История смазочных материалов и их значение

Маленький экскурс в прошлое…

Смазочные материалы начали использоваться людьми около 6 тысяч лет назад – это было первое смазывание.

С появлением колеса и первых транспортных средств, таких как катапульты, мельницы и механизмы для подъема и опускания мостов, возникла необходимость в смазке.

Для смазки использовались растительные масла и животные жиры. Нефть и нефтепродукты тогда применялись преимущественно для освещения, отопления и в религиозных и медицинских целях, но не для смазки.

Постепенно нефть научились перерабатывать, и из нее начали получать керосин, в то время как мазут (70-90% от общего объема) использовался как топливо или просто выкидывался.

С развитием технологий нефтепереработки стало возможным выделение определенных фракций мазута для производства масел, которые позже получили название минеральные. Это произошло в середине-конце XIX века, в период “промышленной революции”, когда активно развивались паровые машины, станки, пароходы и железные дороги. Все это вызвало рост потребности в смазочных материалах.

Общая классификация смазочных материалов

Какими бывают смазочные материалы:

• По агрегатному состоянию – жидкие (масла), пластичные (смазки), твердые (например, графиты и дисульфид молибдена)
• По сырью – минеральные, животные, растительные, синтетические
• По назначению – моторные, трансмиссионные, промышленные, турбинные, компрессорные, приборные и пр.

Наиболее обсуждаемыми и востребованными являются смазочные материалы для автомобилей. Это моторные масла, трансмиссионные масла и различные смазки – минеральные, синтетические и пластичные.

Рабочие условия, задача моторных масел

Моторные масла функционируют в непростых условиях. Они подвергаются значительным тепловым и механическим нагрузкам, которые постоянно меняются в зависимости от условий работы двигателя.

Например, давление на масляную пленку между стенкой цилиндра и поршневыми кольцами составляет от 0,15 до 1,3 МПа, а в зоне маслосъемного кольца – от 0,5 до 1,3 МПа.

Скорость скольжения поршня варьируется от 0 до 15 м/сек, а в некоторых случаях может достигать 2,0 МПа.

Температура масляной пленки также нестабильна. Верхняя поршневая канавка может нагреваться до +270-280 °C, а при наличии наддува – до +300-350 °C.

Условия также сложные для шейки коленвала и вкладышей подшипников. Здесь температура масла может достигать +150-160 °C при высоком давлении трущихся поверхностей, а температура в картере не опускается ниже +80-100 °C во время работы двигателя.

Также важно учитывать химическое воздействие на моторное масло – кислород, продукты неполного сгорания топлива и небольшие количества топлива, попадающего в масло.

Несмотря на такие сложные условия, ключевые задачи масла остаются: уменьшение трения между поверхностями, снижение износа и задиров, уплотнение зазоров в ЦПГ, антикоррозионная защита и теплоотвод.

Основа масла

Моторное масло состоит из базового масла и присадок, которые улучшают его свойства. Базовые масла бывают минеральными или синтетическими.

Состав минерального масла непосредственно зависит от качества нефти, а также от температурных рамок выкипания масляных фракций и процессов очистки. Перегонка мазута позволяет получать масла с низкой вязкостью, так называемые дистиллятные, тогда как оставшиеся продукты после перегонки, такие как гудрон, используются для получения остаточных масел с повышенной вязкостью.

Таким образом, чтобы получить базовое масло с определенной вязкостью, нужно смешать дистилляты и остаточные масла.

Минеральные масла дешевле, однако современные двигатели требуют все более высоких стандартов, поэтому владельцы мощных автомобилей чаще выбирают синтетические.

Конечно, качество минеральных масел улучшается, но возможностей обычной переработки нефти становится недостаточно для производства масел, отвечающих современным требованиям.

Синтетические масла обладают отличными вязкостно-температурными характеристиками: низкой температурой застывания (-50…-60 °C) и высоким индексом вязкости. Они сохраняют высокую вязкость при температуре выше +100 °C, что позволяет масляной пленке оставаться целой.

Преимущества синтетических масел включают высокую термоокислительную стабильность, малую склонность к образованию лаковых отложений и низкую испаряемость.

Важно также, что синтетическое масло требует небольшого количества загущающих присадок, что делает его более устойчивым, поскольку именно присадки начинают разрушаться первыми.

Все эти плюсы позволяют снизить механические потери и износ двигателя, а рабочий срок синтетических масел превышает срок минеральных в несколько раз.

Есть ли «минусы»? Разве что стоимость. Они действительно дороже минеральных. Возможно именно поэтому многие компании производят полусинтетические масла – минеральные с 25-50% синтетического. Это неплохой компромисс: полусинтетика доступна по цене и обладает многими качествами синтетического масла.

Присадки в масло

В базовое масло добавляют специальные присадки, чтобы улучшить его качество и рабочие свойства.

Моющие присадки предотвращают образование лаковых и сажевых отложений внутри двигателя. Обычно они состоят из детергентов, которые удаляют загрязнения и износ, а также диспергентов, которые разбивают крупные частицы нагара на мелкие.

Диспергирующие добавки сохраняют грязь в мелком состоянии, не позволяя ей образовывать крупные комки и прилипать к металлу.

Вы можете заметить действие моющих присадок сразу после замены масла: вы залили свежее масло и через некоторое время оно уже темное. Это не повод для беспокойства.

Темный цвет масла в этом случае говорит о том, что моющие присадки эффективно очищают двигатель от загрязнений, разбавляя их до безопасного состояния.

Моющие присадки добавляют в масла в большой концентрации – до 15-20% от общего объема. Они содержат сульфонаты, феноляты и фосфонаты металлов и входят в состав качественных моторных масел.

Вязкостные присадки добавляются для улучшения вязкостно-температурных характеристик. Это высокомолекулярные полимеры, которые меняют свое состояние в зависимости от температуры.

В холодной среде эти молекулы выглядят как спирали и не влияют на вязкость масла. При нагревании они распрямляются, и масло загустевает. Масла с вязкостными присадками (до 10%) являются загущенными и могут быть использованы в зимнее и всесезонное время.

Противоокислительные присадки замедляют процесс окисления и образование коррозии.

Существуют ингибиторы, действующие по всему объему масла, и термоокислительные присадки, которые работают в масляном слое на нагретых поверхностях.

В качестве противоокислительных присадок используются соединения серы и фосфора, фенолы и амины. Их содержание в масле составляет до 3%.

Депрессорные присадки (менее 1%) добавляют для снижения температуры застывания масла – на 20 °C и больше. Они предотвращают образование парафиновых кристаллов при низких температурах.

Противоизносные и противозадирные присадки (примерно 2%) включают хлор, фосфор и серу и должны обеспечивать стабильность пленки масла между трущимися частями двигателя.

Противокоррозионные присадки (1%) защищают металлические детали от окисления, создавая крепкую масляную пленку.

Противопенные присадки имеют небольшие капли и действуют, устраняя воздушные пузырьки. Они важны, но процент их содержания не должен превышать малых долей – когда силикон под воздействием температуры разлагается, он образует оксид кремния, который является сильным абразивом.

Присадок обычно добавляется много сразу, что влияет на свойства масла.

Каждая присадка имеет как положительные, так и отрицательные эффекты. Некоторые из них могут негативно влиять друг на друга, что делает выбор присадок сложным процессом.

Некоторые производители стремятся создать универсальные присадки. Есть достижения в этом направлении, и появляются многофункциональные присадки.

Например, диалкилдитиофосфаты цинка и бария обладают свойствами противоизносных, противоокислительных, противокоррозийных и моющих присадок.

Классификация, особенности маркировки

Сейчас в основном используется две классификации моторных масел:

• Классификация по вязкости SAE (Society of Automotive Engineers) разделяет масла на 11 классов: 5 летних и 6 зимних. Всесезонные масла имеют двойной индекс – это значит, что масло соответствует требованиям к зимним классам для зимы и летним классам для лета.
• Классификация по рабочим свойствам API (American Petroleum Institute) разделяет моторные масла на 2 категории: S (сервис-класс) – для бензиновых двигателей и C (коммерческий класс) – для дизельных. Универсальные масла, подходящие как для бензиновых, так и для дизельных двигателей, имеют дробную маркировку.

Классификация API постоянно обновляется, и некоторые масла устаревают, появляются новые.

Недавно в классификации были исключены старые классы SA, SB, SC, SE и SF для бензиновых двигателей, а также CA, CB и CC для дизельных, так как они больше не рекомендуются к использованию.

Несмотря на это, отмена классов не означает, что их применение полностью исчезло, ведь на дорогах все еще можно встретить автомобили, которые требуют эти масла. Были разработаны варианты замены – например, масла класса SG могут заменить масла классов SE/CC и SF/CC.

Классификация по рабочим свойствам CCMC (Committee of Common Market Automobile Constructors), широко используемая в Западной Европе, также делит масла на 2 категории: масла для бензиновых двигателей (G-класс) и для дизельных (классы D, PD).

Что такое маркировка масла?

Маркировка масла включает в себя класс вязкости по SAE и уровень рабочих свойств по API или CCMC.

Например: SAE 15W/40 API CE/SG. Это всесезонное масло, соответствующее зимним классам 15W (W – winter) и летним классам 40. По качеству масло подходит для дизельных двигателей категории CE и бензиновых двигателей категории SG.

Видно, что обозначение «дизельной» категории в числителе указывает на то, что масло более подходит для дизельных двигателей, но может быть использовано и в бензиновых.

Это пример классификации продукции производителей масел. Естественно, их классификация не привязана к конкретной марке автомобиля. Автопроизводители могут разрабатывать собственные требования к маслам и давать рекомендации на основе тестов на своих двигателях.

Возникает резонный вопрос: кому верить при выборе масла?

Рекомендуется доверять советам автопроизводителей, так как основаны они на реальном опыте испытаний их масел на двигателях данной марки.

Мыть, чистить, смазывать

Со временем моторное масло теряет свои свойства. В него проникают продукты износа и коррозии, а также вода и газы, что ухудшает его состояние и приводит к окислению.

В “горячих” зонах, таких как камера сгорания, образуются прочные нагары. В зонах со средними температурами возникают лаки.

Эти отложения способствуют износу деталей, могут быть причиной искрения, задиров и преждевременного прогорания поршневых колец. Низкотемпературные зоны тоже не обходятся без отложений – шламы, которые накрывают все элементы двигателя, кроме “горячих”. Они могут блокировать каналы системы смазки, мешая нормальному потоку масла.

Как быстро отложения накапливаются в масле?

Однозначного ответа нет – это зависит от множества факторов, не все из которых связаны с маслом. Например, качество топлива, пыльный двигатель, частые поездки без прогрева и другие условия.

О смешивании

Не рекомендуется смешивать масла разных марок! Если необходимо долить масло, делайте это той же марки, что уже залито в двигатель. Каждое масло имеет свой набор присадок, и смешивание разных веществ может привести к нежелательным последствиям.

Даже если присадки похожи по действию, их смешивание может вызвать разложение, осадок или образование агрессивных соединений.

Минеральное масло можно заменить на синтетическое. Однако воспользуйтесь этим вариантом разумно.

Если ваш автомобиль новый, смена масла может быть разумным шагом. Однако, если автомобиль уже имеет свои проблемы, переход на синтетику вряд ли облегчит ситуацию.

В этом случае расход масла может возрасти, а синтетика стоит дороже. Она подходит для современных, высокопроизводительных двигателей.

При замене минерального масла на синтетическое рекомендуется как можно полнее слить старое масло и поменять масляный фильтр.