آنالیز روغن موتور

با درود و احترام

مقصود و منظور از این پست، ارائه اطلاعاتی در سطح مقدماتی و متوسط درباره آنالیز روغن های موتوری است. روغن های موتوری یا Motor Oils عنوانی عمومی برای روغن هایی است که بمنظور روانکاری و روغنرسانی به موتور های درونسوز مصرف می شوند. این موتور ها در صورتیکه حالت اینجین داشته باشند، یعنی نیروبخش و پیشران یک سیستم خودرویی و سیار باشند، Engine Oil نامیده می شوند. اما، اگر موتور مزبور صرفا یک مولد قدرت ثابت باشد، همان عنوان Motor Oil برای آن بکار می رود. البته، این تنها یک نامگذاری و طبقه بندی عام است و روی ترکیبات و مشخصات عملکردی روغن تاثیری ندارد.

یکی از مواردی که کارشناسان آنالیز روغن موتور های سنگین را دچار سردرگمی می کند، تفسیر نتایج آنالیز عناصر شیمیایی است که اصطلاحا با عنوان Elemental Analysis شناخته می شود. این آزمون به روش FTIR (مخفف Fourier Transform Infra-Red) انجام شده و یکی از بهترین و در دسترس ترین روش ها بمنظور آنالیز روغن موتور است. در کنار آن، روش هایی مانند ICP (Inductively Coupled Plasma) با توانایی کشف 30 عنصر به همراه AES (Atomic Emission Spectroscopy) بمنظور تعیین غلظت هر یک از این عناصر می توانند راهگشای کارشناس آنالیز روغن باشند. اما، تفسیر نتایج، بویژه در حالت تقارن و همپوشانی نتایج، کار دشواری است.

آزمایشگاه ها معمولا و بصورت روتین عناصر زیر به همراه مقدار حضور آنها در نمونه روغن را به همراه دیگر نتایج خواسته شده از آنها گزارش می دهند: آهن (Fe)، کروم (Cr)، قلع (Sn)، آلومینیوم (Al)، نیکل (Ni)، مس (Cu)، سرب (Pb)، کلسیم (Ca)، منیزیم (Mg)، بور (B)، روی (Zn)، فسفر (P)، باریم (Ba)، مولیبدن (Mo)، گوگرد (S)، سیلیس (Si)، سدیم (Na)، و پتاسیم (K). شکل 1 را ببینید.

شکل 1: نمونه ای تیپیک از یک گزارش آزمون آنالیز عناصر نمونه روغن

برخی از آزمایشگاه ها نیز باد توجه به امکانات خود، عناصری مانند نقره (Ag)، وانادیوم (V)، تنگستن (W)، یا حتی برخی عناصر سرامیکی مانند سریم (Ce) و بریلیوم (Be) را نیز کشف و اندازه گیری می کنند. البته، عناصر اخیر معمولا در ترکیب روغن های موتوری حضور نداشته یا حضور آنها غیرمحتمل است. اما، با توجه به امکانات اندازه گیری و آنالیز موجود در برخی آزمایشگاه ها، حضور این عناصر نیز بصورت روتین در گزارش آزمون مشتری ذکر می شود. شکل 2 حضور برخی از عناصر معمول و محتمل در آنالیز روغن های موتوری را نشان می دهد.

شکل 2: شماتیکی از عناصر معمول و محتمل در آنالیز روغن های موتوری به همراه منشا آنها

عناصر شیمیایی موجود در یک گزارش آنالیز روغن موتوری به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

الف) عناصر فرسایشی (Wear elements):

این دسته بندی به عناصر شیمیایی اشاره دارد که حضور آنها در یک گزارش نتیجه آزمون آنالیز روغن نشاندهنده شدت و ضعف فرسودگی (Erosion) و کارسودگی (Wear-out) قطعات مختلف موتور است. شرح این عناصر به همراه منشا احتمالی آنها در جدول 1 آمده است.

جدول 1: عناصر فرسایشی

بدین ترتیب، با ترکیب افزایش تک بعدی (Single Rise) یک یا چند عنصر از جدول 1 می توان به وضعیت موتور پی برد. جدول 2 را ببینید.

جدول 2: ترکیب افزایش یک یا چند عنصر فرسایشی و منشا احتمالی آن

ب) آلاینده ها (Contaminants):

این بخش از گزارش آنالیز عناصر آزمایشگاه به عناصر شیمیایی اختصاص دارد که بخشی از آلیاژ های تشکیل دهنده یک موتور درونسوز محسوب نمی شوند یا حداقل (با توجه به پیشرفت های امروزین در استفاده از متریال های نوین) احتمال مصرف آنها در موتور کم است. وجود این عناصر در گزارش آزمایشگاه نشاندهنده ورود آلاینده های محیطی یا شیمیایی به جریان روغن موتور است. جدول 3 را ببینید.

جدول 3: عناصر آلاینده

ج) ادتیو ها (Additives):

عناصری که در این بخش جای می گیرند، به ادتیو هایی اختصاص دارند که در ساختار روغن های مختلف موتوری مورد استفاده قرار می گیرند. در جدول 4 که به معرفی این عناصر اختصاص دارد، سعی در اشاره به عناصری شده است که بیشتر روغنسازان برای سنتز محصولات متنوع خود در رسته روغن های موتوری مورد استفاده قرار می دهند. جدول 4 منشا احتمالی حضور این عناصر را نشان داده است.

جدول 4: عناصر ادتیو ها

در کنار آنالیز عناصر شیمیایی موجود در یک نمونه روغن، کارشناس آنالیز روغن هرگز نمی تواند و نباید به آنالیز عناصر شیمیایی بسنده کند. یکی از ابزار های مناسب بمنظور کمک به کسب یک تصویر بهتر و واضح تر از وضعیت و سلامت روغن، نظارت بر ویسکوزیته سینماتیک روغن و تعداد ذرات فرسایشی مشاهده شده در آن است. نمودار های شکل 3 در این زمینه راهنمای خوبی هستند.

شکل 3: راهنمایی برای وضعیت های مختلف ویسکوزیته سینماتیک روغن موتور در برابر تعداد ذرات جامد شمارش شده

از سوی دیگر، همانطور که قبلا در همین وبلاگ اشاره شد، عدد اسیدی یا AN (Acid Number) نیز می تواند بعنوان یکی از شاخص های کارآمد در آنالیز روغن مطرح شود. این شاخص در روغن های موتوری بهتر است همراه با وضعیت ادتیو ZDDP مورد مطالعه قرار گیرد. در مورد ZDDP قبلا در همین وبلاگ پستی درج شده است. به نمودار شکل 4 نگاه کنید.

شکل 4: راهنمایی برای تصمیم گیری درباره وضعیت سلامت روغن براساس دو شاخص عدد اسیدی و حضور ادتیو ZDDP

بطورکلی، در روغن های موتوری نو، هر 0.1 از عدد اسیدی (AN) برابر با حضور 600ppm ادتیو ZDDP است. جدول 5 محدوده ادتیو های مورد استفاده در روغن های موتوری را نشان می دهد.

جدول 5: راهنمایی برای مقدار مجاز از ادتیو های روغن موتور

در کنار این روش، اما، بیشتر آزمایشگاه ها و همچنین کارشناسان آنالیز روغن، عدد قلیایی (BN) را شاخص اصلی سنجش وضعیت سلامت روغن های موتوری می دانند. در صورت مواجهه با گزارشاتی که عدد AN را در خود نداشتند، می توان از برهان خلف نیز استفاده کرد. نمودار شکل 5 راهنمایی عمومی را در این مورد ارائه می دهد.

شکل 5: راهنمایی در مورد تغییرات عدد قلیایی (BN) روغن های موتوری

بطورکلی، برای موتور های دیزلی، عدد BN معمولا از 9~10 شروع شده و با کاهش تدریجی به 5~5.5 می رسد. منطقه هشدار زمانی شروع می شود که عدد BN به 3~3.5 رسیده و عدد AN نیز باندازه 1~1.5 افزایش داشته باشد.