TBN, co z tego będę miał?

Bufor zasadowy służy do neutralizacji kwasów powstających w różnych procesach utleniania, w szczególności spalania paliwa, zwłaszcza gdy używane jest paliwo o niskiej jakości wysokiej zawartości siarki, oraz utleniania oleju. Ilość kwasów w oleju jest opisana inną liczbą, znaną jako całkowita liczba kwasowa, TAN, mierzona zgodnie z ASTM D 664. Wraz ze starzeniem się ropy naftowej TBN stopniowo spada wraz ze wzrostem TAN. W pewnym momencie, nazwane skrzyżowaniem TBN/TAN, stają się równe. W tym momencie ochrona silnika przed korozją zostaje poważnie zagrożona i olej musi zostać wymieniony. O ile nie stosuje się wyjątkowo złego paliwa i nie przestrzega się zalecanych okresów wymiany oleju, jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek w praktyce spotkał się zwrotnica TBN/TAN. W większości przypadków głównym powodem wymiany oleju jest zanieczyszczenie cząstkami, a nie kwasowość.

Niemniej jednak, próbując odróżnić swoje produkty od konkurencji, niektóre firmy produkujące środki smarne zaczynają "konkurować" o wyższy TBN: im wyższy TBN, tym lepiej. W tym artykule wyjaśniono, kiedy wysoki TBN jest dobry, a kiedy nie. Poniższy prosty schemat ma pomóc w ocenie potrzeb związanych z samochodami osobowymi:

• Starszy samochód napędzany olejem napędowym bez filtrów cząstek stałych (DPF), wykorzystujący paliwo niskiej jakości lub zanieczyszczone: zalecany zakres TBN to 10-12 mg KOH/g.

• Nowsze pojazdy napędzane olejem napędowym z filtrami cząstek stałych (DPF), napędzane olejem napędowym o bardzo niskiej zawartości siarki (ULSD): zalecany zakres TBN wynosi od 6 do 9 mg KOH/g.

Stosowanie biopaliwa może również uzasadniać wybór oleju o wyższej zawartości TBN. Problem polega na tym, że smar skrzyni korbowej jest zawsze w pewnym stopniu "rozcieńczany" przez paliwo, zwłaszcza podczas krótkich podróży, gdy silnik nie nagrzewa się prawidłowo, lub przy dużych prędkościach, gdy do chłodzenia silnika używana jest bogata mieszanka paliwowo-powietrzna. Rozcieńczenie oleju silnikowego konwencjonalnym paliwem na bazie ropy naftowej spowoduje spadek lepkości, ale nie wpłynie znacząco na stabilność oksydacyjną oleju. Jednak rozcieńczenie oleju silnikowego biopaliwem podważa stabilność oksydacyjną oleju.

Pojazdy napędzane benzyną, LPG i CNG nie wymagają wysokiego TBN; w rzeczywistości wysoki poziom TBN może być dla nich szkodliwy, powodując gromadzenie się osadów popiołu i niekorzystnie wpływając na układy oczyszczania spalin (GPF, TWC). Stosowanie oleju napędowego o wysokiej zawartości TBN (HDDO) w nowym silniku benzynowym z silnym doładowaniem może wywołać nieprzyjemne super-stukanie, znane jako przedwczesny zapłon przy niskiej prędkości obrotowej (LSPI), który może całkowicie zrujnować silnik.

Dopuszczalne limity TBN są regulowane przez ACEA i liczne krajowe normy dotyczące olejów silnikowych. Należy pamiętać, że istnieją różne procedury laboratoryjne oznaczania TBN, z których najpowszechniejsze są ASTM D 2896 i ASTM D 4739. Klasyfikacja ACEA nakazuje stosowanie normy ASTM D 2896, która skutecznie określa ilościowo zarówno mocne, jak i słabe zasady w preparacie i ma tendencję do zwracania wyższego odczytu TBN niż ASTM D 4739.

Głównymi składnikami TBN w oleju silnikowym są detergenty na bazie alkoholu, w tym między innymi sulfoniany, feniany i salicylany wapnia, a czasami sodu i magnezu. Należy jednak zdawać sobie sprawę, że liczy się nie tylko rzeczywista wartość TBN, ale także to, jakie dodatki zostały zastosowane w formulacji, aby osiągnąć tę wartość. Na przykład, sulfoniany o wysokim stopniu zawartości pozwalają na łatwe zwiększenie TBN. Neutralizują one jednak zarówno najbardziej szkodliwe mocne kwasy, jak i mniej szkodliwe słabe kwasy, a co za tym idzie, bufor alkaliczny ma tendencję do szybkiego wyczerpywania się. Ponadto sulfoniany o wysokim nadwyżce nie mają działania detergencyjnego, które mogą zapewnić sulfoniany polimerowe o niskiej zawartości i bezpopiołowe dyspergacze.  Jednak te ostatnie wydają się być mniej skutecznymi wzmacniaczami TBN! Częściowe zastąpienie detergentu wapniowego detergentem sodowym zmniejszyło ryzyko LSPI. Uważa się, że silniejsze alkalia zawarte w detergentach sodowych na bazie sodu są również bardziej skuteczne w radzeniu sobie z zanieczyszczeniem biodieslem. Po raz kolejny opracowanie zbilansowanej receptury wymaga dużego doświadczenia, aby spełnić wymagane specyfikacje wydajności, przy możliwie najniższych kosztach.

Klasyfikacja olejów silnikowych API nie reguluje wyraźnie poziomu TBN, zamiast tego opiera się na teście rdzy kulowej ASTM D 6557 w celu oceny właściwości antykorozyjnych olejów. Jest to łatwo zrozumiałe, ponieważ większość amerykańskiej floty samochodowej wykorzystuje benzynę, a nie olej napędowy. Jeśli chodzi o zastosowania w trudnych warunkach, uważa się, że oleje o niewystarczających właściwościach myjących i zabezpieczonych przed korozją prawdopodobnie nie przejdą jednego lub drugiego testu silnika wymaganego przez klasyfikację API, na przykład limity ciśnienia ciśnienia filtra i szlamu w teście Cummins M11 (ASTM D 6838) lub limit wypełnienia górnego rowka w teście Caterpillar 1K (ASTM D 6750),  i w związku z tym zostaną odsiane. Ponieważ poziom siarki w oleju napędowym został obniżony, nowoczesne oleje silnikowe CJ-4, CK-4 i FA-4 mają na starcie niższy TBN niż poprzednie klasy API, takie jak CI-4 i CH-4. Obniżono również limity dotyczące oleju eksploatacyjnego. Co więcej, niektórzy przedstawiciele branży ogólnie kwestionują znaczenie TBN dla olejów silnikowych!

Technicznie rzecz biorąc, nie zawsze jest tak ważne, jak wysoki jest TBN na początku świeżego oleju, ale raczej to, jak szybko spada on w eksploatacji z powodu wyczerpania rezerwy zasadowej. Ogólnie rzecz biorąc, specyfikacje ACEA są bardziej rygorystyczne niż specyfikacje API. Poniższy schemat ma pomóc w ocenie potrzeb w zakresie poziomu TBN dla samochodów ciężarowych o dużej ładowności:

• W przypadku stosowania oleju napędowego o wysokiej zawartości siarki: zalecany zakres TBN wynosi 12-15 mg KOH/g; wybierz ACEA E4 lub E7 lub API CH-4 lub CI-4 HDDO. Kiedy jesteś zmuszony do korzystania ze złego paliwa, nie ma znaczenia, czy używasz starego, czy nowego samochodu ciężarowego: gdy musisz wybierać między trwałością silnika a trwałością układu oczyszczania spalin, ważniejsza jest ta pierwsza.

• Nowe samochody ciężarowe z silnikami EGR, wyposażone w układy redukcji NOx SCR i filtry cząstek stałych, wykorzystujące olej napędowy ULSD: zalecany zakres TBN wynosi od 7 do 9 mg KOH/g. Wybierz ACEA E6, E9 lub API CJ-4, CK-4 lub FA-4, zgodnie z zaleceniami producentów silników.

API CK-4 i ACEA E9 są preferowanym wyborem dla silników spełniających wymagania normy emisji spalin Euro VI. Kategoria API FA-4 obejmuje niektóre oleje xW-30 o obniżonej lepkości HTHS (2,9 do 3,2 cP), które są kompatybilne tylko z niektórymi nowymi wysokoobrotowymi czterosuwowymi silnikami wysokoprężnymi spełniającymi normy emisji gazów cieplarnianych (GHG) z roku modelowego 2017. Oleje API FA-4 nigdy nie powinny być stosowane w żadnych innych silnikach; w razie wątpliwości wybierz API CK-4 lub ACEA E6 lub E9 jako bezpieczniejsze alternatywy.

Dzięki najwyższej klasy, w pełni syntetycznym formułom wykorzystującym specjalnie dopasowane pakiety inhibitorów detergentów, wszystkie oleje silnikowe BIZOL wykazują wyjątkową stabilność oksydacyjną i retencję TBN, zapewniając doskonałą, długotrwałą ochronę przed korozją nawet w najtrudniejszych warunkach.