Минеральные масла (mineral)

Оглавление

№ раздела	Содержание	№ стр.
	Условия работы и функции моторных масел
	Состав моторных масел
	Свойства моторных масел
	Классификация моторных масел по составу
	Классификация моторных масел по вязкости
	Классификация моторных масел по эксплуатационным свойствам API
	Европейская классификация масел АСЕА
	Классификация ILSAC
	Классификация моторных масел по ГОСТ 17479.1-85
	Страны-производители моторных масел
	Выбор моторного масла
	Применение синтетических масел
	Замена моторного масла
	Особенности работы моторного масла в дизельных двигателях
	Отличия между дизельными маслами для легковых и грузовых автомобилей
	О применении маловязких масел
	О применении масел повышенной вязкости
	Защита от подделок

 

 

1. Условия работы и функции моторных масел

Моторные масла предназначены для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания, имеющих большое количество движущихся и трущихся между собой деталей.

 

 

 

 

Современные двигатели внутреннего сгорания постоянно совершенствуются, при этом требуя все более жестких норм качества для моторных масел. Это связано и с удельным ростом мощности с объема цилиндров двигателя, и с усложнением систем впрыска топлива, и с ухудшением его качества, и с увеличением удельных нагрузок на двигатель, и с тенденциями увеличения интервалов замены моторного масла. Уменьшился объем масляного картера, что означает и уменьшение объема заливаемого моторного масла.

С ростом скоростей на автострадах возрастают рабочие температуры масла. Например, при увеличении скорости движения с 80 до 140 км/ч температура в масляном картере увеличивается со 100-110°С до 13О°С. Все это повысило требования к термической устойчивости современных масел. Зимняя же эксплуатация автомобиля в условиях коротких поездок в городе, приводит к тому, что моторное масло часто работает при температурах не выше 50°С, что мешает работе химических присадок к маслу, сильно зависимых от температуры, и увеличивает низкотемпературные отложения.

 

Моторные масла должны выполнять следующие функции в двигателе:

1. Смазывать детали, создавая прочную тонкую масляную пленку на поверхностях, исключая сухое трение контактирующих деталей, особенно при критических нагрузках;

2. Охлаждать нагревающиеся детали, то есть быстро отводить тепло с локальных нагревов;

3. Уплотнять зазор между цилиндром и поршнем и не допускать прорыв газов из камеры внутреннего сгорания в картер автомобиля;

4. Смывать продукты высокотемпературных отложений с поверхностей деталей;

5. Поддерживать продукты окисления, износа и загрязнения во взвешенном состоянии в виде эмульсии, не давать им оседать на нагретые поверхности двигателя и выносить их из зоны трения;

6. Предохранять детали двигателя от коррозии;

7. Нейтрализовывать органические кислоты, которые образуются при сгорании топлива и окислении масла.

 

2. Состав моторных масел

Моторные масла состоят из базового масла, которое является основой продукта, и комплекса присадок.

 

Присадки – это химически активные вещества, которые улучшают свойства масла и формируют его структуру.

 

Качество моторных масел напрямую зависит от качества базового масла. С помощью присадок можно повысить эксплуатационные свойства моторных масел, изготовленных из не самых лучших сортов базовых масел. Но при эксплуатации, особенно при высоких нагрузках, присадки разрушаются в первую очередь, и конечное качество моторного масла, проработавшего в двигателе 50 % и более положенного срока, определяется качеством базового масла! Чем выше качество базового масла и меньшее количество присадок содержит масло, тем на более долгий срок сохраняет оно свои рабочие свойства. Этим и объясняются такие факты, когда два моторных масла одного типа и качества, но разных производителей работают в двигателях совершенно по-разному и имеют разные отзывы автовладельцев.

 

Конечно, потребитель, как и продавец, практически никак не может узнать истинное качество моторного масла, и вынужден довольствоваться информацией производителей масла, которую они пожелают представить, и которая, к сожалению, не всегда соответствует действительности.

 

3. Свойства моторных масел

Вязкостно-температурные свойства.Нужно различатьдва понятия: вязкость, как физическое свойство жидкости и индекс вязкости – коэффициент, определяющий зависимость изменения вязкости от температуры.

Вязкость – это свойство материала сопротивляться текучести. Это основная характеристика масла, по величине которой делается выбор масла для применения. С повышением температуры вязкость масла уменьшается, т.е. оно разжижается. См. рис.3.

 

Моторное масло должно обладать стабильной вязкостью во всем диапазоне рабочих температур окружающего воздуха, например, от -30^оС до +35^оС. Зависимость изменения вязкости масла от изменения температуры характеризует ИНДЕКС ВЯЗКОСТИ (сокращенноVI, viscosity index, «viscosity» - вязкость).

Чем больше численное значение индекса вязкости, тем меньше меняется вязкость масла при изменении температуры, то есть структура масла остается более стабильной от момента пуска двигателя до максимальных нагрузок. См. рис.4. Различают индекс вязкости базового масла и индекс вязкости моторного масла. В технических характеристиках, которые публикуют производители масел, указываются индексы вязкости готовых продуктов.

 

Противоизносные свойства – это образование на смазываемых поверхностях надежной пленки, предотвращающей непосредственное соприкосновение металлических поверхностей поршней, цилиндров и т.д. Непосредственное соприкосновение, так называемое «сухое трение» ведет к образованию задиров, микроцарапин, что приводит к увеличению зазоров, уменьшению компрессии, износу.

Моюще - диспергирующие. Моюще - диспергирующие свойства – это способность масла смывать продукты окисления и износа с деталей двигателя, измельчать (диспергировать) их и поддерживать нерастворимые вещества в работающем масле без выпадения в осадок. Чем выше моюще - диспергирующие свойства масла, тем больше нерастворимых веществ — продуктов старения может удерживаться в работающем масле во взвешенном состоянии, тем меньше лакообразных отложений и нагаров образуется на горячих деталях.

Антиокислительные свойства.Окисление – это процессобразованиякислот в масле под воздействием кислорода воздуха и воды. Процесс окисления носит характер цепной реакции, при которой начавшееся окисление ускоряют частицы металлов и других посторонних включений, которые накапливаются в масле в результате изнашивания деталей двигателя, недостаточной очистки воздуха и т.д. Стойкость к окислению повышают введением в состав масел антиокислительных присадок различного механизма действия. Антиокислительные свойства в значительной степени определяют стойкость масла к старению.

Антикоррозионные свойства. В процессе старения коррозионность моторных масел резко возрастает вследствие неизбежных окислительных процессов. Антикоррозионные свойства во многом зависят от концентрации и эффективности антикоррозионных, антиокислительных присадок.

 

В процессе эксплуатации к моторному маслу предъявляются прямо противоположные требования. С одной стороны, масло должно хорошо течь, проникая через систему тончайших каналов двигателя при любых температурах, в том числе и зимой, обеспечивая пуск двигателя без предварительного прогрева, беспрепятственное прокачивание масла насосом по смазочной системе. С другой стороны, масло должно «прилипать» к поверхности металла, образуя надежную масляную пленку и предотвращая «сухое» трение при максимальных нагрузках и летней температуре окружающей среды. То есть одна и та же порция масла должна сохранять рабочую вязкость и в холодном, и в горячем двигателе.

 

Требованиями к стабильности вязкости от момента пуска двигателя до рабочей температуры обосновано разделение масел по сезонности применения.

Всесезонные масла отвечают требованиям по вязкости одному из зимних и одному из летних масел одновременно, то есть обладают очень пологой зависимостью вязкости от температуры (см. рис. 4). Индекс вязкости сезонных масел составляет 90 - 105 единиц, всесезонных- 140 - 180 единиц.

Всесезонные масла получают путем введения в базовое масло специальных загущающих присадок, повышающих индекс вязкости масла и (или) использованием синтетических компонентов в качестве основы масла. В качестве присадок применяются специальные макрополимерные присадки - полиизобутилены, полиакрилстиролы и др. Механизм их действия основан на изменении формы макромолекул полимеров в зависимости от температуры. В холодном состоянии эти молекулы, будучи свернутыми в спиральки, не влияют на вязкость масла, при нагреве же они распрямляются, и масло густеет, или, точнее, не становится слишком жидким. Масла, в состав которых входят вязкостные присадки (до 10%), называют загущенными – это зимние и всесезонные сорта. В системах смазки современных двигателей применяются именно загущенные всесезонные масла.

4. Классификация моторных масел по составу.

Минеральные масла (mineral)

Минеральное базовое масло получают из нефти путем сложной многостадийной перегонки с последующей очисткой селективными растворителями либо гидроочисткой. Масла нужного качества получаются удалением из сырья нежелательных сернистых и ароматических углеводородов. Современные технологии позволяют получать минеральные масла высокого качества по относительно небольшой стоимости, с высокой приемистостью к присадкам, хорошими смазочными свойствами, их можно использовать в любых типах двигателей, за исключением требований, обусловленных рекомендациями завода-изготовителя. Но на базе минерального масла очень сложно разработать материал с высоким индексом вязкости, при воздействии высоких температур минеральные масла достаточно быстро разрушаются, образуя нагары и шламы.

 

 

Синтетические масла

Синтетические масла на основе полиальфаолефинов (ПАО) получают из этилена, который вырабатывается из природного газа или нефти - сырца путем органического синтеза. Можно сказать, что молекулы масла «строятся» из мономеров. В процессе синтеза есть возможность создавать масла с заранее заданными характеристиками. Эти масла не содержат соединений серы, фосфора, металлов. Индекс вязкости превышает 140. Благодаря отсутствию парафинов, они имеют низкую температуру застывания, обычно ниже -40^оС.

 

Единственным недостатком синтетических масел является их высокая цена ввиду сложности технологического процесса их производства.

 

Синтетические масла на эфирной основе. Другим видом синтетических масел являются эфирные масла. В Европе их принято называть эстерами. Эстеры представляют собой сложные эфиры – продукты нейтрализации карбоновых кислот спиртами. Сырье для производства - растительные масла, обычно рапсовое, реже - кокосовое.

 

Эстеры обладают рядом преимуществ перед всеми другими известными маслами.

v Во-первых, молекулы эстеров полярны, то есть электрический заряд в них распределен так, что молекула сама «прилипает» к металлу трущихся деталей, что предотвращают «сухое» трение металла по металлу.

v Во-вторых, вязкость эстеров можно задавать еще на этапе производства основы, это позволяет обходиться без загущающих присадок, которые быстро разрушаются в моторном масле, или минимизировать их количество, что, в свою очередь, позволяет продлить срок службы масла в двигателе.

v В-третьих, масла на эфирной основе имеют экстремально низкие температуры застывания – в пределах от -50^оС до -65^оС.

v В-четвертых, такие масла обладают превосходными моющими свойствами, они способны лучше всех других типов масел растворять лаки и отложения, и, наконец, они имеют низкую испаряемость.

 

Применение масел на эфирной основе ограничивает их высокая стоимость. Производство эфирной основы в 5-10 раз дороже минеральной. Поэтому некоторые производители добавляют в состав моторного масла 1-5% эфиров для придания масляной пленке свойства «прилипания» к металлическим деталям. Продукты, произведенные полностью на эфирной основе, обычно составляют вершину товарного ряда компаний, производящих продукты Hi-end.

 

Типичный индекс вязкости различных базовых масел:

Ø Минеральная основа: 60-100

Ø Гидрокрекинговая (улучшенная минеральная) основа: 140-160

Ø Синтетическая основа на базе ПАО (полиальфаолефины): 140

Ø Синтетическая основа на базе эстеров: 180-200.

 

 

Гидрокрекинговые масла

Каталитический гидрокрекинг – это способ получения базовых масел из нефтяного сырья под воздействием водорода, высокой температуры (порядка 400^оС) и давления (~68 атм.). В процессе производства происходит «крекинг» исходных молекул, то есть они «переконструируются», расщепляются на более мелкие и однородные, удаляются почти все парафины, сернистые и азотистые соединения. В отличие от минеральных масел, полученных традиционным методом, они, обычно, не имеют окраски, поэтому специалисты называют масла, полученные методом каталитического гидрокрекинга белыми маслами (рис.7).

 

По своим физико-химическим свойствам масла каталитического гидрокрекинга имеют безоговорочные преимущества по сравнению с минеральными маслами: высокие коэффициенты вязкости (viscosity index VI), низкие температуры предела текучести, обладают хорошей стойкостью к окислению. Они способны обеспечить такие же эксплуатационные характеристики, что и синтетические масла на основе полиальфаолефинов, но могут производиться в значительных объемах и по ценам, сопоставимым с ценами минеральных масел.

 

В этой связи многие производители смазочных веществ начали заменять синтетическую основу масел ПАО на гидрокрекинговую.

 

Из истории: Первой стала компания Castrol – в 1997 году она в своем флагманском продукте «Castrol Syntec» тихо заменила ПАО на другую основу, полученную методом гидроизомеризации, разработанным компанией Shell. При этом надпись «синтетическое» на упаковке моторного масла осталась без изменений. Это породило дискуссию в отрасли, производящей смазочные материалы, поскольку некоторые производители синтетических базовых масел и смазочных материалов считали, что только синтезированные базовые масла - это истинные синтетические масла. Один из крупнейших производителей масел на основе ПАО – компания Mobil Oil – обратилась в Американский национальный совет по вопросам рекламы (NADBB - The National Advertising Division of the Better Business) с жалобой на такую маркетинговую политику. Обсуждение длилось два года. В 1999 году Бюро по улучшению деловой практики Управления национальной рекламы США было принято важное решение, которое расширило определение синтетических смазочных материалов, включив продукты, полученные из гидрокрекинговых базовых масел группы III, в группу синтетических.