картер, или нет итд.
Зольность сульфатная (Sulphated ash) — количество неорганических примесей остающихся после сжигания масла при высокой температуре. Измеряется в процентах % от массы масла. Сульфатная зола остается после сжигания масла, в основном от содержащихся в нем металлосодержащих присадок. Обычно это присадки на основе кальция, магния, натрия, бария, цинка, калия, олова итд. Если простым языком, взяли масло сожгли его до остатка, который представляет собой золу и соединения углерода, остудили, промыли серной кислотой, и опять нагрели при температуре 775oС, до окисления углерода. Потом охладили, промыли серной кислотой, опять прожгли при температуре 775oС. Полученный остаток взвешивают и получают сульфатную зольность в %.
Зольность сульфатная — один из главных параметров свежих масел. Почти все современные стандарты имеют ограничения по зольности. Масла с высоким содержанием зольности сульфатной отрицательно влияют на сажевые фильтры дизельных двигателей (DPF), забивая их. Высокие содержания сульфатной золы отрицательно влияют на современные многоуровневые катализаторы. В чрезмерном содержании зола способствует образованию зольных абразивных отложений в зонах повышенных температур, особенно касается двигателей с прямым впрыском топлива в камеру сгорания — GDI (Gasoline Direct Injection), дизельных двигателей CRDI (Common Rail Direct Injection) с камерой в поршнях. При умеренном содержании зольность сульфатная относительно безвредна, если данный стандарт масла рекомендуется производителем, не нужно ее опасаться. Не нужно искать масла с очень низкой зольностью. Не стоит забывать, что зольность сульфатная в масле, главным образом от металлосодержащих присадок, которыми обычно являются моющие нейтрализующие присадки, в свою очередь препятствующие образованию отложений. Противоизносные присадки ZDDP так же являются источником золы. Получается замкнутый круг — много золы нельзя, и мало золы тоже не лучший вариант.
Встречаются теории, что зольность сульфатная не так страшна, ведь с топливом мы получаем гораздо больше золы, серы, масло черное, грязное, вобрало в себя сажу, итд. Это не совсем верно. Мы протестировали зольность сульфатную в свежем масле и в отработке — зольность в отработке осталась примерно на том же уровне, что в свежем масле. И вот тут как раз нужно вспомнить, что зольность в маслах образуется от металлосодержащих присадок, остальное при высоких температурах просто сжигается. Золу трудно прожечь даже очень высокими температурами — именно она, а не углеродные соединения, которые сгорают при высоких температурах, опасны для катализаторов, сажевых фильтров, а так же в виде отложений в различных узлах двигателя.
Пример анализа зольности сульфатной в свежем масле и отработке:
Температура застывания (Pour Point) — Если простыми словами, образец с маслом охлаждают с заданной скоростью до температуры, при которой масло становится не подвижным. Измеряется в градусах Цельсия oС. Метод измерения ГОСТ 20287 (ASTM D 97).
Температура застывания не показывает надежно, насколько масло будет себя вести в условиях эксплуатации при низких температурах — это пробирочный тест показывающий состояние масла при низких температурах. Например, можно судить о состоянии масла в картере. Характеристикой подвижности масла при низкой температуре, является его вязкость при этой температуре. Другими словами, если температура застывания масла -60С — это не говорит о том, что на этом масле можно запускаться в -60С. Скорее всего, уже при температурах -37С, -40С потребуется подогрев картера, потому что масло будет слишком густое.
В свежих маслах температура застывания может косвенно намекать, есть ли в масле ПАО синтетика. Например, если масло имеет температуру застывания -54С -60С — с большой вероятностью оно содержит базовые масла ПАО. Хотя бывают и исключения — это не 100% метод.
Часто в анализах свежих масел мы получаем расхождения между полученной температурой застывания и данными указанными в технической документации на эти масла. Во-первых, при производстве масел невозможно угадать какой точно будет температура застывания, она может варьироваться. Во-вторых, за рубежом используют термин pour point, вкладывая туда смысл определения температуры потери текучести, мы же определяем температуру застывания. На практике температура потери текучести будет ниже температуры застывания. Результаты, полученные при определении указанных температур, между собой очень слабо коррелируют и разница будет зависеть от природы масла, его состава, наличии pour point — депрессанта. Процедура определения температуры потери текучести (метод А) и температуры застывания (метод Б) описывается в ГОСТ 20287.
Вязкость динамическая CCS (Low-Temperature Cranking Viscosity) — вязкость кажущаяся, динамическая определяемая на имитаторе холодной прокрутки CCS (Cold Cranking Simulator). Вязкость CCS измеряется в мПас. Метод определения ASTM D 5293. Имитатор холодной прокрутки CCS имитирует условия запуска двигателя при низких температурах. Этот параметр входит в требования стандарта SAE J300, где масла имеют определенный лимит вязкости CCS. Масла 0W измеряются при -35oС и должны иметь вязкость CCS < 6200. Масла 5W измеряются при -30oС и должны иметь вязкость ССS < 6600 итд.
Требования стандарта SAE J300 Jan 2015:
Вязкость динамическая CCS в анализах свежих масел, дает нам понятие, как масло будет прокручиваться в морозы, имитируя условия, схожие с теми, в которых находятся подшипники скольжения при холодном запуске двигателя. Если масло 5W-30 при -30С имеет вязкость CCS = 3500 при норме <6600 — это масло будет очень легко прокручиваться стартером. И наоборот если масло 5W-30 при -30С имеет вязкость CCS = 8000 — это масло, во-первых, нарушает требования стандарта SAE и не может называться 5W-30, во-вторых, будет тяжело прокручиваться стартером в морозы.
Гонятся за низкими CCS не стоит, с одной стороны вы получаете легкий запуск в морозы, с другой стороны масла имеющие низкий CCS, часто имеют низкую вязкость базового масла и много полимерного загустителя, отсюда больше вероятности того, что масло будет больше угорать, в тяжелых условиях быстрее просядет полимерный загуститель итд. С другой стороны, если масло на ПАО базовых маслах, оно часто имеет низкие CCS и это нормально.
Испарение масс NOACK (Evaporation loss, Volatility) — это количество масла которое испарится в течении 1го часа при температуре 250С и постоянном потоке воздуха. NOACK измеряется в %. Чем ниже NOACK, тем выше термостабильность масла при высоких температурах, тем меньше потерь на испарение. Испаряемость масс (NOACK) зависит от вязкости масла — чем гуще масло, тем ниже NOACK (при остальных равных условиях). Если же у масла низкая вязкость, то NOACK обычно выше. Так же на испаряемость масс влияет и химический состав масла, его поверхностная адгезия, применение полимерных загустителей итд.
NOACK так же говорит о качестве масла, во многих стандартах он ограничен. Например, в ACEA A3/B4 2010 — NOACK должен быть меньше или равно 13%. В маслах стандарта API SN ILSAC GF-5 — NOACK должен быть меньше или равно 15%. В современных допусках Mercedes Benz 229.5 или 229.51 — NOACK должен быть меньше или равно 10%. Если испаряемость масс выше, значит масло не соответствует заявленному стандарту. За нашу историю лабораторных анализов встречались масла с NOACK 15-18% — редко но такое случается.
В анализе свежего масла NOACK может косвенно говорить о синтетичности базового масла. Например, если у моторного масла вязкости 5W-30, NOACK = 11-12% это скорее всего гидрокрекинг VHVI. Если у масла 5W-30 NOACK = 6-8% — это с большой вероятностью ПАО синтетика или GTL базовые масла.
Некоторые считают, что NOACK не показывает реальный расход масла на угар при реальной эксплуатации. Это и верно, и в тоже время неверно. Дело в том, что на угар влияют многие факторы эксплуатации, например разбавление масла бензином или водой — угар повышается. Режимы эксплуатации — например, на трассе при более постоянных и высоких оборотах двигателя, при высокой температуре в картере — расход на угар будет выше. Состояние двигателя — например, двигатель со старыми сальниками клапанов, которые не могут нормально снять масло с поверхности клапана, будет расходовать масло одинаково, что с низким NOACK, что с высоким — масло все равно сгорит при высокой температуре. Однако если угар измерять в идеальных условиях, без влияния различных факторов эксплуатации, то меньше будет угорать то масло, у которого ниже NOACK. То есть меньше — лучше.
pH — кислотность (ВКЩ — содержание водорастворимых кислот и щелочей) — это концентрация ионов водорода в жидкости. Получается методом извлечения водорастворимых кислот и щелочей из масла и определения величины рН специальным прибором pH-метром. Метод определения ГОСТ 6307-75. Единица измерения — pH по шкале от 0 до 14. Чем ближе параметр pH к нулю, тем более кислая среда, чем ближе pH к 14, тем более щелочная среда. Обычно свежие масла обладают нейтральной кислотностью pH = 7-8. В процессе работы моторного масла в двигателе образуются кислоты, среда становится кислой — pH неуклонно снижается.
Накопление кислот в масле чревато несколькими вредными последствиями — окисление масла, повышение вязкости, снижения срока службы пластмасс и эластомеров, внутренняя коррозия деталей двигателя, в первую очередь состоящих из цветных металлов меди, свинца, олова, алюминия, а так же деталей, содержащих железо.
Считается что pH < 5,5 — это уже слабокислая среда, моторное масло в двигателе желательно заменить. Однако определенных рамок замены масла по pH — не существует, встречались так же рекомендации сменить масло при pH = 4,5. Важно понимать что pH — это один из совокупных параметров для определения состояния масла. Если например, в масле щелочное TBN = 6, кислотное TAN = 3.5, а pH = 3,5 — масло немедленно нужно заменить. В данном случае, значение pH = 3,5 говорит об агрессивной кислотной среде, не смотря на то, что щелочное еще вроде бы высокое и кислотное число еще не сильно выросло.
Шкала pH:
Содержание серы (Sulphur) — это массовая доля серы содержащейся в масле. Содержание серы измеряется в процентах %. Количество серы зависит от природы нефти, из которой изготавливают базовые масла, а так же от степени и глубины ее очистки. Благодаря современным процессам гидроочистки при производстве базовых масел, удалось достичь минимального содержания серы < 0,03%. Например современный гидрокрекинг Neste Nexbase VHVI или Lukoil Volgograd VHVI-4 содержит около 5-20ppm серы (частиц на миллион).
В свежих маслах содержание серы может сказать нам о том, какой пакет присадок применяется, на сульфонатах кальция или на салицилатах кальция. Обычно масла на салицилатах кальция (современный эффективный детергент) содержат 0,200-0,260% серы. А масла на сульфонатах кальция содержат около 0,400% серы. Так же по высокому содержанию серы 0,500-0,600% и выше, можно предположить, что в масле присутствует минеральное масло первой группы — часто такие содержания серы имеют масла 10W-40, 15W-40 которые называются полусинтетическими. Содержание серы примерно говорит нам о чистоте базовых масел или разновидности пакета присадок, из которых произведено масло.
Содержание серы в базовых маслах по группам API:
При производстве полусинтетических масел VHVI/GTL/PAO + минеральное
базовое масло Group I, от минерального масла растет содержание серы:
Окисление (Oxidation) — это образование кислот в масле. Измеряется в условных единицах IR Units, которые получают на специальном приборе — ИК спектрометре Фурье. Метод определения ASTM E2412. В двигателе при сгорании топлива, давлении, взаимодействии с водой и кислородом, образуются кислоты. Кислоты в серьезных концентрациях могут привести к коррозии внутренних деталей двигателя или образованию отложений. Так же кислоты истощают потенциал масла, который тратится на их нейтрализацию. Параметр Окисление как раз показывает рост этих кислот в отработке. Это еще один альтернативный метод мониторинга образования кислот, помимо метода определения кислотного числа (TAN). Например, если в свежем масле Окисление было 12, а в отработанном масле стало 30-50 — это говорит о существенном окислении масла и необходимой его замене.
В свежем масле окисление может примерно говорить о присутствии в масле эстеров. Эстеры (эфиры) это продукты кислот. Если в свежем моторном масле высокое окисление, начиная от 15 и выше — значит, в масле скорее всего присутствуют эстеры, либо что то другое, что определяется как кислота/продукт кислот из-за похожих C=O связей.
Нитрация (Nitration) — это образование в масле продуктов окисления азота NOx (оксиды азота). Измеряется в условных единицах IR Units, которые получают на специальном приборе — ИК спектрометре Фурье. Метод определения ASTM E2412. В процессе сгорания топлива в двигателе, при присутствии высоких температур, давления, участии азота и кислорода, находящихся в потребляемом воздухе, образуются окислы азота. Нитрация является причиной образования отложений в двигателе. Зависит этот процесс от пробега, тяжести условий эксплуатации, израсходованного топлива. По нитрации в отработке, можно примерно судить, на сколько серьезно масло отработало в двигателе. Если взять обычный пассажирский автомобиль, при обычных интервалах смены, нитрация растет примерно на +5-10 единиц за интервал. Если же, например, в свежем масле нитрация была 6-7 единиц, а в отработанном 20 и более единиц, можно считать что интервал затянут или условия были очень тяжелые.
HTHS (высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига) — Как известно при высоких температурах вязкость моторного масла снижается, масляная пленка становится тоньше. Параметр HTHS — это высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига. HTHS измеряется в миллипаскалях в секунду. Наиболее распространенный метод испытания ASTM D 4683. Этот метод включает в себя, определение вязкости масла при высокой температуре 150С. Итак HTHS — это вязкость моторного масла при температуре 150С и высокой скорости сдвига 106 с-1 . Ничего трудного для понимания здесь нет — просто нужно запомнить, что для каждого автомобиля свой интервал допустимой HTHS. В двигатель, не предназначенный для использования моторных масел с низким HTHS, ни в коем случае нельзя лить такие масла. Почему и нужно обращать внимание на рекомендации производителя, выбирать масло в соответствии с рекомендованной вязкостью, рекомендованными допусками и рекомендованными стандартами.
Применение масла с пониженным HTHS, в не предназначенных для этого двигателях может привести к их ускоренному износу. В моторах, спроектированных для использования в них масла с пониженным HTHS, имеется ряд существенных отличий:
- расстояние между трущимися поверхностями уменьшено. Более высокая точность сборки и подгонки деталей друг к другу (минимальные зазоры между деталями).
- применение широко-поверхностных подшипников скольжения (вкладышей), в которых масло высокой вязкости поступает медленнее.
- специальное нанесение микропрофиля поверхности на деталях — на подобии хона в цилиндрах, для удерживания на деталях низковязких масел.
Если двигатель не спроектирован под низковязкие масла с низким HTHS, использование таких масел в нем недопустимо!
В последнее десятилетие среди мировых автопроизводителей, наблюдается тенденция к снижению высокотемпературной вязкости при высокой скорости сдвига — HTHS. Использование таких масел экономически и экологически оправдано. Масла с низким HTHS дают большую экономию топлива по сравнению с обычными маслами более высокой вязкости. Меньшая вязкость масла приводит к меньшему сопротивлению деталям двигателя, что приводит к увеличению мощности двигателя, меньшему износу в некоторых узлах двигателя. Применение таких масел, так же положительно влияет на экологию. Выброс CO2 в атмосферу на низковязких маслах значительно ниже, чем на маслах более высокой вязкости.
Источник FAQ по лабораторным анализам oil-club.ru
