Zapraszam na pierwszy odcinek kanału ZmienOlej w którym opowiadam jakie funkcje pełni olej silnikowy jakie ma właściwości i na jakie parametry ...
Ustalanie wartości granicznych pierwiastków chemicznych dla olejów silnikowych
Ustalanie wartości granicznych pierwiastków chemicznych dla olejów silnikowych
Dopuszczalne i ostrzegawcze poziomy ilości obcych pierwiastków znajdujących się w używanym oleju silnikowym, uzyskane dzięki cząsteczkowej analizie spektrometrycznej, porównane ze składem świeżego oleju mogą wskazywać na ewentualną konieczność wymiany oleju na nowy. Wartości znacznie przekraczające dopuszczalne poziomy mogą również wskazywać na znaczne zużycie silnika. Jednak określenie poziomów ostrzegawczych nie jest łatwe. Podpowiadamy jak to się robi.
Wartości graniczne pierwiastków w oleju silnikowym
Niewielu producentów silników lub osprzętu określa wartości graniczne dla olejów używanych. Dzieje się tak z powodu zróżnicowanych warunków pracy i różnego pochodzenia obcych pierwiastków mogących znajdować się w oleju. W związku z tym określenie owych czynników jest kluczową kwestią podczas każdej analizy oleju. Rodzaj, ilość i (do pewnego stopnia) wielkość drobin dostarcza cennych informacji na temat zużycia silnika, zanieczyszczeń i dodatków zastosowanych w oleju.
Gdy do oceny konkretnej próbki oleju stosuje się poziomy ostrzegawcze i graniczne, należy również wziąć pod uwagę zależności pomiędzy owymi wartościami, a innymi kryteriami. Wiele czynników odgrywa tu ważną rolę, m.in. producent silnika, typ silnika, rodzaj stosowanego paliwa, ilość i typ oleju silnikowego, okres eksploatacyjny oleju oraz ilość oleju dolewanego. Warunki pracy mogą również znacząco różnić się od siebie. Silnik ciężkiej maszyny budowlanej pracuje w innych warunkach niż taki sam silnik w ciężarówce pokonującej ze stałą prędkością długie dystanse na autostradzie.
Jednak wszystkie te silniki mają jedną wspólną cechę: ich olej silnikowy zawiera wiele cennych informacji na temat samego oleju, jak również stanu silnika. Na przykład, mikroskopijne cząsteczki zawieszone w oleju dostarczają informacji na temat zużycia odpowiadających im części lub podzespołów. Pierwiastki takie jak sód, potas czy krzem wskazują na zanieczyszczenia solą drogową, twardą wodą, glikolem lub pyłem. Porównanie ilości metaloorganicznych pierwiastków chemicznych (na przykład wapnia, magnezu, fosforu, cynku, siarki lub boru) w używanym oleju do oleju świeżego wskazuje na zmiany w składzie oleju, takie jak zużycie dodatków, lub dodatek innego rodzaju oleju.
Tabela nr 1: Pierwiastki wskazujące na zużycie oleju silnikowego
|
Żelazo (Fe) |
80-180 |
Blok silnika, głowica, koła zębate i łańcuchy rozrządu, zawory, popychacze zaworów, prowadnice zaworowe, wał korbowy, wałek rozrządu, wałek dźwigienek zaworowych, sworznie tłokowe, łożyska toczne (z chromem), pompa oleju, pozostałości ferrocenu, dodatek do paliwa do redukcji sadzy, rozróżnienie korozji od zużycia w oparciu o indeks PQ |
|
Chrom (Cr) |
4-28 |
Pierścienie tłokowe, łożyska wału korbowego, sworznie tłokowe, zawory wydechowe, uszczelki, tuleje prowadzące, chromowane części, Fe, Al, Cr są zwykle znajdowane razem z Si gdyż w większości zużycie poszczególnych elementów spowodowane jest przez pył (tłoki- Al, pierścienie tłokowe –Cr i cylinder- Fe) |
|
Cyna (Sn) |
12-24 |
Często wraz z obecnością ołowiu (łożyska Babbitta) lub miedzi, ruchome powierzchnie łożysk korbowodu, wałka dźwigienek zaworowych, łożyska sworzni tłokowych, lut (mający w składzie Pb i Sn) w lutowanych elementach chłodnicy, składnik niektórych baz olejowych, dodatek płynów niepalnych |
|
Aluminium (Al) |
12-55 |
Głownie z tłoków, obudowy pompy, chłodnic oleju, elementów przekładni, turbosprężarek, tulei prowadzących, łożysk ślizgowych, bloków cylindra silników aluminiowych (z krzemem), pyłu zawierającego boksyt (tlenek aluminium) |
|
Nikiel (Ni) |
1-3 |
Składnik stopu zaworów wydechowych, prowadnice zaworowe, turbosprężarki, zębatki wysokiej wytrzymałości, łopatki turbiny, części takie jak elementy filtra mogą być pokryte niklem zamiast galwanizacji lub chromowania, składnik ciężkich olejów (z wanadem) |
|
Miedź (Cu) |
25-60 |
Główny składnik mosiądzu i brązu, jako metal pochodzący od zużytych pomp olejowych, łożysk korbowodu, łożysk sworzni tłokowych, łożysk wałka dźwigienek zaworowych, zębatek ślimakowych z brązu, spiekanych hamulców i tarcz sprzęgła, skorodowanych chłodnic oleju, systemu przewodów i uszczelnień. |
|
Ołów (Pb) |
10-30 |
Zwykle w połączeniu z obecnością cyny i/lub miedzi, łożyska korbowodu, prawie wszystkie powierzchnie pracy łożysk ślizgowych, połączenia lutowane wraz z cyną |
|
Molibden (Mo) |
4-20 Do 500 w świeżym oleju |
Zawarty w pierścieniach synchronizatorów przekładni, pierścieniach tłokowych, stali żaroodpornej, składnik dodatku antyutleniacza i modyfikatora tarcia w nowoczesnych olejach wielosezonowych i olejach przekładniowych, rzadziej jako dodatek do oleju MoS2.
|
Analiza cząsteczkowa plazmą wzbudzoną indukcyjnie (ICP) może być wykorzystana do określenia ponad 30 różnych pierwiastków w oleju silnikowym. Oprócz stwierdzenia ich obecności, do określenia stężenia pierwiastków, można zastosować emisyjną spektroskopię atomową (AES) plazmą wzbudzoną indukcyjnie (ICP).
W laboratoriach rutynowo określa się następujące pierwiastki i wartości w ramach badania oleju silnikowego: żelazo, chrom, cyna, aluminium, nikiel, miedź, ołów, wapń, magnez, bor, cynk, fosfor, bar, molibden siarki, krzem, sód i potas. W pewnych przypadkach określa się również obecność innych pierwiastków, takich jak srebro, wanad, wolfram oraz ceramiczne, takie jak cer i beryl, które są rzadko obecne w olejach silnikowych. Są wymieniane w raporcie laboratoryjnym, jeśli są one rzeczywiście obecne lub na życzenie klienta. Tabele 1-3 pokazują możliwe przyczyny obecności pierwiastków w oleju silnikowym, i ich pochodzenie (zanieczyszczenie, zużycie podzespołów, zastosowane dodatki).
Tabela nr 2. Zanieczyszczenia oleju silnikowego
|
PIERWIASTEK
|
GÓRNA GRANICA POZIOMU OSTRZEGAWCZEGO |
POCHODZENIE
|
||
|
Krzem (Si) |
15-30 Do 15 w świeżym oleju |
Zanieczyszczenia z wlotu powietrza, dodatki do oleju silnikowego zapobiegające pienieniu, zużyte uszczelnienia zawierające silikon, pozostałości smarów na bazie silikonu (również pochodzące ze strzykawek do pobierania próbek oleju), zużyte stopy aluminium (dotyczy silników aluminiowych) |
||
|
Potas (K) |
2-30 |
Dodatki do roztworów wodnych, takie jak glikol w płynie chłodzącym, sól mineralna z soli drogowej lub wody kranowej |
||
|
Sód (Na) |
5-30 Do 800 w świeżym oleju |
Dodatki do roztworów wodnych, takie jak glikol w płynie chłodzącym, sól mineralna z soli drogowej lub wody kranowej, ścieków lub słonego powietrza, dodatki do olejów silnikowych stosowane w zastępstwie wapnia lub magnezu, zagęszczacz smarów |
||
|
Lit (Li) |
2-10 |
Składnik smarów ogólnego stosowania (zagęszczacz), wskazuje na zanieczyszczenie smarem lub pastami montażowymi |
||
|
Antymon (Sb) |
1-3 |
Obecny w niektórych smarach, jako dodatek EP w formie tlenku antymonu, w połączeniu z ołowiem lub cyną stosowany w stopach łożysk ślizgowych |
||
|
Srebro (Ag) |
1-3 |
Posrebrzane powierzchnie tarcia mocno obciążonych łożysk ślizgowych, jak w przypadku silników lokomotyw, pozostałości lutu srebrowego, srebro reaguje z cynkiem z dodatków |
||
|
Wolfram (W) |
1-2 |
Rzadkość w budowie silników, składnik stopów zwiększających twardość i odporność na korozję |
||
|
Tytan (Ti) |
1-3 |
Wskaźnik poziomu oleju (pływak), składnik stopu sprężyn i zaworów z ceramicznych elementów, jako biały tlenek tytanu elementów plastikowych i farb, znacznik w olejach silnikowych |
||
|
Wanad (V) |
1-3 |
Składnik stopów stali chromowo-wanadowej w sprężynach zaworowych, tak jak nikiel jest składnikiem benzyny, produkt przedmuchów w silnikach pracujących na ciężkich olejach napędowych |
||
|
Beryl (Be) |
1-3 |
Zawory sześcienne i obudowy zaworów, łożyska spiekane, składnik ceramicznych elementów spiekanych lub w olejach do silników odrzutowych, zakazane w silnikach F-1 |
||
|
Kadm (Cd) |
1-3 |
Składniki łożysk ślizgowych narażonych na korozje, czasami również w intensywnie czerwonych pigmentach elementów plastikowych i farb. |
||
|
Kobalt (Co) |
1-3 |
Prawdopodobnie z elementów turbin lub stopów łożysk tocznych w połączeniu z żelazem |
||
|
Mangan (Mn) |
1-3 |
Składnik stopów, zwykle z żelazem, stal zaworów, łożyska toczne, zębatki lub wałki, zanieczyszczenie w kopalniach manganu (wraz z Si), bardzo rzadko dodatki zawierające mangan |
||
|
Tantal (Ta) |
|
Obecny w olejach jedynie jako składnik elementów ceramicznych |
||
|
Cer (Ce) |
|
Obecny w olejach jedynie jako składnik elementów ceramicznych |
||
|
Cyrkon (Zr) |
|
Obecny w olejach jedynie jako składnik elementów ceramicznych |
||
Przy interpretacji wyników testów laboratoryjnych należy wziąć pod uwagę różne czynniki i ilości pierwiastków znajdujących się w oleju. Naturalnie, nie wystarczy jedynie podać rodzaj i ilość pierwiastków. W celu oceny zmierzonych wartości, musimy wiedzieć, czy obecność poszczególnych pierwiastków wskazuje na zanieczyszczenie, zużycie części czy przeobrażenia, jakim uległy dodatki. Jednocześnie, w pewnym stopniu wartości te są powiązane ze sobą. Na przykład, proporcje poszczególnych pierwiastków dostarczają informacji na temat części lub podzespołów, które uległy zużyciu. Ponadto, ważne jest, po jakim czasie od wymiany w oleju pojawiły się pierwiastki wskazujące na zużycie poszczególnych części. Należy również wziąć pod uwagę ogólny czas pracy lub przebieg silnika, stosunek ilości oleju do mocy silnika, oraz ilości oleju dolanego.
W celu rzetelnej oceny określonych wartości dla oleju używanego oraz ich wzajemnych relacji i wpływu na inne czynniki, niezbędna jest odpowiednia ilość danych oraz fachowa wiedza. Ze względu na to, że, bazy olejowe i zastosowanie poszczególnych dodatków mogą znacznie różnić się w zależności od rodzaju stosowanego oleju, konieczne jest określenie odpowiednio szerokiego zakresu poziomów ostrzegawczych. Konkretny poziom ostrzegawczy może być określony jedynie dla danego typu oleju.
Tabela nr 3. Dodatki oleju silnikowego
|
PIERWIASTEK
|
GÓRNA GRANICA POZIOMU OSTRZEGAWCZEGO |
POCHODZENIE
|
||
|
Wapń (Ca) |
600-5 000 |
Dodatek do olejów, dodatek środka myjącego, polepsza właściwości myjące, zdolność dyspersyjną, jak również odporność na przegrzanie; sporadycznie zanieczyszczenie zawierające wapń na budowach; składnik smarów; woda chłodnicza lub kranowa zawierająca wapń |
||
|
Magnez (Mg) |
100-1 500 |
Dodatek do oleju; zwiększa odporność na korozję, polepsza stabilność termiczną i zdolności dyspersyjne olejów silnikowych, podwyższa rezerwę alkaiczną (BN); składnik stopów bloków silnika, czynnik utwardzający w twardej wodzie kranowej lub słonej wodzie |
||
|
Bor (B) |
10-500 |
Jako dodatek do oleju poprawia czystość silnika; borany są składnikami płynów chłodzących i środków chroniących przed korozją |
||
|
Cynk (Zn) |
Do 2 000 w świeżym oleju |
Jako dodatek do oleju zwiększa odporność na zużycie; cynkowane elementy, takie jak rdzenie filtrów, gwintowane mocowania, farby zawierające cynk i wulkanizowane materiały syntetyczne |
||
|
Fosfor (P) |
600-2 000 |
Dodatek do prawie wszystkich typów olejów używany do poprawy charakterystyki EP i zmniejszenia zużycia; posiada właściwości antykorozyjne i antybakteryjne, obniża tarcie, czyni powierzchnie metalowe obojętnymi chemicznie |
||
|
Bar (Ba) |
2-20 |
Zwykle nie występuje jako dodatek do olejów silnikowych, stosowany do poprawy charakterystyki EP, modyfikator tarcia w olejach do przekładni automatycznych, w formie mydeł z zawartością baru, składnik smarów i past montażowych |
||
|
Siarka (S) |
500-6 000 |
Składnik baz olejowych w olejach mineralnych, z tego powodu jest obecny w prawie wszystkich olejach, ale w zróżnicowanych ilościach; wraz z fosforem, siarka jest również składnikiem prawie wszystkich dodatków zwiększających odporność na zużycie i korozję, często występuje w połączeniu z wapniem i cynkiem |
||
Poziomy ostrzegawcze i graniczne wyszczególnione w tablicach 1-3 odnoszące się do pierwiastków pochodzących ze zużytych elementów, zanieczyszczeń lub dodatków zostały ustalone na podstawie analizy półsyntetycznego oleju silnikowego (SAE 10W40) użytego do smarowania nowoczesnego silnika wysokoprężnego (około 25 do 50 litrów), napędzanego paliwem zgodnym z normą EN 590 (zawierającym 5 procent estrów metylowych kwasów tłuszczowych), o okresach pomiędzy wymianami wynoszącymi ok. 500 motogodzin lub przebiegu około 75 000 km.
Podstawową zasadą jest ustalenie poziomów ostrzegawczych dla silników o większej pojemności, przy krótszych okresach eksploatacyjnych, mniejszych prędkościach obrotowych silnika i mniejszym obciążeniu.
Jednak, podane wartości w znacznym stopniu zależą od producenta oleju, prawidłowego typu silnika, okresu eksploatacji oleju, ilości oleju i ilości dolewek (jeśli wystąpiły).
fajne