1. Условное обозначение моторных масел


2. Классы вязкости моторных масел


3. Производство моторных масел


4. Присадки к маслам


5. Определение индекса вязкости

Моторные масла

Основная функция, которую выполняют моторные масла, – это снижение трения и износа трущихся деталей двигателя за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки. Одновременно моторные масла должны обеспечивать:

• уплотнение зазоров в сопряжениях поршневой группы;


• эффективный отвод тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей;


• защиту рабочих поверхностей деталей от коррозии;


• предотвращение образования нагара, лака на деталях двигателя;


• высокую стабильность при окислении и обводнении;


• малый расход масла при работе двигателя;


• большой срок службы.

Условное обозначение моторных масел

Основной характеристикой моторного масла является вязкость. Вязкость масла указывается при 100 ºC.

Затем указывается область применения и условия эксплуатации:

А – для нефорсированных бензиновых и дизельных двигателей;

Б – для малофорсированных двигателей;

В – для среднефорсированных двигателей;

Г – для высокофорсированных двигателей;

Д – для высокофорсированных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых условиях.

1 – масло предназначено для бензиновых двигателей

2 – масло предназначено для дизельных двигателей

По системе SAE (Society of Automotive Engineers) применяют:

Зимние масла (Winter)

0W - масло можно использовать при температуре до -35-30°С

5W - масло можно использовать при температуре до -30-25°С

10W - масло можно использовать при температуре до -25-20°С

15W - масло можно использовать при температуре до -20-15°С

20W - масло можно использовать при температуре до -15-10°С

Летние масла

30 - масло можно использовать при температуре до +20-25°С

40 - масло можно использовать при температуре до +35-40°С

50 - масло можно использовать при температуре до +45-50°С

60 - масло можно использовать при температуре до +50°С и выше

По системе SAE указывается класс вязкости моторных масел.

Область применения моторных масел по американской системе указывает API (Американский институт нефти):

S – для легковых бензиновых двигателей ( service, сервис);

С – для дизельных двигателей (commercial, коммерция);

CF – для дизелей с разделенными камерами сгорания;

CF-4 – для четырехтактных дизелей;

CF-2 – для двухтактных дизелей транспортных средств;

CG-4 – для четырехтактных дизелей, работающих на топливе с содержанием серы до 0,05 %;

СD – высокофорсированные двигатели с наддувом;

СС – высокофорсированные двигатели без наддува или уменьшенным наддувом;

SL – для двигателей выпуска до 2001 г.;

SE – высокофорсированные бензиновые двигатели;

ЕС – энергосберегающее масло (energy conserving).

Классы вязкости моторных масел

Пример обозначения:

SAE –5W/30, API – SЕ, EC.

Всесезонное моторное масло со средней кинематической вязкостью 12 сСт (класс вязкости 30) при 100 °C. При отрицательных температурах ведет себя как масло зимнее типа 5W, обеспечивает легкий запуск двигателя до температуры минус 25 °C, предназначено для высокофорсированных бензиновых двигателей, энергосберегающее.

Классификация масел по системе АСЕА (Ассоциация европейских производителей автомобилей).

Примечание:

А – бензиновые;

B – дизели легковых автомобилей и легких грузовых;

C –  дизельные и бензиновые двигатели, соответствующие требованиям Euro-4;

Е – дизели грузовых автомобилей;

1, 2, 3... – категории;

96 – год введения в действие.

Производство моторных масел

Мазут нагревают до температуры 450 °C, направляют в ректификационную колонну которая работает при давлении меньше 0,01 МПа.

Известно, что с понижением давления над жидкостью уменьшается температура кипения. Так, например, углеводород при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. имел температуру кипения 500 °C, а при снижении давления до 50 мм рт.ст. его температура кипения уменьшилась до 250 °C. Тяжелые углеводороды будут испаряться, а не разлагаться. Появляется возможность мазут разделить по их температурам кипения и получить масла разной вязкости. На этом принципе и основана вакуумная дистилляция мазута.

Технология получения масел следующая. Нагретый мазут в ректификационной вакуумной колонне разделяется на дистилляты (легкие, средние, тяжелые). Затем идет их очистка от смолистых соединений с получением рафинатов. Далее, рафинаты депарафинизируют (удаляют парафин) и получают базовые масла. Затем к базовым маслам добавляют присадки и получают конечный продукт – товарные масла.

Дистиллятом называют неочищенную нефтяную фракцию, полученную перегонкой. Полученное масло очищают, затем удаляют парафин, добавляют присадки и получают товарные масла. Основные методы очистки: кислотная (применение серной кислоты) и селективная.

Неочищенное масло смешивается с серной кислотой. Смолистые вещества вступают в реакцию с кислотой, образуя густую, тяжелую массу, – кислый гудрон. Гудрон удаляют из бака, в котором остается чистое масло.

При селективной (выборочной) очистке применяют растворитель (фенол, ацетон). Растворитель выборочно растворяет, например, сернистые соединения при повышении температуры. При понижении температуры сернистые соединения выпадают в осадок.

При депарафинизации масло смешивают со смесью растворителей (толуол, метилэтилкентон). Полученный раствор охлаждают до температуры минус 6 – 12 °C. Кристаллы парафина выпадают в осадок. Депарафинизация повышает температуру застывания масел.

Товарные масла с необходимыми эксплуатационными свойствами получают из базовых масел, которые смешиваются между собой с добавлением соответствующих присадок.

Присадки к маслам

Для повышения технико-эксплуатационных и экономических показателей масел в них вводят присадки, количество которых изменяется от долей до 25–35 %. Присадки – это вещества, которые усиливают положительные природные свойства базовых масел. Базовое масло – это смазочный материал, к которому для получения товарного продукта добавляют присадки (минеральные, синтетические).

Для усиления смазочных свойств моторных масел в них вводят антифрикционные, противоизносные и противозадирные присадки.

В качестве антифрикционных присадок используют олеиновую и стеариновую кислоты, эфиры различных кислот. Эти присадки добавляют к маслам в количестве 0,5–2,0 %.

Противоизносные и противозадирные присадки обладают способностью образовывать на трущихся поверхностях адсорбированные и хемосорбированные пленки (нафтенат свинца). Механизм действия таких присадок заключается в образовании прочных, главным образом хемосорбированных, граничных пленок, обеспечивающих “мягкое” изнашивание поверхностей трения благодаря созданию на них тонкого слоя продуктов химического взаимодействия вещества присадок с металлом.

Масла, в которые вводят вязкостные присадки, называют загущенными. Загущенные масла правильно называть зимними. Для их приготовления берут маловязкие масла, например М-3 (вязкость примерно 3 сСт при 100 °C). При введении в масло вязкостных присадок его вязкость увеличилась в 2 раза и масло стало иметь марку М-6з. При понижении температуры до минус 30 °C вязкость масла с 6000 сСт снизилась до 3000 сСт. Масла загущенные имеют повышенную вязкость при плюсовых температурах, но при отрицательных температурах вязкость масла снижается.

Механизм воздействия вязкостных присадок можно объяснить изменением формы молекул присадки (полиизобутилен С4Н8). При повышенной температуре обладающая большими линейными размерами молекула имеет вид длинной разветвленной цепи и присоединяет силами адгезии ко всей своей поверхности окружающие углеводородные молекулы, обусловливая этим повышенную вязкость масла. При снижении температуры молекула присадки «свертывается», ее поверхность уменьшается, соответственно снижаются силы межмолекулярного взаимодействия и вязкость масла. Моющие присадки применяют с целью ограничить прилипание смолистых веществ к нагретым деталям двигателя (они не моют двигатель). Применяют два основных типа моющих присадок: зольные и беззольные. Зольные присадки содержат сульфанаты бария, кальция, магния и обладают высокой щелочностью, обеспечивающей эффективную нейтрализацию кислых продуктов.

При сгорании зольных присадок образуется зола, оказывающая отрицательное влияние на работу двигателя. Зольность товарных масел находится в пределах 0,5 – 2,6 %. Содержание золы до 0,002 % оценивается как ее отсутствие. При снижении зольности масла уменьшается возможность калильного зажигания, улучшается работа свечей и уменьшается износ двигателя.

Беззольные присадки состоят из органических соединений и при сгорании не дают зольных отложений. Существуют беззольные присадки двух основных видов: на основе производных янтарной кислоты – сукцинимидные присадки и на основе метакриловых эфиров и азотистых соединений – сополимерные присадки. Недостатком беззольных присадок является повышенная коррозионная агрессивность, поэтому их применяют вместе с антиокислительными присадками.

Для уменьшения вспениваемости масел в них вводят противопенные присадки. Практически во все моторные масла вводят противопенные присадки на основе кремнийорганических соединений (СН3)SiO. Механизм пеногасящего действия этих присадок заключается в том, что кремнийорганические соединения плохо растворяются в масле и располагаются на поверхности раздела «масло–воздух» в виде тончайшей пленки. Обладая большим поверхностным натяжением, эти пленки ускоряют «схлопывание» пузырьков пены, успокаивают колебания масла в картере двигателя и препятствуют проникновению газа в масло (что одновременно способствует уменьшению его окисления). К недостаткам противопенных присадок относится то, что они ухудшают адсорбцию масел к металлическим поверхностям. Противопенные присадки вводят в масло в небольших количествах – 0,001 – 0,005 %.

Способность масла не терять подвижность до определенных температур оценивается его депрессорными свойствами. Для снижения температуры, при которой масла теряют подвижность, к ним добавляют вещества, называемые депрессаторами (диалкил нафталина). Присадки, понижающие температуру застывания масла, называют депрессорными.

Воздействие депрессорных присадок основано на том, что они препятствуют объединению кристаллов в объемные структуры, прерывая процесс застывания на стадии образования кристаллов. Депрессорные присадки понижают температуру структурного застывания масла, но не влияют на его вязкостное застывание.

Депрессорные присадки наиболее эффективны в маловязких маслах, так как механизм потери текучести в них объясняется образованием объемной структуры из кристаллов парафинов. Потеря текучести в высоковязких маслах объясняется не столько образованием объемных структур, сколько вязкостным застыванием жидкости с понижением температуры.

Для изготовления депрессорных присадок используют продукты полимеризации некоторых углеводородов и кислородосодержащих соединений (полиметакрилаты, полиакриламиды). Такие присадки обладают моющими и антикоррозионными свойствами. Добавление 0,5 % депрессорной присадки снижает температуру застывания масла на 15 – 20 °C.

Определение индекса вязкости

Индекс (указатель) вязкости (ИВ) – это условный показатель, характеризующий степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры и оценивающий крутизну вязкостно-температурной кривой. Чем выше ИВ, тем более пологой кривой характеризуется масло и тем лучше оно для зимней эксплуатации. Чаще всего ИВ определяют по номограмме или расчетным путем, зная значения вязкости исследуемого масла при 40 и 100 °C. Для автомобильных масел ИВ должен быть не менее 100, а для зимних условий эксплуатации не менее 120.

Лучшие моторные масла при зимней эксплуатации двигателя должны иметь пологую характеристику зависимости вязкости от температуры, то есть вязкость должна незначительно изменяться от температуры. При кинематической вязкости масла более 3000 сСт (мм2/с) запуск двигателя затрудняется. Для снижения зависимости вязкости от температуры в него добавляют присадку (3 – 4 %), например полиизобутилена. Молекула полиизобутилен подобна нити или волокнам, изменяет форму в зависимости от температуры. При высокой температуре молекулы вытягиваются в длинные нитевидные цепочки, повышая вязкость. При снижении температуры молекулы полиизобутилена находятся в масле в виде компактных клубков, снижая трение и вязкость.

Наиболее высокий индекс вязкости имеют синтетические масла, которые представляют собой индивидуальные химические вещества или смесь ограниченного количества веществ, близких по химическому составу и физическим свойствам.

Использование синтетических масел открывает широкие возможности для повышения удельных параметров, экономичности и эффективности ДВС. Это особенно важно, если учесть, что моторные масла на нефтяной основе находятся на пределе своих возможностей по ряду важнейших эксплуатационных свойств, а современные синтетические масла по тем или иным свойствам обладают значительно лучшими показателями. Например, некоторые синтетические масла имеют высокий индекс вязкости (150–170), низкую температуру застывания (минус 65 °C), вязкость при температуре 250 –300 °C в 2–3 раза большую, чем у равновязких им при 100 °C нефтяных масел, высокую термическую стабильность при практическом отсутствии образования отложений и потерь на испарение, хорошие смазочные свойства.

<Химмотология> Ю.П. Макушев, Л.Ю Михайлова, А.В. Филатов сокращ.