Monitorowanie olejów w czasie rzeczywistym: wybrane właściwości oleju

Niniejszy artykuł jest trzecim z miniserii. Zostaną w nim omówione podstawowe charakterystyki jakości olejów, sposoby oceny majątku na podstawie analizy ilościowej i jakościowej produktów zużycia oraz zaawansowane techniki wykorzystywane do monitorowania w czasie rzeczywistym wybranych cech oleju oraz oceny smarowanego przez niego majątku na bazie produktów zużycia [3]. Tu przez zaawansowane rozumie się takie, które umożliwiają ocenę wielu charakterystyk oleju i będą w dalszej części nazywane technikami wielosymptomowymi.

Liczba kwasowa i zasadowa

Amfolity (czyli substancje amfiprotyczne) to związki chemiczne, których cząsteczki zawierają jednocześnie grupy kwasowe oraz zasadowe. W olejach smarowych występują równocześnie zarówno substancje kwaśne, jak i alkaliczne. Ponadto niektóre dodatki dodawane do oleju dla podniesienia jego walorów użytkowych mogą podobnie wykazywać cechy kwaśne oraz zasadowe. Tak więc olej jest substancją amfoteryczną, która w zależności od medium może zachowywać się jak kwas lub jako zasada. W konsekwencji celem śledzenia zmian, jakie zachodzą w oleju, wymagane jest monitorowanie zarówno zmiany jego kwaśności (co charakteryzuje liczba kwasowa AN1), jak i zasadowości (co charakteryzuje liczba zasadowa BN2).
Liczba kwasowa AN to miara stężenia kwasu (dotyczy zarówno słabych kwasów organicznych, jak i mocnych kwasów nieorganicznych) w roztworze niewodnym, która jest wykorzystywana jako jeden z podstawowych wskaźników przydatności oleju. Określa się ją na podstawie ilości zasady wodorotlenku potasu (KOH) potrzebnej do zneutralizowania wszystkich kwaśnych składników w jednym gramie próbki oleju. Standardową jednostką miary jest [mg KOH/g]. Liczba kwasowa jest bardziej dedykowana olejom przemysłowym niż silnikowym. Wzrost AN jest spowodowany m.in. przez utlenianie oleju, które skutkuje pojawianiem się kwaśnych produktów ubocznych i może także świadczyć o wyczerpywaniu się w oleju dodatków przeciwutleniaczowych, co w konsekwencji może prowadzić do korozji elementów wewnętrznych urządzenia. Proces ten jest przyspieszany w przypadku podwyższonych temperatur środowiska, w którym pracuje olej. Tak więc monitorując poziom zakwaszenia, można z właściwym wyprzedzeniem wymienić olej w stosunku do takiego jego stanu, który może powodować wystąpienie uszkodzeń3. Monitorując AN, nie należy ograniczać się do pomiaru wartości bezwzględnej, ale także obserwować trend zmiany (celowość monitorowania trendu symptomu jakości oleju pokazano na ryc. 5 w artykule Monitorowanie olejów smarnych w czasie rzeczywistym – wybrane właściwości oleju [2]). 
Na ryc. 1 z pomocą charakterystyki czerwonej pokazano trend zmiany AN.
 

Liczba zasadowa BN4 charakteryzuje zdolność oleju do neutralizacji kwasów powstających podczas jego użytkowania. BN jest właściwością bardziej kojarzoną z olejami silnikowymi niż przemysłowymi, w silnikach dąży się bowiem do neutralizacji kwaśnych produktów spalania i w konsekwencji olej winien cechować się zasadowością. Tak więc w przypadku aplikacji silnikowych im wyższa jest liczba zasadowa oleju silnikowego, tym więcej jest on w stanie zneutralizować kwasu podczas pracy silnika, chroniąc tym samym jego metalowe elementy. BN zmniejsza się w trakcie eksploatacji pojazdu, co wiąże się ze zużyciem wybranych uszlachetniaczy.
Nowe oleje silnikowe charakteryzują się zazwyczaj BN w przedziale 5–155. Wyższa wartość BN oznacza, że olej ma większą rezerwę alkaliczności, którą można wykorzystać do zmniejszenia korozyjnego działania kwasów, którymi olej zostaje zanieczyszczony w trakcie pracy. W przypadku oleju silnikowego proces ten jest tym szybszy, im niższej jakości paliwo jest wykorzystywane, gorsze charakteryzuje się bowiem wyższym zasiarczeniem, co prowadzi do powstawania kwasu siarkowego w ilości większej niż to ma miejsce w przypadku paliw o lepszej jakości. Proces ten skutkuje szybszym obniżaniu się liczby zasadowej. Charakter trendu BN pokazano kolorem niebieskim na ryc. 1. Przyjmuje się, że gdy:

• BN<3 to powinna nastąpić wymiana oleju silnikowego na nowy,
• BN = 2 (lub bieżące BN osiąga 50% wartości BN właściwej dla nowego, fabrycznie zalecanego oleju) to olej jest uważany za nieodpowiedni do ochrony silnika, zwiększa się bowiem ryzyko wystąpienia korozji miejscowej.

Monitorowania AN i BN umożliwia podjęcie optymalnej decyzji co do czasu, w którym olej winien być...