Ilustracja 1 – zdjęcie otwierające. Powierzchnie panewek z wyraźnymi śladami intensywnego zużycia/zatarcia, uszkodzenie warstwy roboczej w wyniku niewłaściwego smarowania.

W trakcie eksploatacji olej silnikowy pracuje w trudnych warunkach, ponieważ jest narażony na wysoką temperaturę, zmienne obciążenia mechaniczne, kontakt z produktami spalania, paliwem i wilgocią. Dodatkowo podlega ciągłym procesom starzenia, utleniania i degradacji dodatków uszlachetniających.

Intensywność tych procesów zależy zarówno od konstrukcji silnika, jak i od warunków użytkowania pojazdu – takich jak:

• styl jazdy,
• częstotliwość rozruchów,
• jazda na krótkich dystansach
• czy przestrzeganie (lub nie) okresowych wymian oleju.

Z punktu widzenia diagnostyki technicznej olej silnikowy to jednak nie tylko materiał eksploatacyjny, lecz także cenne źródło informacji o stanie silnika i przebiegu jego eksploatacji.

• Skład chemiczny oleju,
• stopień jego degradacji,
• a także obecność w nim obcych substancji i produktów zużycia odzwierciedlają procesy, które zachodzą wewnątrz jednostki napędowej.

W praktyce rzeczoznawczej analiza oleju silnikowego znajduje szczególne zastosowanie w sporach reklamacyjnych, postępowaniach gwarancyjnych i ocenie przyczyny awarii silnika. W takich sytuacjach wyniki badań laboratoryjnych – wykonanych we współpracy z akredytowaną jednostką badawczą – dają obiektywną podstawę do formułowania wniosków technicznych i oceny rzeczywistego stanu jednostki napędowej.

Kiedy badanie oleju silnikowego jest szczególnie przydatne?

Badanie oleju silnikowego znajduje zastosowanie przede wszystkim wtedy, gdy konieczne jest ustalenie rzeczywistego stanu jednostki napędowej i sposobu jej eksploatacji bez ingerowania w konstrukcję silnika. Olej jako medium pracujące w bezpośrednim kontakcie z elementami silnika jest źródłem informacji diagnostycznych, szczególnie w sytuacjach spornych i niejednoznacznych.

Jednym z najczęstszych obszarów wykorzystania badania oleju są reklamacje i roszczenia gwarancyjne, w tym zgłoszenia pojazdów z tytułu przedłużonej gwarancji. Analiza oleju pozwala wtedy zweryfikować, czy przyczyną uszkodzenia była wada materiałowa lub konstrukcyjna silnika, czy też niewłaściwa eksploatacja pojazdu.

Wyniki badania umożliwiają ocenę stopnia wyeksploatowania oleju, obecności zanieczyszczeń i zmian jego właściwości – co często pozwala potwierdzić lub wykluczyć zaniedbania obsługowe (takie jak brak okresowej wymiany oleju). Badanie oleju jest szczególnie przydatne w przypadku awarii silnika o charakterze nagłym (w tym zatarć, uszkodzeń panewek czy elementów układu rozrządu). Analiza składu oleju umożliwia wykrycie obecności paliwa lub wody, które prowadzą do pogorszenia warunków smarowania i przyspieszonego zużycia elementów współpracujących.

źródło: Dorota Pasek

Ilustracja 2. Czop wału korbowego. Widoczna powierzchnia czopa i kanał doprowadzający olej, w którym pogorszenie warunków smarowania przekłada się na zużycie współpracujących elementów.

Skutki nieregularnej wymiany oleju 

Olej silnikowy w trakcie eksploatacji podlega równoczesnym procesom utleniania, nitrowania oraz termicznej degradacji bazy olejowej i dodatków uszlachetniających. Wzrost liczby kwasowej oraz spadek liczby zasadowej świadczą o postępującym zużyciu pakietu dodatków detergentowo-dyspergujących i neutralizujących kwaśne produkty spalania.

W miarę wydłużania czasu pracy oleju zmniejsza się jego zdolność do utrzymywania zanieczyszczeń w zawiesinie, co sprzyja odkładaniu się osadów na elementach silnika. Równocześnie dochodzi do zmian lepkości.

W początkowej fazie eksploatacji obserwuje się często jej obniżenie na skutek rozcieńczenia paliwem, szczególnie w silnikach z bezpośrednim wtryskiem i przy eksploatacji na krótkich dystansach. W dalszym etapie dominować może wzrost lepkości wynikający z utleniania oleju oraz zagęszczania go produktami degradacji.

Obie sytuacje prowadzą do pogorszenia warunków smarowania hydrodynamicznego i przejścia w obszar tarcia mieszanego lub granicznego. W warunkach wydłużonego interwału wymiany zwiększa się również koncentracja cząstek zużyciowych w oleju.

Mimo skutecznej filtracji drobne cząstki metali (Fe, Cu, Pb, Al) pozostają w obiegu i mogą uczestniczyć w procesach tribologicznych jako czynniki abrazyjne. Zjawisko to prowadzi do przyspieszonego zużycia powierzchni współpracujących, w szczególności panewek, czopów wału korbowego, pierścieni tłokowych oraz elementów rozrządu.

Długotrwała praca oleju sprzyja także utracie jego właściwości przeciwzużyciowych i przeciwzatarciowych. Degradacja dodatków typu ZDDP (dialkiloditiofosforanów cynku) – stanowiących jeden z podstawowych pakietów dodatków przeciwzużyciowych i przeciwutleniających w olejach silnikowych – powoduje zmniejszenie zdolności tworzenia ochronnych warstw reakcyjnych na powierzchniach metalicznych.

W warunkach podwyższonego obciążenia i temperatury warstwy te ograniczają bezpośredni kontakt metalu z metalem. Ich zużycie lub rozkład prowadzi do:

• zwiększenia intensywności tarcia granicznego,
• lokalnych przegrzań
• oraz inicjacji mikrozatarć.

źródło: Dorota Pasek

Ilustracja 3. Filtr oleju z nagromadzonymi zanieczyszczeniami pochodzącymi z procesów tarciowych elementów silnika.

Jakie informacje diagnostyczne daje badanie oleju silnikowego?

Jednym z podstawowych obszarów analizy jest ocena stopnia wyeksploatowania oleju. Badania laboratoryjne pozwalają określić poziom jego degradacji, starzenia i zużycia dodatków uszlachetniających.

W praktyce awarie takie, jak przyspieszone zużycie panewek, pierścieni tłokowych czy elementów układu rozrządu często korelują z nadmiernie wydłużonymi interwałami wymiany oleju. Porównanie wyników badań z deklarowanym przebiegiem i historią obsługową pojazdu umożliwia weryfikację prawidłowości eksploatacji.

Istotnym elementem diagnostyki jest też sprawdzenie oleju silnikowego pod kątem obecności w nim paliwa. Rozcieńczenie oleju paliwem – potwierdzane w badaniach wykonywanych zgodnie z powszechnie stosowanymi normami laboratoryjnymi – prowadzi do obniżenia lepkości oleju i pogorszenia warunków smarowania.

Zjawisko to jest szczególnie obecne w nowoczesnych silnikach z bezpośrednim wtryskiem paliwa. W praktyce diagnostycznej obecność paliwa w oleju często koreluje z uszkodzeniami panewek i elementów układu rozrządu, a także przyspieszonym zużyciem powierzchni współpracujących.

Kolejnym ważnym parametrem jest obecność wody w oleju silnikowym. Może się ona przedostawać do oleju na skutek kondensacji pary wodnej, nieszczelności układu chłodzenia lub pracy silnika niekorzystnych warunkach temperaturowych.

Badania wykonywane zgodnie z uznanymi procedurami laboratoryjnymi pozwalają na ocenę skali tego zjawiska. Obecność wody w oleju sprzyja powstawaniu emulsji, przyspiesza procesy korozyjne i pogarsza właściwości smarne, co ma istotne znaczenie przy ocenie przyczyn uszkodzeń silnika.

Analiza oleju umożliwia też sprawdzenie, czy nie ma w nim metali zużyciowych, które pochodzą z naturalnego lub przyspieszonego zużycia elementów silnika. Zgodnie z literaturą tribologiczną obecność takich metali może się wiązać ze zużyciem konkretnych podzespołów, takich jak:

• panewki,
• tuleje
• i pierścienie tłokowe
• czy elementy układu rozrządu.

Szczególnie istotna jest analiza zmian zawartości metali w czasie, która pozwala ocenić trendy zużycia i wcześnie wykryć nieprawidłowości. W oleju stwierdzane są również zanieczyszczenia i substancje obce, takie jak:

• sadza,
• produkty spalania
• czy zanieczyszczenia pochodzące z układu dolotowego.

Ich obecność może świadczyć o nieprawidłowej pracy silnika, nieskutecznej filtracji lub niewłaściwych warunkach eksploatacji. Zgodnie z danymi literaturowymi nadmierna ilość zanieczyszczeń w oleju przyczynia się do przyspieszonego zużycia elementów współpracujących.

źródło: POLEKSMOT

Ilustracja 4. Tabela. Przykładowy fragment raportu z badań oleju silnikowego – interpretacja wyników wymaga odniesienia do oleju nowego, norm oraz warunków eksploatacji silnika.

Zakres badania oleju silnikowego

Analiza oleju silnikowego obejmuje wiele parametrów fizykochemicznych oraz tribologicznych, których ocena pozwala na określenie stopnia wyeksploatowania oleju, a także procesów zachodzących wewnątrz silnika w trakcie jego pracy. W praktyce diagnostycznej i rzeczoznawczej kluczowe znaczenie ma nie tylko sam wynik pomiaru, lecz także odniesienie go do wartości referencyjnych, które określono w normach, specyfikacjach producentów olejów i danych literaturowych.

Jednym z podstawowych parametrów, który podlega ocenie, jest lepkość oleju (najczęściej oznaczana w temperaturze 40°C i 100°C). Jej zmiana w porównaniu z lepkością oleju nowego może świadczyć o degradacji badanego oleju, jego rozcieńczeniu paliwem lub zanieczyszczeniu go produktami spalania.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Oleje i smary

Trendy na rynku środków smarnych – czy oleje o niskiej lepkości zdominują rynek?

Jednym z najważniejszych trendów, które możemy obserwować na rynku motoryzacyjnym, jest zmiana konstrukcji silników. Są one coraz mniejsze i zapewniają coraz większą moc dzięki turbodoładowaniu. To przede wszystkim konsekwencja poszukiwań przez producentów samochodów coraz nowszych sposobów na redukcję emisji spalin. Ma to również wpływ na trendy na rynku olejów. Warto przyjrzeć się im bliżej.

Oleje i smary

Czy oleje silnikowe o niższej lepkości są gorsze?

Szczególnie na rynku samochodów osobowych, lekkich samochodów dostawczych i pojazdów użytkowych istnieje tendencja do stosowania olejów o obniżonej lepkości. Firma Millers Oils poprosiła Marka Crossleya, członka zespołu pomocy technicznej, o wyjaśnienie tego trendu.

Diagnostyka

Porównanie emisji hałasu w samochodach z napędem konwencjonalnym, elektrycznym i hybrydowym

Obecnie dużą wagę przywiązuje się do ochrony środowiska, także w kontekście wpływu oddziaływania motoryzacji na środowisko naturalne. 

Ocenę lepkości przeprowadza się zgodnie z powszechnie stosowanymi normami badawczymi, a uzyskane wyniki porównuje z wymaganiami klasy lepkości określonej w specyfikacjach SAE (Society of Automotive Engineers). Istotnym elementem badań oleju jest ocena stopnia utleniania, nitrowania i siarkowania, najczęściej wykonywana z wykorzystaniem spektroskopii FTIR (fourier transform infrared spectroscop).

Parametry te odnoszone są do widm oleju świeżego i wartości granicznych przyjmowanych w praktyce laboratoryjnej. Podwyższone wartości tych wskaźników świadczą o pracy oleju w warunkach podwyższonej temperatury, długotrwałym użytkowaniu lub nieprawidłowych warunkach eksploatacji silnika.

W badaniu oleju silnikowego duże znaczenie ma także oznaczanie zawartości wody, wykonywane zgodnie z uznanymi normami analitycznymi. Obecność wody, nawet w niewielkich ilościach, może prowadzić do pogorszenia właściwości smarnych oleju, powstawania emulsji oraz przyspieszenia procesów korozyjnych.

Wyniki tych oznaczeń odnoszone są do wartości dopuszczalnych, które są przyjmowane dla olejów silnikowych w trakcie eksploatacji. Kolejnym kluczowym obszarem analizy jest oznaczanie zawartości paliwa w oleju, którego obecność prowadzi do obniżenia lepkości i pogorszenia warunków smarowania. Badania te wykonywane są zgodnie z powszechnie stosowanymi procedurami laboratoryjnymi, a ich interpretacja opiera się na porównaniu wyników z wartościami granicznymi przyjmowanymi w diagnostyce olejowej.

Parametr ten ma szczególne znaczenie w analizie przyczyn zatarć i uszkodzeń elementów współpracujących. W praktyce tribologicznej istotnym elementem badania oleju jest analiza zawartości metali zużyciowych, wykonywana metodami spektrometrycznymi.

Oznaczane pierwiastki odnoszone są do elementów konstrukcyjnych silnika, co pozwala na identyfikację potencjalnych źródeł zużycia. Interpretacja wyników opiera się na porównaniu ich poziomów z danymi referencyjnymi oraz na analizie trendów zmian w kolejnych próbkach.

Uzupełnieniem badań są oznaczenia zanieczyszczeń stałych, takich jak sadza oraz cząstki pochodzące z produktów spalania. Wartości te odnoszone są do norm czystości oleju i zaleceń producentów, a ich przekroczenie wskazuje na pogorszenie warunków pracy silnika lub nieskuteczność układu filtracji.

źródło: POLEKSMOT

Ilustracja 5. Wykres. Przykładowe widmo FTIR oleju silnikowego po eksploatacji – widoczne zmiany odpowiadające procesom degradacji oleju i dodatków uszlachetniających.

Metody spektroskopowe w badaniu oleju silnikowego

W analizie oleju silnikowego coraz częściej wykorzystuje się metody spektroskopowe, w szczególności spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR). Metoda ta pozwala na ocenę zmian chemicznych, które zachodzą w oleju w trakcie jego eksploatacji, bez konieczności skomplikowanego przygotowania próbki.

To sprawia, że FTIR powszechnie stosują laboratoria, które zajmują się diagnostyką olejową. Zmiany intensywności charakterystycznych pasm absorpcyjnych pozwalają określić, czy olej pracował w warunkach podwyższonej temperatury, był nadmiernie obciążony lub użytkowany znacznie dłużej, niż przewidział to producent.

Spektroskopia FTIR znajduje też zastosowanie w wykrywaniu zanieczyszczeń oleju, w tym obecności paliwa, wody i produktów spalania. W praktyce diagnostycznej umożliwia to potwierdzenie rozcieńczenia oleju paliwem, identyfikację kondensacji wilgoci lub ocenę stopnia zanieczyszczenia oleju sadzą.

Informacje te są istotne przy analizie przyczyn pogorszenia warunków smarowania, a także przy ustalaniu mechanizmu powstawania uszkodzeń silnika. W praktyce rzeczoznawczej wyniki badań FTIR stanowią cenne uzupełnienie klasycznych analiz fizykochemicznych oleju.

Połączenie analizy widmowej z oznaczeniami zawartości metali zużyciowych, wody czy paliwa pozwala na kompleksową ocenę stanu oleju i procesów zachodzących w silniku. Zgodnie z danymi literaturowymi interpretację widm FTIR zawsze powinno się prowadzić w odniesieniu do oleju świeżego i uwzględniając warunki eksploatacji badanego pojazdu.

źródło: Dorota Pasek

Ilustracja 6. Elementy łożyskowania panewki po demontażu – widoczne ślady pracy na powierzchniach ślizgowych.

Zasady pobrania próbki oleju silnikowego

Prawidłowe pobranie próbki oleju silnikowego ma kluczowe znaczenie dla wiarygodności wyników badań laboratoryjnych i ich dalszej interpretacji. Próbkę oleju powinno się pobierać w sposób, który zapewnia jej reprezentatywność dla całego układu smarowania.

Zgodnie z powszechnie przyjętymi zasadami diagnostyki olejowej zaleca się pobieranie próbki z silnika rozgrzanego do temperatury roboczej, bezpośrednio po zakończeniu pracy jednostki napędowej. Dzięki temu zanieczyszczenia oraz produkty zużycia są równomiernie rozprowadzone w objętości oleju.

Preferowaną metodą jest pobranie próbki ze strumienia oleju podczas jego spuszczania (z pominięciem początkowej i końcowej fazy opróżniania miski olejowej). Ogranicza to ryzyko pobrania osadów, które zalegają na dnie miski, lub zanieczyszczeń przypadkowych.

Alternatywnie próbkę można pobrać z bagnetu lub dedykowanego portu pobraniowego, korzystając z czystego, przeznaczonego do tego celu zestawu do pobierania próbek. Niezwykle istotne jest też stosowanie czystych, szczelnych pojemników, wykonanych z materiałów obojętnych chemicznie, które są przeznaczone do badań olejowych.

źródło: Janusz Cebulski

Ilustracja 7. Przykładowe pojemniki do pobierania próbek oleju stosowane w badaniach diagnostycznych.

Przykładowe pojemniki pokazano na ilustracji 7. Każda próbka powinna być jednoznacznie oznakowana – na pojemniku należy podać dane identyfikujące pojazd, rodzaj silnika, przebieg pojazdu oraz datę i okoliczności pobrania próbki. W praktyce rzeczoznawczej zaleca się też wykonanie dokumentacji fotograficznej procesu jej pobrania.

Podczas pobierania oleju należy unikać kontaktu próbki z elementami zewnętrznymi, takimi jak:

• narzędzia warsztatowe,
• powierzchnie robocze
• czy zużyte pojemniki,

które mogą wprowadzić zanieczyszczenia wtórne. Niedopuszczalne jest też pobieranie próbki oleju po jego długotrwałym pozostawieniu w otwartym naczyniu lub po wcześniejszym mieszaniu go z innymi substancjami.

W przypadku badań, które są wykonywane na potrzeby opinii technicznych i ekspertyz, szczególnego znaczenia nabiera zachowanie ciągłości i przejrzystości procedury pobrania próbki. Prawidłowo udokumentowany proces pobrania oleju, połączony z analizą wykonaną w akredytowanym laboratorium badawczym, stanowi podstawę do uznania wyników badań za wiarygodne oraz możliwe do wykorzystania w postępowaniach reklamacyjnych, gwarancyjnych czy sądowych.

Autorami artykułu są: Jakub Chłodek, Piotr Krawiec, Janusz Cebulski, Dorota Pasek, Wioletta Cebulska

Artykuł został przygotowany przez ekspertów ze Stowarzyszenia Rzeczoznawców Motoryzacyjnych i Maszynowych oraz Biegłych POLEKSMOT. Członkowie Stowarzyszenia stanowią grupę specjalistów w dziedzinach związanych z motoryzacją, budową oraz eksploatacją maszyn i urządzeń, a także szeroko rozumianą inżynierią materiałową. Więcej informacji o Stowarzyszeniu można znaleźć na stronie: poleksmot.pl.