油品檢驗分析- 使用中柴油引擎曲軸箱油的分析和解說(三)

2006-08-05

油品檢驗分析-使用中柴油引擎曲軸箱油的分析和解說(三) 吳世榮 （續上期） 灰分 灰分是指潤滑機油的可燒燃成分完全燒燃殆盡之後所留下來的殘餘物質。因此，它大都是添加劑中的金屬成分氧化物，以及不可燃燒的污染物質，如鐵、矽等物質。 灰分含量通常是用來作為滑油中添加劑含量的參考指標。如果一引擎的滑油消耗量很低，因而添加補充的滑油量也相對的低，那就有可能產生添加劑耗盡的情況，在這種的情況下，滑油所檢測出來的灰分含量可能會相當的低。至於在判斷是否合於繼續使用上的考量而言，只要灰分數值未低於原先該新油灰分的一半以下，基本上並無使用上的顧慮，當然這些數值變化的趨勢發展應該密切的監控。 就如先前所言，灰分的上升通常是因為不可燃燒污染物的貢獻，這些污染物有害於滑油原有的特性，在這方面我們提出0.2％灰分的上升視為一個警告的參考值。當一油樣被檢測出有0.5％的灰分上升時，則已有充分的理由建議立即採取換油的動作。 同時要記得，雖然灰分數值是代表著滑油中添加劑含量情形的一個參考指標，但是由檢驗的數據結果並無法得知這些添加劑是否是以有效活動的狀態存在於滑油中。舉一個含有多量不溶物質的油樣為例，因為有相當部分的添加劑已形成不溶分，因此其中所含有效的添加劑可能相當少了，也就是說它無法展現使用者原先所預期的滑油效果。 正戊烷不溶分 在油樣的檢測中無法被正戊烷溶劑所溶解的物質包括：碳、氧化產物、磨耗物質及外界的污染物（灰塵、沙土等）。從引擎滑油樣品而言，這部分的物質大都是碳的成分。不溶分數值的多寡可以顯示出該引擎燃燒效率及滑油過濾的效率高低。 引擎設備對滑油裡不溶分含量的忍受程度按不同的引擎製造廠商及型式有著極大的差異，唯一比較可靠的指引是根據實際經驗所累積的法則。如果勉強要訂出一個最粗淺的參考值的話，可以1％為小型引擎，2.5％為大型引擎使用柴油燃油作為最高限度，另外，5％為大型引擎使用蒸餘燃油（使用高清淨分散性滑油）的最高限制。上述這些數值是綜合了許多成功的實際經驗累積所記錄下來的數值，然而我們仍然強烈建議應該以各不同引擎廠家的建議，和其實際操作的經驗記錄作為首要的參考指標，上述所列的參考數值只有在這些資料都缺乏時才得以勉強用以為參考。 過量的不溶分會導致滑油黏度的上升，在極端的情況下會造成積碳快速沉積於曲軸箱和滑油管道，接下來會使得滑油的輸送供給量減少，並且可能造成引擎的故障。 ↑不溶分的含量 苯不溶分 苯類溶劑不同於上述的烷類，它可以溶解滑油的氧化產物，而這些溶解的數量則可由烷不溶分的數值減去苯不溶分的數值而得。通常建議這些可以被苯溶解的物質不應超過0.5％。 如果可以被苯溶解的物質高於這個數值，就顯示著有大量不受歡迎的氧化產物存在油樣裡頭。就我們先前所述，這些氧化產物會造成膠狀油泥和漆膜沉積在引擎內部，更麻煩的是，氧化產物大都是具有腐蝕特性，會使軸承及其他引擎部件受到損壞。產生大量苯溶解物質的原因不外乎下述的兩個地方，它可能是因為過量的燃油稀釋（可能是使用了劣質燃油的後果），或者是潤滑油本身的氧化劣化所造成的結果。這兩個原因其實是可以加以分辨的，如果是燃油稀釋通常會伴隨著低閃火點和低黏度效應，而滑油氧化則伴隨而來的是黏度的上升。當我們得到的檢驗分析結果是高苯溶解物質和正常的黏度數值以及低閃火點時，可以說明上述燃油稀釋和滑油氧化劣化兩種因素皆產生在該受檢的油樣中，其中滑油氧化使得黏度上升的數值恰好抵消了燃油稀釋所造成的黏度下降，我們從閃火點下降的數據來佐證燃油稀釋的問題仍舊存在。 總酸價或總鹼價 ↑中和價測定儀器 總鹼價（TBN）主要的作用是以其鹼性的成分來中和燃油中硫分燃燒後所生成的酸性物質，特別是設計用於燃燒蒸餘燃油的大型船舶引擎的潤滑油，其中鹼性的數值及其維持特性是該潤滑油最主要的組分表現。這個鹼性數值就通稱為總鹼價（TBN）。那總鹼價的使用極限數值是多少呢？這個問題一直有不同的意見和爭議，嚴格的來說，只要尚存在有總鹼價（TBN）可被測出，這滑油樣品基本上是可持續使用而無顧慮的；但是從安全的使用角度來考慮，當然是能維持總鹼價（TBN）在一個特定的最低數值為最好。 一般的相關業者和引擎製造商大都建議總鹼價（TBN）降到其新油數值的一半時為建議換油的參考指標，而最極端的標準則是降至原先新油的五分之一時，或最低為TBN 2.0的數值時，為不合用的極限值。換句話說，在任何環境條件狀況之下，總鹼價（TBN）都應維持最少2.0或其新油的五分之一以上。 總酸價（TAN）主要是針對工業用油品的監控檢測，例如空壓機油、渦輪機油、液壓循環油等，對其使用中油品酸性物質的增生情況作監控。總酸價的上升通常是過熱的操作運轉，或過度延長換油間隔的結果。而引擎潤滑油主要是高鹼性的組成，依照一般正常的條件來操作使用的引擎，這類型的滑油是不會產生強酸的情形；但是並非所有的油品都是鹼性的，所以有必要對那些非鹼性的油品監測其總酸價（TAN）的發展情形。總酸價（TAN）是極為有害的物質，超過0.05就是一個警訊，如果超過0.1的總酸價（TAN）出現，則建議採取適當措施並更新油品。當然這方面的極限值也有極大的差異，有些看法甚至到1.0的總酸價（TAN）都還可以被接受，所以徵詢製造廠家的規範最是上策。 ICP光譜學分析（Inductively-coupled Plasma感應連動高溫電離） ICP是以光譜學分析可見光及紫外光線之間的光譜或常被稱作電磁幅射，是許多的光譜學之一。ICP光譜學分析測定技術使用在檢測滑油中微量的各類元素及其濃度含量有極精確的效果。這些元素可以分成三種類別：首先是磨耗金屬，其中包含有鐵、矽、鉛、銅、鉻、鋁等，都是我們在監控使用中的引擎機油比較有興趣去探討的。再者是油樣中所含的污染物質元素，另外則是油樣中添加劑的元素種類。 ICP光譜學分析可以說是現今最方便有效的舊油檢驗分析的試驗之一，當然正常的情況之下我們並不一定要求檢測上述全部的種類。而且ICP光譜學分析也有其受限不盡人意的地方，例如無法檢測到約略大於5微米以上的磨耗金屬，還好引擎和機械設備磨耗監控檢測的金屬都是低於這限制的，如果油樣中含有大於上述的金屬顆粒，基本上已經是原件產生金屬疲勞，開始剝離破壞的嚴重狀況。另外要特別強調的是，ICP光譜學分析也不應被用作油樣中添加劑的濃度含量檢測，因為這很容易誤導使用著對油樣狀況的解讀，理由是如果所測量的添加劑元素已使用消耗，但仍然以非活性的狀態存在油樣中，所以得到的數值並非實際添加劑尚可展現效用的部分。而如果是水分污染的話，添加劑也可能隨著析出並沉澱，所取的油樣如果不含這些沉澱物，那結果該元素的數值可能偏低。 接下來我們回到這些檢測元素的探討，如果從檢測分析的結果裡發現存在有上述這些元素，那麼如何正確的解讀這些數值所代表的意義及其產生的原因，才是極為重要的工作。同時單一的油樣並無法直接歸納出有用的資訊，除非某些極端異常的數值出現。精確可靠的判斷需仰賴足夠的引擎運轉趨勢記錄，過去的狀況及引擎相關的材質和污染物的成分。而且必須持續定期的取樣檢測分析，才得以建立油樣檢驗結果的趨勢，作為正確分析判斷的依據。滑油用於不同製造廠的引擎可能會有不同的特性及問題的產生，這些相關的資訊在在都需要完整的蒐集和仔細的納入分析判斷的參考。 部分的潤滑油特性是可以經由實驗室的工作來作檢測決定，但是如果談到訂定引擎潤滑機油的不合用極限，那是不可能僅經此實驗室的作業而定下嚴謹的更油規範。而本篇文章的論述及提供的數值，其目的在於從最基本的出發點作為參考指引，尤其當無法取得其他的經驗或資訊時供作參考用，切記有些引擎其極限標準可能較高或較低，這需直接尋求製造廠家的技術建議和支援。 潤滑油的警告和不合用極限（單位：百萬分之一，ppm）