Присадки в моторном масле
При современном уровне развития двигателестроения
использование масла без присадок практически невозможно, т.к. невозможно
создание масел, которые обеспечили бы эффективную защиту двигателя и
одновременно не разрушались в течение длительного времени. Все современные
моторные масла содержат в своем составе пакет (набор) присадок, содержание
которых суммарно может достигать 20%.
Присадки можно разделить на несколько типов:
- Вязкостно-загущающие присадки
- Моющие присадки (детергенты и дисперсанты)
- Противоизносные присадки
- Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки)
- Ингибиторы коррозии и ржавления
- Антипенные присадки
- Модификаторы трения
- Депрессорные присадки.
Вязкостно-загущающие присадки.
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. Фактически эта присадка повышает индекс вязкости
масла. Масла, в состав которых входят вязкостные присадки (до 10%), называют
загущенными - это зимние и всесезонные сорта. В зависимости от количества
добавленной вязкостно-загущающей присадки можно получить масла с разными
вязкостями. Чем выше изначальный индекс вязкости базового масла, тем меньше
вязкостно-загущающей присадки необходимо добавлять. Если индекс вязкости
достаточно высок, можно получить моторное масло, не содержащее загустителей.
Современные тенденции в области разработки моторных масел направлены на
создание моторных масел с невысокими диапазонами вязкостей. Причина заключается
в том, что такие масла, как правило, обеспечивают энергосберегающие свойства
(т.е. позволяют экономить топливо) и содержат невысокое количество загустителя
или вообще его не содержат. Почему большое количество загустителя в моторном
масле нежелательно для двигателя? В двигателе множество пар трения, где масло
подвергается высоким сдвиговым нагрузкам, в результате которых происходит
разрушение загустителя. Это приводит к потере вязкости моторного масла,
ухудшению функций смазывания (уменьшение толщины смазывающей пленки), а
продукты разрушения загустителя являются потенциальным источником нагаров и
лаковых отложений в двигателе. Масла с большими диапазонами вязкостей
ориентированы исключительно на спортивное применение. Они предназначены только
для экстремальных условий эксплуатации, в которых наиболее важны высокие
вязкостные свойства, а не их стабильность с течением времени.
Моющие присадки.
Моющие присадки нужны для
предотвращения образования лаковых и сажевых (в дизелях) отложений на деталях
двигателя. Они, как правило, состоят из детергирующих компонентов, которые
вымывают продукты окисления масла и износа деталей и несут их к фильтру, и
диспергирующих, способствующих дроблению крупных частиц нагара на мелкие (не
больше микрона).
Детергенты.
Принцип действия этих присадок в двигателе
в точности такой же, как и у моющих средств, использующихся в быту. Кроме
этого,детергенты обладают щелочными свойствами, т.е. могут нейтрализовать
кислоты. Кислоты образуются при сгорании серы, содержащейся в топливе, особенно
дизельном и при окислении самого масла. Нейтрализуя такие кислые продукты,
эффективно предотвращается коррозия деталей двигателя. Т.е. вторая важная
функция таких присадок – нейтрализация кислот и антикоррозионные свойства.
Дисперсанты.
Основная задача этих присадок –
поддержание загрязнений в масле в растворенном состоянии, предотвращение их
отложений на деталях двигателя, масляных каналах и др., диспергирование
(растворение) крупных загрязнений. Диспергирующие добавки удерживают грязь в
мелкодисперсном состоянии, не дают ей слипнуться в большие комки и пригореть к
металлу. Естественно, грязь проходит по всей системе смазки, фильтр ее
пропускает, но это гораздо меньшее зло, чем если бы она осаждалась на металле.
Кстати, результаты работы моющих присадок можно наблюдать почти сразу после
замены старого масла на новое. Вроде только-только залил, немного поездил - и
уже черное! Не волнуйтесь. В данном случае чернота масла свидетельствует о
высокой моющей способности его присадок - они смыли грязь со стенок, довели ее
до безопасной консистенции, и масло гоняет ее по системе смазки.
Противоизносные присадки.
Основная функция –
предотвращение изнашивания трущихся деталей двигателя в местах, где невозможно
образование масляной пленки необходимой толщины. Они работают путём
абсорбирования в поверхность металла, а затем химически реагируя с ней в
процессе контакта металл-металл, тем более активно, чем больше тепла при этом
контакте образуется, создавая при этом особую металлическую плёнку со
"скользящими” свойствами, чем и предотвращают абразивный износ.
Ингибиторы окисления(антиокислительные присадки).
В
процессе работы масло в двигателе постоянно подвергается воздействию высоких
температур, кислорода воздуха и окислов азота, что вызывает его окисление,
разрушение присадок и загущение. Противоокислительные присадки замедляют
окисление масел и неизбежно следующее за ним образование коррозионно-активных
осадков. Принцип их действия заключается в химической реакции при высоких
температурах с продуктами, вызывающими окисление масла. Делятся на
присадки-ингибиторы, работающие в общем объеме масла, и на термоокислительные
присадки, выполняющие свои функции в рабочем слое на нагретых поверхностях.
Ингибиторы коррозии и ржавления.
Ингибиторы коррозии
призваны защищать поверхность деталей двигателя от коррозии, вызываемой
органическими и минеральными кислотами, образующимися при окислении масла и
присадок. Механизм их действия – образование защитной пленки на поверхности
деталей и нейтрализация кислот. Ингибиторы ржавления в основном призваны
защищать стальные и чугунные стенки цилиндров, поршни и кольца. Механизм
действия схожий. Противокоррозионные присадки часто путают с
противоокислительными. Это разные вещи. Противоокислительные, как говорилось
выше, защищают от окисления само масло. Противокоррозионные же - поверхность
металлических деталей. Они способствуют образованию на металле прочной масляной
пленки, предохраняющей его от контакта с всегда присутствующими в объеме масла
кислотами и водой.
Антипенные присадки.
При сильном перемешивании масла с
воздухом, что в частности наблюдается при работе двигателя, когда коленвал
интенсивно взбалтывает масло в картере, возможно повышенное образование пены.
Этому процессу также способствуют различные загрязнения, присутствующие в
масле. Ее формирование значительно ухудшает эффективность смазывания деталей
двигателя, что может привести к повышенному износу и ухудшению теплоотвода.
Противопенные присадки (обычно это силиконы или полилоксаны) не растворяются в
моторных маслах, а присутствуют в виде мельчайших капелек. Их действие основано
на разрушении пузырьков воздуха. Обойтись без этих присадок практически
невозможно, но их присутствие не должно превышать тысячных долей процента - при
термическом разложении силикона образуется оксид кремния, который является
сильным абразивом.
Модификаторы трения.
Для современных двигателей все
чаще стараются использовать масла с модификаторами трения, позволяющими снизить
коэффициент трения между трущимися деталями с целью получения энергосберегающих
масел. Наиболее известные модификаторы трения – графит и дисульфид молибдена. В
современных маслах их очень сложно использовать, поскольку эти вещества
нерастворимы в масле, а могут быть только диспергированы в нем в виде маленьких
частиц. Это требует введения в масло дополнительных дисперсантов и
стабилизаторов дисперсии, однако это все равно не позволяет использовать такие
масла в течение длительного времени. Поэтому в настоящий момент в качестве
модификаторов трения обычно используют маслорастворимые эфиры жирных кислот,
обладающих очень хорошим прилипанием к металлическим поверхностям,
формированием на них слоя молекул, снижающих трение.
Депрессорные присадки(для минеральных масел).
При
сильном понижении температуры масла в нем начинают образовываться кристаллы
парафинов, что ведет к потере подвижности масла и в результате ухудшается
низкотемпературный пуск двигателя и прокачиваемость масла по каналам. В
процессе производства базовых масел часть парафинов удаляют, но полное их
удаление по технологическим и экономическим причинам невозможно (сильно
возрастают затраты на получение базового масла). Обычно минеральное базовое
масло имеет температуру застывания около -15°С. Возможность получения
минеральных моторных масел с температурами застывания -30°С…-35°С достигается
путем введения в масло депрессорных присадок. Эти присадки предотвращают
срастание кристаллов парафина, но не предотвращают их появление вообще (принцип
действия такой же, как у дизельных антигелей).
