„Projekt Flota”: cz. 2 – bezpieczny interwał wymiany oleju

wstęp

W artykule postaramy się odpowiedzieć na pytanie, jaki jest bezpieczny interwał wymiany oleju. W celu przybliżenia sensu artykułu odsyłamy Państwa do pierwszej części, w której rozważany był temat bezpiecznej zawartości pierwiastków zużyciowych. Analizując wyniki, uwzględniono przebieg od wymiany oleju, rodzaj paliwa oraz typ oleju.

Chcąc określić bezpieczny interwał wymiany oleju, należy określić parametry starzeniowe oleju. Parametry starzeniowe oleju to te, które definiują stopień jego degradacji. Do takich można na pewno zaliczyć liczbę zasadową, liczbę kwasową oraz i-pH. Oprócz tego wyróżniono temperaturę zapłonu i lepkość kinematyczną, które również zmieniają się w trakcie eksploatacji oleju. Za czas eksploatacji przyjęto przebieg od wymiany oleju. Na podstawie przebiegu od wymiany oleju porównywano zmiany parametrów.

analiza wyników rezerwy alkaicznej oraz i-ph

Liczba zasadowa wyraża ilość miligramów wodorotlenku potasu, równoważnych wszystkim składnikom zasadowym w jednym gramie próbki. Przez składniki zasadowe rozumie się pewne dodatki uszlachetniające olej, a więc jej spadek wskazuje na utratę zdolności do neutralizacji kwasowych produktów spalania. Liczba kwasowa zaś to ilość wszystkich składników o charakterze kwasowym. Przyjmuje się, że wartość liczby kwasowej nie może być wyższa niż wartość liczby zasadowej. Zakłada się, że po przekroczeniu liczby zasadowej przez liczbę kwasową rezerwa alkaliczna oleju zostaje wyczerpana.

Dodatkowym parametrem wspomagającym ocenę ryzyka występowania mocnych lub słabych kwasów jest i-pH. Wartość i-pH oleju będącego w eksploatacji nie powinna być niższa niż 4,5. Znaczne obniżenie tej wartości wraz ze znacznym wzrostem liczby kwasowej wskazuje na obecność mocnych oraz słabych kwasów. Wysoka liczba kwasowa oraz wysokie i-pH mogą świadczyć o obecności słabych kwasów, jak kwasy karboksylowe lub fenole, stanowiących dodatki uszlachetniające, które nie są szkodliwe, a mają na celu zapobieganie oksydacji. [1] Podczas analizy wzięto pod uwagę również parametry FTIR: oksydację, nitrację i sulfację. Przeanalizowano również zawartość dodatków uszlachetniających oznaczonych w badaniu pierwiastków.

Na wykresach 1 i 2 zaprezentowano zmiany liczby zasadowej względem liczby kwasowej oraz wartości i-pH w zależności od przebiegu, wyrażonego w kilometrach od wymiany oleju, dla silników benzynowych oraz diesla. Na osi X przedstawione są numery próbek pochodzące z różnych samochodów, omawianych między innymi w pierwszej części artykułu. Na osi Y, po lewej stronie, przedstawione są wartości liczby zasadowej, kwasowej oraz i-pH, natomiast po prawej stronie osi Y przedstawiony jest przebieg danego samochodu od wymiany oleju. Wykresy należy odczytywać od lewej strony, gdzie przebieg wyrażony w kilometrach wzrasta od lewej do prawej.

Na wykresie 1 można zauważyć, że pierwsze przekroczenie liczby zasadowej przez liczbę kwasową ma miejsce po 10,7 tys. km, kolejne po 12,8 tys., a następnie wielokrotnie wartości te są przekraczane po 13 tys. km (z kilkoma wyjątkami). Na wykresie 2 liczba kwasowa przekracza wartość liczby zasadowej po raz pierwszy po 14,5 tys. km, następnie wielokrotnie po 15,7 tys. km, z wyjątkiem trzech próbek.

Na wykresie 3 można zauważyć, że dla próbki o numerze P2403285, pomimo jeszcze bezpiecznej rezerwy alkalicznej, wartość i-pH wynosi 3,5. Świadczy to obecności mocnych kwasów. Co ciekawe, przypadek ten dotyczy jedynego w tym zestawieniu auta z instalacją gazową. Można podejrzewać, że jest to związane z wyższymi temperaturami pracy silnika niż dla silnika benzynowego, co przełożyło się na szybszą degradację oleju. Kolejne próbki w których rezerwa alkaliczna została wyczerpana, a i-pH mieściło się powyżej wartości akceptowalnej, wymagają głębszej analizy oraz przedstawienia pozostałych parametrów kluczowych.

W tabeli 1 wyszczególniono wszystkie parametry, które mogą korelować z rezerwą alkaliczną i i-pH lub mogą przesądzić o dyskwalifikacji oleju. Kolory w tabeli nie zawsze oznaczają wartości przekroczone; mają również za zadanie zwrócić uwagę czytelnika.

W powyższej tabeli zestawiono próbki, które są widoczne na wykresie 3 i spełniają dwa warunki: rezerwa alkaliczna oraz i-pH mieszczą się w bezpiecznych zakresach. W tym przypadku należy przyjrzeć się pozostałym parametrom.

Oznaczone wartości lepkości kinematycznej w 100°C mieszczą się w klasach SAE przypisanych do danej próbki, z wyjątkiem próbek z auta A104. Spadek lepkości jest sytuacją normalną dla oleju pochodzącego z eksploatacji. Ten przypadek jest szczególny, ponieważ wartość wyjściowa dla oleju świeżego mieści się w dolnym zakresie klasy SAE 40, a więc wartość lepkości spadnie szybciej poniżej dolnej granicy SAE wynoszącej 12,5 cSt. W takim przypadku należy zweryfikować wymagania producenta auta, czy dopuszcza pracę oleju o danej lepkości, ponieważ niejednokrotnie producenci dopuszczają pracę silnika z olejem w klasach SAE 30 oraz SAE 40.
Warto zwrócić uwagę, że temperatura zapłonu (metoda tygla zamkniętego) jest niższa w przypadku silników benzynowych niż w przypadku silników diesla. Jest to jednak sytuacja typowa. Nietypową sytuacją jest próbka pochodząca z samochodu o kodzie F112, z silnikiem diesla. Temperatura zapłonu wynosząca 100°C nie wskazuje na wyeksploatowanie oleju, jednak najprawdopodobniej jest związana z usterką auta, w którym przedostaje się nadmierna ilość paliwa do oleju.

Próbka K109 na dole tabeli ma podniesioną zawartość glinu, miedzi oraz krzemu. Nie wynika to jednak ze zwiększonych procesów zużycia elementów silnika, lecz z nowego silnika oraz past montażowych, co nie dyskwalifikuje oleju. W pozostałych próbkach nie zaobserwowano niepokojących wartości zużyciowych.

Próbka o kodzie F106, znajdująca się na szczycie tabeli, charakteryzuje się najwyższym przebiegiem od ostatniej wymiany oleju. W porównaniu do innych próbek odnotowano w niej podwyższone wartości oksydacji, nitracji i sulfacji. Oznaczone wartości nadal mieszczą się w dopuszczalnych granicach. Pozostałe parametry dla tej próbki również pozostają w normie. Jest to jedyna próbka w zestawieniu o tak wysokim przebiegu z jednocześnie akceptowalnymi parametrami. Dla innych próbek, które mają wartości parametrów w normie, przebieg nie przekracza 16 tys. km.

Tabela 2 została przedstawiona w analogiczny sposób jak tabela 1. W powyższej tabeli zawarto przypadki, w których rezerwa alkaliczna uległa wyczerpaniu, natomiast wartość i-pH znajduje się w akceptowalnym przedziale.

Dla wszystkich przypadków oznaczona lepkość kinematyczna w 100°C mieści się w normie, z wyjątkiem próbki z pojazdu o kodzie F117. Może to wynikać z zastosowania oleju o klasie SAE 30, nagromadzenia sadzy (produktów spalania), a także z ogólnej degradacji oleju, co doprowadziło do wzrostu lepkości. Należy zauważyć, że wartość i-pH wynosi 4,73, co sugeruje, że wkrótce może spaść poniżej akceptowalnego progu. Dodatkowo oksydacja w tej próbce jest wyższa niż w pozostałych. Przyspieszone pogorszenie parametrów może być związane z dynamiką jazdy kierowcy, co prowadzi do wyższych temperatur, którym poddawany jest olej, oraz szybszej degradacji.

Wszystkie oleje, w których rezerwa alkaliczna została wyczerpana, a i-pH pozostaje w normie, mają przebieg powyżej 10 tys. km. Jak pokazuje tabela 1, są również oleje z przebiegiem powyżej 10 tys. km, które zachowują dopuszczalną rezerwę alkaliczną. Powstaje pytanie: czy oleje z wyczerpaną rezerwą alkaliczną, ale z bezpiecznym poziomem i-pH, nadają się do dalszej eksploatacji? Zgodnie z artykułem [1] jest to bezpieczne. Wysoka liczba kwasowa i wysokie pH oznaczają dużą ilość słabych kwasów (karboksylowych), natomiast niskie i-pH sugeruje obecność silnych kwasów (azotowych, siarkowych), które stanowią zagrożenie dla silnika.

Analizując tabele 1 i 2 oraz próbki z przebiegiem >10 tys. km od wymiany oleju, nie można zaobserwować bezpośredniej korelacji między przebiegiem a rezerwą alkaliczną i i-pH. Wiadomo jednak, że parametry te będą się pogarszać, choć w różnym tempie. Na przykład w przypadku wszystkich próbek z samochodów KIA Ceed, pomimo zbliżonego przebiegu od wymiany oleju w tabeli 2 i zastosowania tego samego oleju, zaobserwowano różne wartości i-pH oraz rezerwy alkalicznej.

Wyjaśnienie tych różnic nie jest oczywiste. Podejrzewa się, że może to być związane z pakietem dodatków uszlachetniających danego oleju, jego wartościami wyjściowymi, stylem jazdy kierowcy oraz charakterem pokonywanych tras (miasto/autostrada).

Tabela 3 została przedstawiona w analogiczny sposób jak tabela 1. W powyższej tabeli zawarto przypadki, w których rezerwa alkaliczna uległa wyczerpaniu, a wartość i-pH jest obniżona.
W powyższych przypadkach nie ulega wątpliwości, że oleje powinny zostać wymienione już wcześniej. Wysoka liczba kwasowa oraz niskie i-pH wskazują na dużą zawartość mocnych kwasów, które przyczyniają się do tworzenia osadów w układzie oraz oddziałują korozyjnie na elementy silnika.

Na uwagę zasługuje próbka P2412046. Ma ona najniższy przebieg od wymiany oleju, wynoszący 15 tys. km. W tabeli można zauważyć również podobną korelację jak w tabeli 1: oleje pochodzące z silników benzynowych mają znacznie niższą temperaturę zapłonu met. tygla zamkniętego niż oleje pochodzące z silników diesla.

analiza wyników dodatków uszlachetniających

Po omówieniu zmian parametrów w pierwszej części tego artykułu warto teraz przyjrzeć się dodatkom uszlachetniającym. W tym celu zestawiono pierwiastki obecne w świeżych olejach i porównano je z tymi samymi olejami po eksploatacji. Poniżej zamieszczono tabele zawierające wyniki analizy pierwiastków pochodzących z dodatków uszlachetniających. Pierwszy wiersz każdej tabeli przedstawia wyniki dla oleju świeżego, a kolejne wiersze zawierają wyniki próbek olejów pochodzących z eksploatacji. Każda tabela dotyczy innego oleju. Do analizy wybrano próbki z największą liczbą dostępnych danych, a do każdej tabeli dodano krótki komentarz z obserwacjami.

W próbce P2309952 odnotowano podwyższoną zawartość magnezu oraz lekko obniżoną zawartość boru i molibdenu w stosunku do referencji.

Zaobserwowano lekko podwyższony poziom magnezu oraz lekko obniżony poziom boru i molibdenu.

Odnotowano lekki spadek boru. Wysoka zawartość potasu wynika z obecności płynu chłodniczego w oleju.

W autach, w których miała miejsce pierwsza wymiana oleju, czyli tam, gdzie przebieg całkowity nie przekracza 15 tys. km, zaobserwowano wzrost zawartości magnezu, baru, molibdenu oraz siarki. Najprawdopodobniej jest to związane z użyciem past uszczelniających, co było omawiane w pierwszej części artykułu. Jednocześnie we wszystkich próbkach odnotowano spadek zawartości boru.

W próbce P2405989 zaobserwowano wzrost magnezu oraz krzemu. Może mieć to związek z przeprowadzonym remontem silnika, co było opisane w pierwszej części artykułu. Odnotowano również spadki boru.

Zaobserwowano spadek zawartości boru.

Zaobserwowano spadek zawartości boru.

Zaobserwowano spadek zawartości boru oraz molibdenu.

W większości przypadków odnotowano spadki zawartości boru oraz molibdenu. Warto zastanowić się, o jaki procent wartości wyjściowej danego oleju mogą obniżyć się poszczególne pierwiastki. Bazując na doświadczeniu oraz wiedzy branżowej, przyjęto za dopuszczalny spadek zawartości pierwiastka do 30% w stosunku do wartości oleju referencyjnego.

W analizowanych przypadkach zawartość boru często spadała poniżej 30% wartości oleju świeżego. Obniżenie zawartości boru lub molibdenu należy analizować w korelacji z innymi parametrami. Ważne jest również zrozumienie roli boru w danym oleju (np. jako inhibitora utleniania). Różnice w zawartości boru mogą wynikać z dolewki oleju lub stosowania innego produktu niż deklarowany przez użytkownika pojazdu. Ponadto, dany dodatek może wyczerpać się szybciej w określonych warunkach pracy, podczas gdy inne dodatki pozostają aktywne. Z tego względu nie można dyskwalifikować oleju wyłącznie na podstawie spadku zawartości jednego lub dwóch pierwiastków.

Nie wszystkie pierwiastki w badaniach będą wykazywać spadek, co nie oznacza, że związki chemiczne stanowiące dodatki uszlachetniające nie ulegają wyczerpaniu. Dodatki mogą przereagować, pozostawiając pierwiastki widoczne w badaniach ICP. Pierwiastki, których zawartość się zmniejsza, mogą pochodzić z dodatków smarnościowych, dyspergatorów lub substancji stałych, które osadzają się np. na filtrze olejowym.

Badanie pierwiastków jako dodatków uszlachetniających stanowi cenne uzupełnienie innych danych, jednak nie powinno samodzielnie przesądzać o przydatności oleju.

podsumowanie

Aby wyznaczyć bezpieczny interwał wymiany oleju, należy upewnić się, że inne czynniki nie wpływają negatywnie na jego kondycję. Kluczowe parametry, takie jak lepkość kinematyczna oraz temperatura zapłonu, muszą spełniać wymagania. Również pierwiastki zużyciowe i te pochodzące z zanieczyszczeń powinny mieścić się w bezpiecznych przedziałach. Obecność paliwa lub płynu chłodniczego w oleju może wskazywać na usterkę, która wpływa na te parametry. Co więcej, nawet prawidłowa eksploatacja pojazdu i oleju może mieć na nie istotny wpływ. Dlatego próbki wykorzystywane do określenia bezpiecznego interwału wymiany oleju muszą pochodzić z aut eksploatowanych w normalnych warunkach i bez usterek mechanicznych.

Ważnym wnioskiem jest różnica temperatur zapłonu olejów pochodzących z eksploatacji silników benzynowych i Diesla. W przypadku silników benzynowych temperatura zapłonu jest znacznie niższa niż w silnikach Diesla, co wynika z różnic w charakterystyce paliw. Dla silników Diesla temperatura zapłonu wyznaczona metodą tygla zamkniętego jest kluczowym wskaźnikiem oceny przydatności oleju do dalszej eksploatacji i nie może obniżać się zbyt znacząco.

Analiza pierwiastków wskazała na spadek zawartości dodatków uszlachetniających, takich jak bor i molibden. Mimo to, ich obniżenie nie powinno być jedynym kryterium decydującym o przydatności oleju do dalszego użytkowania. Stanowi to jedynie dodatkowy element, który należy rozpatrywać w kontekście innych parametrów.

Za bezpieczny interwał wymiany oleju przyjęto przebieg, przy którym wartość i-pH nie spada poniżej 4,5. Akceptowane są obniżona rezerwa alkaliczna oraz zawartość dodatków uszlachetniających, pod warunkiem że pozostałe parametry znajdują się w bezpiecznych przedziałach.

Analiza liczby kwasowej i liczby zasadowej wskazuje, że za bezpieczny interwał wymiany oleju można uznać 10,7 tys. km dla silników benzynowych i 14,5 tys. km dla silników Diesla. To przy tych wartościach liczba kwasowa przewyższyła liczbę zasadową. Warto jednak zauważyć, że próbka oleju z największym przebiegiem – 25 tys. km – zachowała akceptowalne wartości parametrów, choć bliskie końca ich normy. Pozostałe próbki z akceptowalnymi wartościami miały przebiegi poniżej 16 tys. km (Tabela 1).

Nie można jednoznacznie określić uniwersalnego, bezpiecznego interwału wymiany oleju, ponieważ wpływa na niego wiele czynników, takich jak model auta i silnika, dynamika jazdy kierowcy, rodzaj paliwa oraz zastosowany olej. Jednak na podstawie powyższej analizy można wskazać przybliżony zakres bezpiecznego interwału wymiany oleju, wynoszący 10,7 tys. – 16 tys. km.

Należy pamiętać, że przedstawiony zakres opiera się na ograniczonej liczbie próbek, co zawęża analizę do niewielkiej grupy marek, modeli pojazdów, silników i rodzajów olejów. Większa liczba próbek mogłaby pozwolić na bardziej precyzyjne oszacowanie tego interwału. Niemniej jednak, niniejsza analiza dostarcza cennych informacji na temat częstotliwości wymiany oleju oraz zmian jego parametrów podczas eksploatacji.

bibliografia

[1] Adam Malcolm, Measuring Risk Potential In Lubricants With Acidic Components

warto zapamiętać

1. Kluczowe parametry degradacji oleju:

• Liczba zasadowa: Wskazuje na zdolność neutralizacji produktów spalania; jej spadek świadczy o zużyciu dodatków alkalicznych.
• Liczba kwasowa: Określa zawartość składników kwasowych; po przekroczeniu liczby zasadowej rezerwa alkaliczna oleju zostaje wyczerpana.
• i-pH: Minimalna wartość 4,5 wskazuje na brak silnych kwasów. Niskie i-pH (np. 3,5) sugeruje obecność kwasów azotowych lub siarkowych, które są szkodliwe dla silnika.

 
2. Zmiany parametrów a przebieg od wymiany:

• W silnikach benzynowych liczba kwasowa przekracza zasadową po około 10,7–13 tys. km.
• W silnikach diesla przekroczenie to następuje później, po 14,5–15,7 tys. km.
• Wyższe temperatury pracy, np. w autach z instalacją gazową, przyspieszają degradację oleju.

 
3. Czynniki wpływające na degradację oleju:

• Styl jazdy i warunki eksploatacji: Agresywna jazda i wysokie obciążenia powodują szybsze pogorszenie parametrów oleju.
• Skład dodatków uszlachetniających: Parametry początkowe i jakość oleju wpływają na tempo zużycia.
• Rodzaj oleju i silnika: Wartości parametrów różnią się w zależności od klasy SAE i specyfikacji technicznej.

 
4. Wyniki analizy pierwiastków w olejach:

• Spadek zawartości boru był powszechny w próbkach olejów po eksploatacji.
• Wzrost zawartości magnezu, siarki i krzemu wynikał m.in. z użycia past montażowych lub remontów silników.
• W przypadku obecności płynu chłodniczego (potas) olej wymaga natychmiastowej wymiany.

 
5. Wnioski:

• Bezpieczny interwał wymiany oleju zależy od warunków eksploatacji, ale zwykle wynosi 10–15 tys. km.
• Olej z wyczerpaną rezerwą alkaliczną, ale bezpiecznym i-pH (≥4,5), może być dalej eksploatowany, o ile nie występują silne kwasy.
• Regularna analiza parametrów oleju pozwala zidentyfikować moment, w którym wymiana jest konieczna, zapobiegając uszkodzeniom silnika.

 
6. Rekomendacje:

• Weryfikować parametry oleju w trakcie eksploatacji (liczba zasadowa, i-pH, lepkość).
• Uwzględniać wymagania producenta samochodu dotyczące klas SAE.
• W przypadku podejrzeń szybkiej degradacji (np. w autach z LPG), skrócić interwał wymiany.