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:

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

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: что важно знать о нём при выборе масла

Что означает щелочное число? Стоит ли искать информацию о нём при выборе моторного масла?

Подбирая автомасло, каждому автомобилисту очень бы хотелось, чтобы оно:

* Обеспечивало высокий уровень защиты двигателя

* Эффективно очищало мотор и турбину, не позволяя загрязнять сердце авто нагаром и отложениями

* Было стойким к старению.

Стойкость масла к старению — это сохранение всех его ценных качеств на протяжении сервисного периода. Она зависит именно от того, насколько компоненты, соединённые в составе моторного масла, способны противостоять процессам окисления.

Любое моторное масло – это базовая основа+комплекс присадок. Но состав и формула каждого продукта – уникальные разработки компаний-производителей. По типу масла база может содержать одну основу, минеральную, гидрокрекинговую или полностью синтетическую, а может — две. Все полусинтетические масла – это две основы, минеральная и синтетическая, соединённые в разных пропорциях. Качество базовых основ зависит от исходного сырья, технологий его отбора, очистки, переработки и смешивания. Если в качестве сырья используется сырая нефть, свойства базовой основы будут одними, если сырьё регенерированное, его компоненты уже будут иметь другие характеристики. Корректируют параметры базовых основ, подгоняя их под потребности конкретных двигателей, присадки. Каждый компонент по-разному реагирует на кислоты и окиси, по вине которых стареет масло, и не одинаково противостоит им. Измерителем уровня противостояния всех компонентов масла кислой среде стал показатель щелочного числа. То есть, щелочное число показывает, настолько стойкое моторное масло к старению.

Что это за кислая среда

При горении топлива и масла образуются кислоты: азотная, азотистая, серная. Но это не единственный источник кислой среды. Высокая температура двигателя создаёт идеальные условия для процесса окисления масла. Кроме того, во время работы мотора в процессе сложных химических реакций выпадает осадок, формируется нагар, появляются сажевые отложения. Таким образом, создаётся кислая среда.

Что будет, если не противостоять кислой среде

Процесс окисления естественный, но он далеко не безобиден для качества моторного масла и для двигателя. Кислоты очень негативно влияют на металлические детали, а нагар, отложения и осадок загрязняют мотор. В масле также происходят нехорошие изменения. Из-за окисления изменяется его вязкость, следовательно, нарушается стабильность давления масла в системе. О качественной защите деталей от износа при таком раскладе, говорить уже не стоит. Окислившееся масло стареет, то есть теряет все свои полезные свойства, защита мотора просто исчезает.

Как щелочное число противостоит окислению

Чтобы усилить базовую основу, сделать её более стойкой к старению, производители применяют специальные ингибиторы окисления, моющие щелочные присадки, а также присадки, противостоящие налипанию нагара и отложений на цилиндр и турбину. Содержание гидроокиси калия в грамме масла называется общим щелочным числом, TBN, которое измеряется в мгКОН/г. На уровень показателя щелочного числа влияют компоненты базовой основы и присадок.

Чем выше щелочное число, тем сильнее масло перед кислой средой. Покуда масло новое, его щелочное число максимальное. Для бензиновых двигателей отличным показателем всегда считалось число 8-9 мгКОН/г, для дизельных – 11-14 мгКОН/г. Но в современных малозольных маслах оно ниже, и может достигать показателя 7 и даже 6,1 мгКОН/г.

В процессе эксплуатации моторного масла присадки вырабатываются, и щелочное число со временем понижается. Критический уровень TBN ≤ 2 мгКОН/г. Снижение уровня щелочного числа зависит от условий эксплуатации двигателя. В тяжелых условиях щелочные присадки вырабатывают свой ресурс значительно быстрее, чем в стандартных, но, если базовая основа остаётся стабильной и сохраняет в себе противоокислительные компоненты, то уровень TBN в масле будет в пределах нормы.

Конечно же, только одним показателем TBN не определяется качество масла. Поэтому избирать его, как основной ориентир было бы ошибочным. В современных маслах главную роль для выбора масла играют совершенно другие показатели. Так, например, если при высоком щелочном числе в масле высокое содержание сульфатной золы, то такое масло нельзя назвать высококачественным, и даже при показателе 14 мгКОН/г оно не подойдёт современным двигателям с системами доочистки выхлопных газов.

Тем не менее, щелочное число – одна из важнейших технических характеристик моторных масел. Поэтому при сравнении нескольких конкурентных масел, которые по мануалу подходят Вашему двигателю, стоит уделить внимание показателю щелочного числа. Всегда лучше купить то масло, где показатель TBN выше.

TBN — щелочное число моторного масла

Общее щелочное число (TBN, Total Base Number) — это показатель, который характеризует общую щелочность масла. Выражается количеством гидроокиси калия (KOH) в мг на 1 г смазочного материала. В маслах щелочное число повышают моющие и диспергирующие присадки, поэтому по этому показателю косвенно можно судить о сроке служба масла.

Зачем нужна щелочь в масле?

Процесс сгорания топлива в двигателе сопровождается выделением осадков кислотной природы. Попадая в картер, они провоцируют окисление поверхностей, что приводит к коррозии и образованию шламовых отложений, которые нарушают циркуляцию масла. Как итог — масляное голодание и отказ силового агрегата.

Щелочные компоненты необходимы для нейтрализации кислотных продуктов горения. Моющие присадки растворяют твердые отложения и препятствуют образованию новых, диспергирующие же удерживают твердые вещества во взвешенном состоянии и расщепляют кислоты на нейтральные фракции.

В процессе работы масла щелочные присадки постепенно расходуются. А кислотное (TAN), наоборот, растет.

Следует отметить, что в реальной жизни практически не бывает ситуаций, чтобы щелочное число приблизилось к нулю в результате выработки. Однако затягивать с заменой масла не стоит.

Высокое щелочное число — панацея?

Высокое щелочное число — отличное преимущество для клиентов, которые не сильно разбираются в параметрах моторных масел. Дело в том, что высокий показатель TBN повышает другой, очень важный фактор — содержание сульфатной золы, которая оказывает негативное влияние на каталитический нейтрализатор выхлопной системы, оседает на маслосъемных кольцах и клапанах. Кроме того, если головка поршня покроется твердым нагаром от высокозольного масла, хонинговальные риски, которые способствуют удержанию масляной пленки, начинают стираться. Последствия этого — «масложор», прогар клапанов, разрушение катализатора — тема для отдельной статьи.

Именно поэтому в последнее время получили распространение средне- и малозольные масла (Mid и Low SAPS), которые имеют сниженное содержание сульфатной золы и щелочи.

Важно понимать, что о моющих способностях масла свидетельствует содержание нейтральных солей, а не общее щелочное число TBN. Нейтральные соли не повышают TBN, поэтому низкое содержание щелочи не является показателем низкого качества моторного масла.

На качество моторного масла влияют не только моющие, но и антиокислительные, диспергирующие, противоизносные, противозадирные присадки, а так же качество базового масла.

Выбирать масла с высоким щелочным числом стоит в том случае, если качество топлива в вашем регионе оставляет желать лучшего. Высокое содержание серы приводит к быстрому окислению масла, поэтому масло с высоким TBN прослужит немного дольше.

Моторные масла RIXX содержат сбалансированный пакет присадок от ведущих мировых производителей: Lubrizol, Afton Chemical, BRB International BV.

Основные щелочные присадки

В качестве щелочных присадок производители применяют комплекс веществ, состоящий из таких элементов, как:

Измерение щелочного числа

Общепринятым методом определения щелочного общего щелочного числа (TBN) является метод ASTM D2896. 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.

Щелочное число масел бензиновых двигателей

Запас щелочного числа TBN

Есть техническая задача в которой нужно разобраться? Задайте свой вопрос эксперту. заполните форму и получите ответ в течении 24 часов.

Важно знать:

Первенство в изобретении двигателя внутреннего сгорания с воспламенением топливно-воздушной смеси от сжатия общепризнано отдают инженеру-изобретателю Рудольфу Дизелю. Увы, это распространенное упрощение, ведь как в природе, так и техногенной сфере что-либо новое не появляется вдруг. Все изобретения являются эволюционным продуктом научно-технического прогресса. Но поскольку такие значимые события, как изобретения, олицетворяют вклад страны и народа в культурную сокровищницу человечества, борьба за признание лидерства неизбежна.

Кстати, упрощение заключается в том, что Рудольф Кристиан Карл Дизель, будучи не только талантливым, но весьма тщеславным и не менее предприимчивым человеком, ранее других инженеров, работающих над созданием нового двигателя, получил патент на свою разработку. Патент под названием «Метод и аппарат для преобразования высокой температуры в работу» зарегистрирован 28 февраля 1892 года. Однако современный «дизельный» двигатель напоминает аппарат Рудольфа Дизеля лишь отдалённо и объединяет их только идея воспламенения топливно-воздушной смеси от сжатия.

Двигатель, который мы привыкли называть «дизельным двигателем» или просто «дизелем» это результат длительной научной и экспериментальной работы многих инженеров, но современная версия этой машины обязана российскому-советскому ученому, инженеру и изобретателю Густаву Васильевичу Тринклеру (1876-1957). Свой бескомпрессорный дизельный двигатель 22 летний инженер Путиловского завода в Санкт-Петербурге построил в 1898 году, положив в основу усовершенствованный термодинамический цикл, объединяющий в себе циклы Отто и Дизеля. Инженеры-теплотехники и конструкторы-моторостроители цикл дизельного двигателя смешанного сгорания так и называют – цикл Тринклера.

Цикл Тринклера. Диаграмма

Увы, Густав Васильевич так и не запатентовал свой «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления», проект которого он завершил на V курсе Санкт-Петербургского технологического института в 1898 году. В связи с этим обстоятельством, например, в Германии и Голландии термодинамический цикл двигателя со смешанным сгоранием называют «Seiliger cycle», а в Италии «Sabathe cycle». Встречается также название “цикл Сабате-Тринклера».

Густав Васильевич Тринклер

Тринклер-мотор. Санкт-Петербург, 1898 г.

Сегодня трудно представить области промышленности и, особенно, транспорта, где бы не использовались дизельные двигатели. Высокий КПД этой тепловой машины, значение которого у современных её образцов достигает 50%, обусловил практически безальтернативное применение дизеля в транспорте, уступая лишь атомному реактору в морском применении. Дизельным двигателем сегодня вооружены даже легковые автомобили!

В настоящем эссе касаться темы легкового дизельного автомобиля мы не будем, так как по иррациональности суждений эта сфера скорее ближе к религиозной, но о коммерческом использовании достоинств дизельного двигателя поговорим подробно.

Итак, в основе эффективности дизельного двигателя лежит его высокий термический коэффициент полезного действия. И хотя механический КПД дизеля ниже, чем у его бензинового собрата, высокая тепловая эффективность перекрывает все механические потери энергии, обусловленные особенностями кривошипно-шатунного механизма и топливной аппаратуры. Но в наибольшей степени высокая эффективность дизеля раскрывается при интенсивном коммерческом использовании, которое позволяет компенсировать все экономические издержки, связанные с более высокой ценой дизельной техники и более высоких эксплуатационных расходов.

Кстати, очень низкая интенсивность эксплуатации легкового автомобиля в качестве личного транспортного средства и объясняет, почему легкомоторное применение дизеля не оправдано с точки зрения семейного бюджета. Техническое совершенствование легкового дизеля за счет сложнейших систем питания, наддува и систем очистки выхлопных газов приводит ко всё большему удорожанию техники при совершенно ничтожном улучшении потребительских характеристик. В результате общие эксплуатационные расходы покрываются топливной экономией в среднем только через 5-10 лет «бытового» использования дизельного легкового автомобиля.

Высокая эффективность коммерческой дизельной техники, помимо топливной экономичности, определяется также весьма значительным ресурсом дизеля. Пробег в 1 000 000 километров до капитального ремонта двигателя считается нормой. Однако такой ресурс двигателя возможен только благодаря правильной технической эксплуатации, важнейшим аспектом которой является использование высокоэффективных эксплуатационных жидкостей. Важнейшей из них, напрямую влияющей на долговечность механизмов двигателя, выступает моторное масло.

В прошлом обзоре российского рынка моторных масел коммерческого сегмента (CVL) мы уже определили статус моторного масла как рабочей жидкости по обеспечению «жизнедеятельности» двигателя внутреннего сгорания и рассмотрели проблему угара масла. Сегодня мы поговорим о таком важнейшем свойстве масел для смазки дизельного двигателя, как запас щелочного числа (TBN).

Запас щелочного числа TBN

Запас щелочного числа моторного масла для дизельных двигателей означает присутствие в масле специальных присадок со щелочными свойствами, которые призваны нейтрализовать кислотные соединения, образующиеся при сгорании топлива. И если в бензиновых двигателях это качество неактуально, то в дизельных оно жизненно важно.

Всё дело в том, что в качестве дизельного топлива используются маловязкие нефтяные фракции с высоким содержанием соединений серы. При сгорании высокосернистого топлива выделяется оксид серы (IV) – SO 2 и оксид серы (VI) – SO 3 , образующие при соединении с влагой сернистую H 2 SO 3 и серную H 2 SO 4 кислоты, которые с картерными газами попадают в моторное масло, растворяясь в нем. Вследствие еще одной особенности дизельного двигателя – высокой температуры и высокого давления при горении топливной смеси, в продуктах сгорания содержатся оксиды азота NO и NO 2 , образующие с влагой азотистую HNO 2 и азотную HNO 3 кислоты. Все эти кислоты и, особенно, серная и азотная являются чрезвычайно агрессивными по отношению к деталям двигателя из цветных сплавов и к моторному маслу химическими веществами.

Влияние щелочного числа на износ поршневых колец двигателя

Во всём мире и особенно в странах Европы ведется поэтапное ужесточение требований к содержанию серы в дизельном топливе. В России с небольшим отставанием идет аналогичная работа. Отставание в данном случае обусловлено изначально высоким содержанием соединений серы в западносибирской нефти, а также необходимостью модернизации производственных мощностей по получению топлив и совершенствования торговой инфраструктуры.

В настоящее время требования к качеству дизельных топлив регламентируются ГОСТ Р 52368-2005, закрепляющем для всех произведенных в России автомобилей норму EURO-3. Содержание серы в топливе EURO-3 ограничено на уровне не более 0,035%. Для всех ввезенных в Россию импортных автомобилей действует норма EURO-5, ограничивающая содержание серы – не более 0,001%. Правда это означает, что в автомобилях EURO-5 может использоваться только топливо, также соответствующее норме EURO-5. Увы, автотранспортные предприятия, эксплуатирующие такие автомобили, редко придерживаются этого условия.

В наших реалиях мы часто сталкиваемся с использованием топлива уровня СМТ содержание серы в котором достигает 0,8-1%, что почти в 1000 раз превышает стандарт ЕВРО-5, и тут нам нужна особенная защита от используемых масел.

В любом случае, наша задача заключается в том, чтобы за счет правильного выбора моторного масла сполна реализовать ресурс дизельного двигателя, а также обеспечить максимальный срок службы самого масла. Для этого и предназначены щелочные присадки. Эффективность щелочных присадок и соответствующий срок службы моторного масла в дизельном двигателе определяются так называемым запасом щелочного числа TBN (Total Base Number) и выражаются в миллиграммах гидроксида калия на 1 грамм масла (мг КОН/г).

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

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