Вы здесь

Главная » Масла и смазки

Моторные масла

 Как известно, в моторе автомобиля большое количество движущихся и трущихся между собой деталей. 

    Для нормальной работы двигателя в качестве смазки применяют моторные масла. Учитывая, что двигатели эксплуатируются при различных режимах и порой очень тяжелых - моторные масла должны отвечать следующим требованиям: 
- создавать прочное тонкое покрытие на поверхностях, исключая прямой контакт трущихся деталей, что способствует снижению износа двигателя; 
- уплотнять зазор между цилиндром и поршнем и не допускать прорыв газов из камеры внутреннего сгорания; 
- смывать продукты высокотемпературных отложений с поверхности деталей; 
- предохранять детали двигателя от коррозии; 
- поддерживать продукты окисления, износа и загрязнения во взвешенном состоянии в виде эмульсии, препятствуя выпадению их в осадок, а также выносить их из зоны трения; 
- нейтрализовывать органические кислоты, которые образуются при сгорании топлива и окислении масла; 
- сохранять вышеперечисленные свойства в широком диапазоне температур. 

Требования к современным маслам достаточно жесткие, и для того, чтобы моторное масло соответствовало этим требованиям, в базовые масла добавляют комплект присадок, которые улучшают их свойства. Суммарное содержание присадок в маслах составляет от 10 до 25%.

     До начала 30-х годов в узлах и агрегатах машин и механизмов использовались масла без присадок. При этом, например, пробег моторных масел составлял около 800 км, а примерно через каждые 1600 км двигатель подлежал разборке для очистки деталей от нагара, шламов и других загрязнений. Бурное развитие машиностроения и ужесточение требований к качеству масел привели к не менее стремительному развитию работ по созданию и применению в маслах присадок различного функционального назначения. Начатые в период между первой и второй мировыми войнами работы по разработке и исследованию присадок с возрастающей интенсивностью продолжились в последующие годы. Поиск эффективных присадок к маслам проводится и в наше время. 

    Следует заметить, что далеко не всякое химическое соединение, обладающее определенными функциональными свойствами, может быть использовано в качестве присадки к смазочным маслам. Присадки во вводимой концентрации должны обладать растворимостью или способностью к созданию устойчивых систем в маслах во всем диапазоне рабочих температур транспортирования, хранения и эксплуатации, не отлагаться на фильтрах, не вымываться водой, обеспечивать надежную стабилизацию масел против окисления, не ухудшать других эксплуатационных свойств масел, предотвращать разрушение металлических, резиновых и полимерных деталей, обеспечивать стабильность свойств масел в течение гарантированного срока хранения, быть совместимыми с другими присадками, вводимыми в масла и, наконец, вырабатываться доступными процессами химической технологии из доступного сырья, обеспечивая экономическую эффективность масел в процессе эксплуатации. Все это создает серьезные ограничения при выборе соединений, используемых в качестве присадок к маслам. Именно поэтому среди многих десятков тысяч исследованных соединений в качестве присадок используется достаточно ограниченное количество продуктов. 

Пакеты присадок 

    Современные пакеты присадок представляют собой сбалансированные смеси присадок различного функционального назначения и могут содержать до 15 компонентов. 
    Использование таких пакетов при производстве смазочных масел позволяет упростить дозировку компонентов, дает возможность сократить число технологических операций, создает благоприятные условия для автоматизации производства и обеспечения стабильного качества товарной продукции с минимальными затратами. 
    В настоящее время около 70% присадок, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами, реализуется в форме пакетов. 
    В последние годы этот принцип создания смазочных композиций получил дальнейшее развитие за счет применения т.н. каскадных пакетов присадок. Реализация принципа каскадности предусматривает использование в композициях базового пакета присадок, содержащего определенный набор присадок в оптимальном соотношении, и ряда усиливающих присадок - бустеров. Их использование в определенных концентрациях в базовых маслах позволяет получать композиции масел с заданным уровнем свойств. 


    До 2005-го года присадки составляли до 25% объема смазочных масел. После 2005 года их содержание в некоторых видах масел превышает 35%. При этом, например, станет реальным вопрос создания моторных масел, не сменяемых в течение всего срока эксплуатации двигателя. 
    С помощью только высококачественных базовых масел невозможно достичь всех тех свойств, которые современное оборудование и механизмы требуют от смазочных масел. В связи с этим к ним добавляют специальные присадки, которые улучшают свойства базовых масел. Однако необходимо помнить, что даже самые хорошие присадки не способны превратить низкокачественные базовые масла в высококачественные смазочные материалы.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПРИСАДОК К СМАЗОЧНЫМ МАСЛАМ
Тип присадки Функциональное назначение
Антикоррозионные Предотвращение коррозии деталей машин, изготовленных из сплавов цветных металлов
Антиокислительные     Процесс окисления носит характер цепной реакции, при которой начавшееся окисление и посторонние включения, имеющиеся в масле, ускоряют процесс дальнейшего окисления. При этом металлические части смазываемой конструкции выступают в роли катализатора. Антиокислительные присадки прекращают процесс окисления и блокируют каталитический эффект металлических поверхностей. 
    Определяют стойкость масла к потере его свойств — старению. Для замедления этого процесса вводят антиокислительные присадки. Они защищают основу масла от действия кислорода воздуха, препятствуя процессу окисления. 
    Условия работы масла в двигателе настолько жестки, что полностью предотвратить его окисление пока не представляется возможным. После выработки антиокислительных присадок начинается рост вязкости масла, коррозионной активности, склонности к образованию отложений и т. д.
Антипенные     Предотвращают образование стойкой пены за счет снижения поверхностного напряжения масла.
Противокоррозионные     Обеспечивают образование на металлических поверхностях пленки, предотвращающей коррозию. 
    Характеризуют способность масла предотвращать коррозию деталей двигателя, изготовленных из цветных металлов (бронзовые втулки, антифрикционное покрытие подшипников коленвала и т. д.). Антикоррозионные присадки образуют на их поверхности прочные защитные пленки, препятствующие прямому контакту с моторным маслом, которое при высокой температуре является агрессивной средой для цветных металлов.
Антифрикционные Снижение потерь на трение в узлах механизмов и машин
Вязкостные (полимерные загущающие)     Улучшение вязкостно-температурных характеристик смазочных масел.
    Полимерные загущающие присадки вместе с модификаторами трения позволяют создавать энергосберегающие масла на маловязких основах, обеспечивающие экономию топлива. В зависимости от класса масла и режима эксплуатации автомобиля экономия топлива может составлять от 1,5-2 до 5,5-6%. 
    Модификаторы трения используют двух типов — твердые (например, дисульфит молибдена — Мо2S) и жидкие. Первые представляют собой твердые смазывающие вещества, тонко диспергированные (измельченные) в масле. За счет адгезии (сцепления) они связываются с поверхностями трения и уменьшают его величину при граничном режиме смазки. Жидкие модификаторы трения — соединения, обладающие высокой адсорбцией (поглощение поверхностным слоем твердого тела жидкостей или газов) к металлу и образующие на его поверхности “мягкий ворс”, снижающий силы трения.
Депрессорные Снижение температуры застывания масел и обеспечение их текучести при низких температурах)
Диспергирующие     Предохраняют поверхности деталей двигателя от отложений и поддерживают нерастворимые загрязнения в диспергированными в масле.
    Диспергирующие свойства (от лат. dispersio — рассеяние) удерживают нерастворимые в масле вещества (частицы нагара, продукты неполного сгорания топлива и т. д.) во взвешенном состоянии и не дают им выпасть в осадок. Для придания маслу этих свойств в него вводят присадки-дисперсанты, создающие оболочку вокруг частиц загрязнений. Она не позволяет им прилипать к поверхностям двигателя и слипаться друг с другом.
Моющие     Моющие свойства характеризуют способность масла очищать детали двигателя от различных лакообразных отложений, нагара и т. д. Эти свойства обеспечивают введением моющих присадок, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые “отрывают” частички отложений от деталей и переносят их в масло.
Приработочные Ускорение процессов приработки пар трения
Противозадирные
(EP-extreme pressure)		     Снижение интенсивности поверхностного разрушения при повреждаемости металлов схватывнием (задир).
    Образуют вместе со смазываемыми металлическими поверхностями химическую пленку, которая эффективно предотвращает задиры. Противоизносные и противозадирные присадки снижают трение и износ.
Противоизносные     Образуют на смазываемых поверхностях пленку, предотвращающую непосредственное соприкосновение металлических поверхностей. 
    Противоизносные свойства моторного масла определяются его способностью предотвращать механический износ деталей двигателя и коррозионный износ цилиндров, поршней, их колец. 
    Механическому износу подвержены пары трения — сопряженные детали, двигающиеся относительно друг друга. При небольшой скорости перемещения и больших нагрузках (например, деталей газораспределительного механизма) масло не полностью разделяет детали, и они контактируют друг с другом (граничный режим смазки). Во время перемещения выступы микрорельефа поверхности сталкиваются, что приводит к их разрушению. Оно может проявляться в виде “обламывания” выступов или образования “борозды” в металле — задире. Для предотвращения разрушения микрорельефа (износа) в моторное масло вводят противоизносные присадки. Они химически преобразуют (модифицируют) поверхность металла, образуя на ней тонкую пленку, по которой и происходит скольжение. 
    Коррозионный износ поршней, цилиндров и их колец возникает из-за воздействия кислот, образующихся при окислении масла (см. ниже) и сгорании топлива. Для их нейтрализации в масло вводят щелочные присадки.
Противоскачковые Предотвращение скачкообразного движения направляющих скольжения
Присадки, снижающие температуру застывания     Обеспечивают текучесть масла при низкой температуре, предотвращая слипание парафиновых и др. кристаллов.
Присадки, улучшающие индекс вязкости     Замедляют изменение вязкости масла с изменением температуры за счет изменения объема высокомолекулярных полимеров, из которых они состоят. При повышении температуры их объем увеличивается, а при снижении температуры - уменьшается.

Плотность и удельный вес

    Плотность вещества - это соотношение его массы к объему (кг/м3), а удельный вес - соотношение массы определенного объема вещества к массе соответствующего объема воды при 20°С. Плотность и удельный вес зависят от температуры.

Вязкость

Вязкость - это одна из важнейших характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить гидродинамический (жидкостной) режим смазывания. Вязкость зависит от температуры, в диапазоне рабочих температур (обычно от минус 30°С до 150°С) вязкость минеральных масел изменяется в тысячи раз. 
    Различают кинематическую и динамическую (абсолютную) вязкость. Первая, характерная для простых масел при положительных температурах, определяется в капиллярных вискозиметрах, а вторая - для загущенных (всесезонных) масел и масел при отрицательных температурах, определяется в ротационных вискозиметрах, ее величина зависит не только от температуры, но и от градиента скорости сдвига. 
    Кинематическую вязкость в технической системе единиц измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт), а в системе СИ в м2/с или в мм2/с. 
    Динамическая вязкость представляет собой произведение кинематической вязкости на плотность жидкости, в технической системе ее измеряют в сантипуазах (сП), а в системе СИ - в миллиПаскаль-секундах (мПас), где 1 сП= 1 мПа-с. 
    Моторные масла, как и большинство смазочных материалов, изменяют вязкость в зависимости от своей температуры. Чем ниже температура, тем больше вязкость и наоборот. 
    Всесезонное масло работает в диапазоне температур от -35 (холодный пуск зимой) до 150-180ºС (работа двигателя летом под полной нагрузкой), что соответственно вызывает многократное изменение его вязкости. 
    Чтобы обеспечить холодный пуск двигателя (проворачивание коленвала стартером и прокачивание масла по системе смазки) при низких температурах, вязкость не должна быть очень большой. 
    При высоких температурах масло не должно иметь очень малую вязкость, чтобы создавать прочную масляную пленку между трущимися деталями и необходимое давление в системе. 
    Для обеспечения необходимой вязкости во всем диапазоне рабочих температур всесезонные моторные масла изготавливают из маловязкой основы и полимерных загущающих присадок (модификаторов вязкости). Основа, имеющая небольшую вязкость, обеспечивает нужные низкотемпературные характеристики. Молекулы загущающих присадок представляют собой “клубки” полимеров (веществ, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев), “набухающие” при нагревании, что сохраняет достаточную вязкость при высокой температуре. 
    Вязкость загущенного всесезонного масла зависит также и от скорости перемещения его слоев относительно друг друга. С ее увеличением вязкость временно снижается, поскольку “клубок” полимерной присадки “растягивается” и оказывает меньшее сопротивление перемещению слоев. 
    Способность снижать вязкость в зависимости от скорости уменьшает потери на внутреннее трение в масле и, соответственно, потери мощности двигателя. Например, при движении поршня от верхней или нижней мертвой точки его скорость возрастает и в определенный момент возникает гидродинамический режим смазки (масло полностью разделяет поверхности деталей). Полимерная загущающая присадка в это время понижает вязкость масла, тем самым снижая потери мощности, развиваемой двигателем.

Индекс вязкости

    Индекс вязкости (сокращенно VI, от английского Viscosity Index) безрамерный показатель характеризует зависимость вязкости масла от изменения температуры. Чем больше индекс вязкости, тем меньше вязкость масла изменяется при колебании температуры. Он зависит от углеводородного состава масла, наличия вязкостных (загущающих) присадок, глубины очистки масляных фракций. Для минеральных масел без вязкостных присадок индекс вязкости составляет 85-100, масла с вязкостными присадками и синтетические масла-компоненты могут иметь индекс вязкости 120-150. У маловязких глубокоочищенных масел индекс вязкости может достигать 200.

Температура вспышки

    При повышении температуры из масла выделяются пары, которые при поднесении открытого огня вспыхивают. Эта температура называется температурой вспышки, которую можно измерять либо в открытом (Cleveland), либо закрытом тигле (Pensky-Martens). Показатель характеризует наличие в масле легкокипящих фракций, он связан с испаряемостью масла в процессе эксплуатации.

Температура застывания

    Температура застывания - это самая низкая температура, при которой масло еще полностью не потеряло текучесть при наклонении пробирки, в которой его охладили. Температура застывания характеризует момент резкого увеличения вязкости при снижении температуры, или кристаллизации парафина вместе с повышением вязкости в такой степени, что масло становится твердым.

Щелочное число (TBN) и кислотное число (TAN)

 В процессе эксплуатации в смазочных маслах накапливаются кислые и/или щелочные продукты, которые образуются в результате окисления, разрушения молекул базового масла и присадок, загрязнения масел, в том числе, накопления в них продуктов неполного сгорания топлива, сажи. Общее щелочное число (TBN) и общее кислотное число (TAN) анализируются в лабораторных условиях. TBN выражается через количество гидроокиси калия в миллиграммах, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г). TAN выражается через количество гидроокиси калия в мг, необходимое для нейтрализации кислых продуктов, содержащихся в 1 г. масла (мг КОН/г).