Badanie silników pod kątem liczby zasadowej TBN oraz liczby kwasowej TAN

Liczba zasadowa

Liczba podstawowa (BN) to parametr odnoszący się do tzw. rezerwy zasadowości w oleju lub jego zdolność do neutralizacji rozkładu kwasów. Chociaż lepkość jest uważana za najważniejszą właściwość oleju, liczba bazowa określa przydatność oleju do dalszego użytkowania i ma kluczowe znaczenie dla bezpiecznego wydłużenia okresów między wymianami oleju. Spadkowi liczby bazowej zwykle towarzyszy wzrost utleniania, nitracji i lepkości.
Siarka z paliwa i azot z powietrza łączą się z wodą, tworząc kwasy siarkowy i azotowy, które będą powodują korozję metali w silniku. Powoduje to zużycie, które może prowadzić do awarii silnika. W celu przeciwdziałania kwasom, będącym produktami obocznymi spalania, oleje silnikowe do silników wysokoprężnych i benzynowych bezołowiowych zawierają dodatki detergentowe neutralizujące kwasy - najczęściej magnez i wapń.
Nowe oleje silnikowe do silników diesla mają zazwyczaj początkową liczbę zasadową w zakresie od 6 do 10, w zależności od składu. BN jest uzależniona od ilości aktywnego dodatku detergentu w oleju silnikowym. Spadek BN jest normalny, ponieważ detergenty są wyeksploatowane, gdy olej jest w użyciu. Ogólnie zaleca się wymianę oleju silnikowego do silników diesla, gdy liczba zasadowa w eksploatacji wynosi 25% liczby zasadowej dla nowego oleju. Na przykład, olej silnikowy o początkowej liczbie zasadowej wynosi 10 powinien zostać zmieniony, jeśli wynik badania pod kątem liczby zasadowej jest mniejszy niż 2,5 mg KOH/g.

Liczba kwasowa

Z kolei silniki zasilane gazem ziemnym pracują w wyższych temperaturach niż silniki wysokoprężne wymagające olejów smarowych o niższej zawartości popiołu. Wyższe temperatury powodują powstawanie siarczanów metali na bazie baru, magnezu, wapnia i fosforu tworząc osad silnikowy. Te osady popiołu powodują zapychanie zaworów, zmniejszając wydajność silnika. Ponadto, nadmierne stężenie popiołu może powstawać w postaci szklistych osadów na katalizatorach spalin silników gazowych, zmniejszając ich zdolność do kontrolowania szkodliwych emisji.
Typowy olej silnikowy o niskiej zawartości popiołu do silników zasilanych gazem ziemnym ma jedną trzecią ilości dodatków detergentowych w porównaniu do oleju silnikowego do silników diesla, co czyni go podatnym na rozkład kwasów powstających w wyniku spalania. Ze względu na małą ilość detergentu, początkowe wartości BN są niskie, a niewielkie zmiany mogą być równe znacznemu odsetkowi wartości początkowej. Z tego powodu zalecamy badanie pod kątem liczby kwasowej (AN). Monitorowanie tempa, w jakim zwiększa się stężenie AN, służy do określenia przydatności oleju silnikowego do silników zasilanych gazem ziemnym do dalszego użytkowania. Wzrostowi stężenia AN towarzyszy zazwyczaj wzrost utleniania, nitracji i lepkości.
Na początkową wartość AN nowego oleju ma wpływ ilość kwasu obecnego w dodatkach. Generalnie nowe oleje silnikowe do silników zasilanych gazem ziemnym o niskiej zawartości popiołu lub niezawierające popiołu mają początkową AN pomiędzy 0,7 do 1,0 mg KOH/g.
Ogólną rekomendacją jest wymiana oleju, gdy AN jest czterokrotnie większa od liczby kwasowej nowego oleju. Na przykład, olej silnikowy do silników zasilanych gazem ziemnym z początkową liczbą kwasową wynoszącą 1,0 mg KOH/g powinien zostać zmieniony, gdy wynik badania na AN wynosi 4,0 mg KOH/g lub więcej.


Formulacja i analiza
Liczba zasadowa

Dwie najbardziej popularne metody badań oleju silnikowego wg ASTM dla liczby zasadowej to ASTM D2896 i ASTM D4739. Norma ASTM D2896 mierzy zarówno detergenty jak i dyspergatory i jest preferowaną metodą badania BN dla nowych (nieużywanych) olejów silnikowych. ASTM D4739 mierzy detergenty i jest preferowaną metodą badania BN dla oleju silnikowego będącego w eksploatacji. Należy zwrócić uwagę na różnicę, ponieważ detergenty znajdujące się w oleju eksploatacyjnym mogą się wyczerpać, ale dyspergatory pozostają nienaruszone. W takim przypadku wyniki normy ASTM D2896 nie wskazywałyby na konieczność wymiany oleju silnikowego.
Badanie pod kątem liczby zasadowej jest wykonywane poprzez rozcieńczenie próbki mieszaniną rozpuszczalników w kolbie reakcyjnej. Podczas mieszania, kwas solny jest miareczkowany w celu uzyskania reakcji chemicznej ze składnikami alkalicznymi (detergentami) w próbce. Po osiągnięciu punktu końcowego reakcji chemicznej, ilość użytego titranta jest przeliczana na wynik i podawana w miligramach wodorotlenku potasu na gram próbki (mg KOH/g).

Liczba kwasowa

ASTM D644 jest metodą analizy zawartości kwasu w oleju będącym w eksploatacji. Badanie wykonuje się poprzez rozcieńczenie próbki mieszaniną rozpuszczalników w kolbie reakcyjnej. Podczas mieszania, wodorotlenek potasu jest miareczkowany w celu uzyskania reakcji chemicznej ze składnikami kwasowymi w próbce.
Po osiągnięciu punktu końcowego reakcji chemicznej ilość użytego titranta jest podawana w miligramach wodorotlenku potasu na gram próbki (mg KOH/g).

Autor zdjęcia: By Dvortygirl - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2584776