Моторні масла. Склад. Функції. Присадки

При низьких температурах молекула полімеру зменшується в  об'ємі / розмірах і таким чином  не робить ніякого впливу на кінематичну  в'язкість масла, при підвищенні температури масла молекула полімеру починає збільшуватися в об'ємі і сприяє тому, що в'язкість знижується в меншій мірі, ніж це було б без такої присадки .

Залежно від кількості  доданої в'язкісно-загущувальну присадки можна отримати олії з різними вязкостямі. Наприклад, візьмемо зимове масло SAE 0W. Залежно від кількості присадки ми зможемо отримати олії з вязкостямі відповідно 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60 Важливо пам'ятати, що чим вище початковий індекс в'язкості базового масла, тим менше в'язкісно-загущувальну присадки необхідно додавати. Наприклад, індекс в'язкості синтетичного базового масла Shell XHVI може досягати 140, тому можливо отримати моторне масло, яке не містить загусників.

Сучасні тенденції в галузі розробки моторних масел спрямовані на створення моторних масел з  невисокими діапазонами вязкостей: SAE 0W-20, 5W-20, 0W-30, 5W-30. Причина полягає  в тому, що такі олії, як правило, забезпечують енергозберігаючі властивості (тобто дозволяють економити паливо) і містять невисока кількість згущувача або взагалі його не містять. Чим велику кількість згущувача в моторному маслі небезпечно для двигуна? Складність полягає в тому, що в двигуні безліч пар тертя, де масло піддається високим зсувними навантажень, в результаті яких відбувається руйнування (деструкція) згущувача. Це призводить до втрати в'язкості моторного масла, погіршення функцій змащування (зменшення товщини мастильної плівки), а продукти деструкції згущувача є потенційним джерелом нагарів і лакових відкладень в двигуні. З цієї причини лідери в галузі виробництва моторних масел уникають виробництва моторних масел з вязкостямі 0W-50/0W-60. Часто зустрічаються масла з вязкостямі 5W-50/10W-60 орієнтовані виключно на спортивне застосування і, як правило, не розраховані на подовжені інтервали заміни. Вони призначені тільки для екстремальних умов експлуатації, в яких найбільш важливі високі в'язкі властивості, а не їх стабільність з плином часу.

Миючі присадки. Миючі присадки потрібні для запобігання утворення  лакових і сажових відкладень на деталях двигуна. Вони, як правило, складаються з детергірующіх  компонентів, які вимивають продукти окислення масла і зносу деталей  і несуть їх до фільтру, і диспергирующих, що сприяють дробленню великих часток нагару на дрібні (не більш мікрона). Іноді присадки-детергенти виконують кілька функцій. Але найважливіша з них - підтримання чистоти деталей двигуна.

Детергенти. Як правило, використовується кілька типів детергентів: сульфонати, сульфофенати і алкілсаліцілати. Можуть використовуватися як окремі типи таких  присадок, так і їх комбінація.

Принцип дії цих присадок в двигуні в точності такий же, як і у миючих засобів, що використовуються в побуті. Крім цього, детергенти володіють лужними властивостями, тобто можуть нейтралізувати кислоти. Кислоти утворюються при згорянні сірки, що міститься в паливі, особливо дизельному і при окисленні самого масла. Нейтралізуючи такі кислі продукти, ефективно запобігає корозія деталей двигуна. Тобто друга важлива функція таких присадок - нейтралізація кислот та антикорозійні властивості.

Запас нейтралізують властивостей, яким характеризується моторне масло, називається лужне число і  вимірюється в мг КОН / г масла (мг гідроокису калію на г масла). Лужне число може змінюватися  в широких межах: від 5 мгКОН / г (для  газових двигунів, де вміст сірки в газі близько до нуля) до 100 мгКОН / г (для суднових двигунів, що працюють на мазуті з вмістом сірки вище 3.5%). Зазвичай моторні масла для автомобільних двигунів мають значення лужного числа в діапазоні 5 ... 20 мгКОН / м. Значення ЩЧ не вказується на етикетці каністри масла і при необхідності може бути отримано у представників компанії-олієвиробників.

У процесі роботи двигуна  кількість миючих присадок зменшується.

Диспергирующие присадки (дисперсанти). Основне завдання цих  присадок - підтримка забруднень в олії в розчиненому стані, запобігання їх відкладень на деталях двигуна, масляних каналах і ін, диспергування (розчинення) великих забруднень (рис. 7, 8).

Диспергирующие присадки схожі за структурою на миючі, але, як правило, не містять металу і відповідно беззольні. Крім цього, диспергуючими властивостями також можуть володіти та миючі присадки. У процесі роботи в двигуні диспергуюча здатність масла знижується.

Протизносні присадки. Основна  функція - запобігання зношування тертьових  деталей двигуна в місцях, де неможливо  освіта масляної плівки необхідної товщини. Механізм їх дії полягає в утворенні захисної плівки на поверхнях тертя, що запобігає зношування самого металу (рис. 9).

Протизносні присадки витрачаються в процесі роботи двигуна. Протизносні  та протизадирні присадки містять хлор, фосфор і сірку і можуть займати до 2% об'єму.

Інгібітори окислення (антиокислювальні присадки). У процесі роботи масло  в двигуні постійно піддається впливу високих температур, кисню повітря і окислів азоту, що викликає його окислення і веде до утворення кислот, відкладень, лакових утворень, руйнування присадок і загущення самого масла (рис. 10). Саме з цими негативними наслідками і покликані боротися антиокислювальні присадки. Завдяки їм, в тому числі, вдалося істотно збільшити інтервали заміни моторних масел. Принцип їх дії полягає в хімічній реакції при високих температурах з продуктами, що викликають окислення масла. Як правило, в якості антиокисних присадок використовуються осернением ефіри, сульфіди фенатов, ароматичні аміни, заміщені феноли та діалкілдитіофосфату цинку (які також виконують роль протизносних присадок).

Протиокислювальні присадки сповільнюють окислення масел і неминуче наступне за ним освіта корозійно-активних опадів. Діляться на присадки-інгібітори, що працюють в загальному обсязі масла, і на термоокислювальну присадки, що виконують свої функції в робочому шарі на нагрітих поверхнях. Вміст у маслі - до 3%.

Інгібітори корозії. Інгібітори корозії покликані захищати поверхню деталей двигуна від корозії, що викликається органічними і мінеральними кислотами, що утворюються при окисленні  масла і присадок. Механізм їх дії - утворення захисної плівки на поверхні деталей і нейтралізація кислот (рис. 15). Інгібітори іржавіння в основному покликані захищати сталеві і чавунні стінки циліндрів, поршні та кільця. Механізм дії схожий.

Протикорозійні присадки (до 1%) часто плутають з протиокислювальними. Це різні речі. Протівоокислітельниє, як говорилося вище, захищають від окислення саме масло. Протикорозійні ж - поверхня металевих деталей. Вони сприяють утворенню на металі міцної масляної плівки, що охороняє його від контакту з завжди присутніми в обсязі масла кислотами і водою.

Антипінні присадки. При  сильному перемішуванні масла з  повітрям, що зокрема спостерігається  при роботі двигуна, коли колінвал інтенсивно збовтує масло в картері, можливо  підвищене утворення піни. Цьому процесу також сприяють різні забруднення, присутні в маслі. Її формування значно погіршує ефективність змащування деталей двигуна, що може привести до підвищеного зносу і погіршення тепловідведення. Антипінні присадки чинять опір вспениванию шляхом зниження поверхневого натягу на розділі фаз «масло-повітря». Протипінні присадки (зазвичай це силікони або полілоксани) не розчиняються в моторних маслах, а присутні у вигляді дрібних крапельок. Їх дія заснована на руйнуванні бульбашок повітря. Обійтися без цих присадок практично неможливо, але їх присутність не повинна перевищувати тисячних часток відсотка - при термічному розкладанні силікону утворюється оксид кремнію, який є сильним абразивом.

Модифікатори тертя. Для  сучасних двигунів все частіше намагаються використовувати масла з модифікаторами тертя, що дозволяють знизити коефіцієнт тертя між труться деталями з метою отримання енергозберігаючих масел. Найбільш відомі модифікатори тертя - графіт і дисульфід молібдену. Молібденімт (молібденовий блиск) MoS2 - м'який свинцево-сірий мінерал з металевим блиском.

Подібно графіту використовується як компонент мастил, особливо для  пар тертя, що працюють у вакуумі. Найбільш важлива сировина для виробництва молібдену. Молібденіт - напівпровідник, застосовуваний в радіотехніці для виготовлення детекторів.

У сучасних маслах їх дуже складно використовувати, оскільки ці речовини нерозчинні у маслі, а можуть бути тільки дисперговані в ньому у вигляді маленьких частинок. Це вимагає введення в масло додаткових дисперсантів і стабілізаторів дисперсії, проте це все одно не дозволяє використовувати такі масла протягом тривалого часу. Тому зараз в якості модифікаторів тертя зазвичай використовують маслорастворімих ефіри жирних кислот, що володіють дуже хорошим прилипанням до металевих поверхонь, формуванням на них шару молекул, що знижують тертя.

Депресорні присадки. При  сильному зниженні температури масла  в ньому починають утворюватися кристали парафінів, які зростися, утворюють  просторовий каркас, що веде до втрати рухливості олії (воно стає схожим на желе) і в результаті погіршується низькотемпературний  пуск двигуна і прокачиваемость  масла по каналах. У процесі виробництва базових масел частину парафінів видаляють, але повне їх видалення з технологічних і економічних причин неможливо (сильно зростають витрати на отримання базового масла). Зазвичай мінеральне базове масло має температуру застигання близько -15 ° С. Можливість отримання мінеральних моторних масел з температурами застигання -30 ° С ... -35 ° С досягається шляхом введення в масло депресорних присадок. Ці присадки запобігають зрощення кристалів парафіну, але не запобігають їх появу взагалі (принцип дії такий же, як у дизельних антигелів). Депресорні присадки можуть займати в обсязі олії до 1% можуть знизити температуру його застигання - на 20 ° C і більше.

Пакет присадок. Отримання  моторних масел. Всі компоненти, що входять до складу моторного масла (протизносні присадки, антиокислювальні присадки, антикорозійні присадки, антипінні присадки, модифікатори тертя, інгібітори корозії, миючі та диспергуючі присадки), як правило, поставляються у вигляді збалансованого пакету присадок, в якому співвідношення компонентів чітко фіксоване, перевірено на сумісність і забезпечуються найкращі експлуатаційні властивості для кожного типу моторного масла із заданими вимогами. Саме з цієї причини більшістю виробників техніки і мастильних матеріалів категорично заборонені додаткові присадки в масла. Розробка нового пакету присадок часто займає не один рік і вартість його для компанії може становити кілька мільйонів доларів. Пакети присадок змішують по чітко прописаної рецептурі з базовими маслами (змішування ще називають Блендінг) згідно зі схемою, наведеною на рис. 11. Кожна присадка, подібно лікам, надає не тільки пряму дію, але дає і побічні ефекти. Деякі присадки сильно впливають один на одного, причому, іноді з взаємознищувалися результатом. Їх підбір - справа виняткової тонкощі. Прагнучи уникнути мороки з складанням "коктейлів", багато виробників намагаються створити єдину присадку на всі випадки життя. Це не повною мірою, але вдається. З'являються і знаходять все більше застосування багатофункціональні, або комплексні присадки. Наприклад, діалкілдитіофосфату цинку і барію здатні поєднувати в собі властивості протизносних, протівоокіслітельним, протикорозійних і миючих присадок. Хоча й не весь спектр тут охоплений, але - і то вже добре.

4. Класифікації  моторних масел за складом.

Потенціал нафтових мастил не безмежний, і він вже вичерпаний по ряду параметрів: термічна стабільність, антиокислительная стійкість, зносостійкість і енергозберігаюча здатність, температурно-в'язкісні  властивості.

Принципова відмінність  синтетичних мастил від нафтових або, як їх часто називають, мінеральних, полягає в тому, що в якості основи застосовуються матеріали, які синтезують хімічним шляхом з органічних компонентів, а не переробкою нафти. Синтез з використанням певних хімічних сполук дозволяє отримувати продукти з запланованими властивостями. В основному це поліальфаолефіни (ПАТ), або складні ефіри, що володіють значно вищими порівняно з нафтовими основами значеннями названих вище параметрів.

Синтетичні масла.

Синтетичні масла - найкраще з того, що пропонує сучасна нафтохімія. Вони мають ряд переваг в порівнянні з мінеральними. Вони легкотекучих, отже, забезпечують менші втрати потужності на тертя і, як наслідок, зниження витрати палива і мають найнижчі температури прокачування, тобто дозволяють працювати двигуну навіть при температурі нижче мінус 30 С. Вони мають меншу випаровуваність при високій температурі, підвищений термін служби. Головний недолік, що обмежує їх повсюдне застосування, це велика ціна. Синтетичні масла в середньому в два-п'ять разів дорожче мінеральних.

Компромісне рішення - «коктейль» із синтетичної та мінеральної основ. «Півсинтетика» дешевше, але дещо поступається за якістю і терміном служби. Її можна використовувати в високофорсованих бензинових двигунах і дизелях, а також у двигунах з турбонаддувом.

Інший компроміс - облагороджування мінерального масла в ході процесу  гідрокрекінгу: продукт виходить близьким за вихідними властивостями, але  старіє таке масло ще швидше. До речі, багато відомих компаній не обтяжують  себе точними формулюваннями, видаючи  «гідрокрекінг» за «напівсинтетику» і  навіть за «синтетику». Приклад чесної конкуренції: Castrol відкрито називає  легкотекучих масло GTX 5 Lightec продуктом  гідрокрекінг-синтезу, a Carlube навіть занижує гідності серії Vectron, називаючи свої аналогічні масла мінеральними.

Мінеральні масла найбільш дешеві і використовуються в двигунах середньої напруженості. Використання цих масел на вітчизняних автомобілях найоптимальніше. Виграш у зменшенні втрат на тертя і зниження витрати палива при використанні синтетики або напівсинтетики може і не покрити значних витрат на олію.

Мінеральні масла.

Мінеральні масла виготовляються з нафти шляхом дистиляції та рафінування. Для забезпечення необхідного рівня експлуатаційних характеристик такі олії зазвичай містять велику кількість різних присадок, які мають звичай в процесі експлуатації досить швидко руйнуватися, внаслідок чого такі олії вимагають більш частої заміни.