История создания моторных масел и их эволюция

Состав современных моторных масел

Все современные моторные масла состоят из базовых масел и присадок, улучшающих их свойства. В качестве основы обычно используют:

• Дистиллятные и остаточные компоненты различной вязкости (углеводороды), а также их смеси
• Углеводородные компоненты, полученные методами гидрокрекинга и гидроизомеризации
• Синтетические продукты (высокомолекулярные углеводороды, полиальфаолефины, сложные эфиры и др.)

Большинство всесезонных масел производят путем загущения маловязкой основы макрополимерными присадками.

В этой статье мы изучим историю получения моторных масел и основные этапы их производства.

История

В 1866 году американский профессор Джон Эллис начал изучать свойства сырой нефти для медицинских нужд. При этом он заметил, что это вещество обладает отличными смазочными свойствами.

На основе нефти Эллис создал смазочную жидкость и протестировал её в клапанном механизме парового двигателя. Результаты эксперимента показали, что детали стали работать гораздо плавнее и износились меньше, а время работы силового агрегата увеличилось.

В 1873 году Джон Эллис запатентовал свое открытие – моторное масло под брендом Valvoline.

Для смазывания первых двигателей внутреннего сгорания использовались как минеральные, так и растительные масла. Во время Первой мировой войны радиальные авиамоторы широко использовали касторовые и рициновые масла. В СССР такие масла использовались до конца 1920-х годов из-за нехватки нефтепродуктов. Благодаря своей высокой вязкости они хорошо смазывали механизмы, но быстро загрязнялись нагаром и смолистыми отложениями. Это вынуждало разбирать двигатели для очистки каждые 500-600 км.

Постепенно минеральные масла, получаемые из нефти методом вакуумной дистилляции, заняли доминирующее положение.

В 1930-х – 40-х годах моторные масла не содержали присадок и назывались автолами (аналогами обычных машинных масел для станков).

Качество первых масел зависело от степени их очистки – хорошо очищенные составы имели золотисто-медовый или янтарный цвет, были прозрачными и содержали меньше вредных для двигателя примесей.

Изначально для очистки масел использовали концентрированную серную кислоту, которая расщепляла непредельные углеводороды и азотистые соединения. Остатки кислоты нейтрализовывались щелочью, а затем масло очищалось белой глиной, адсорбирующей высокомолекулярные асфальто-смолистые соединения.

С 1920-х – 30-х годов масло стали очищать селективными растворителями (фенольными, фурфурольными), что позволяло получать еще более качественные продукты.

Тем не менее, даже самые «чистые» масла без добавок быстро окислялись, особенно в области поршневых колец. Это приводило к накоплению лака, нагара и шлама в двигателе, закоксовыванию поршневых колец и коррозии коренных подшипников коленчатого вала.

Накопление отложений снижало компрессию, ухудшало теплоотвод и увеличивало износ. Масло быстро портилось и плохо фильтровалось, поэтому интервалы между заменами моторной жидкости были очень короткими – менее 1000 км пробега (в авиации – несколько десятков часов).

Систему смазки двигателей приходилось периодически промывать маловязким (веретенным) маслом, а сам агрегат регулярно разбирать для удаления отложений.

Основным решением проблемы закоксовывания колец и образования отложений стало легирование масел присадками – специальными химическими соединениями, которые улучшают их свойства в процессе эксплуатации и хранения.

Первые масла с присадками появились в начале 1930-х годов и использовались в дизельных двигателях. Считается, что первая коммерческая присадка к моторному маслу была выпущена в 1935 году компанией Chevron под брендом Oronite. Это была детергентная моющая добавка на основе фосфонатов, которая препятствовала образованию отложений на поршневых кольцах в тяжелых условиях.

В дальнейшем начали разрабатывать и другие типы присадок: противоокислительные, противоизносные, противозадирные, антикоррозионные и противопенные.

Важнейшим достижением стали диспергирующие присадки (диспергенты). Они предотвращали осаждение загрязнений в масле и образование крупных смолистых частиц, что позволило оснастить смазочную систему двигателя полнопоточным масляным фильтром.

В результате интервалы между заменами моторной жидкости увеличились до 6-10 тыс. км при нормальных условиях эксплуатации.

Присадки-депрессоры сделали возможными зимние масла, сохраняющие текучесть при низких температурах, а полимерные модификаторы вязкости обеспечили всесезонные моторные масла с хорошими свойствами в широком диапазоне температур.

Современный процесс изготовления моторных масел

Производство моторного масла начинается с обработки сырья – нефти. Перед тем как попасть на завод смазочных материалов, нефть проходит ряд очисток на нефтеперерабатывающих предприятиях. Прежде всего, из нефти удаляются легкие бензольные соединения: спирт, керосин и бензин различного октанового числа.

После многочисленных обработок нефть превращается в мазут. После вакуумной очистки он расщепляется на минеральное масло (базовое сырье) и гудрон, который идет на производство асфальта. Таким образом, производство моторных масел в России содействует развитию строительства автодорог.

Первый этап

На первом этапе производства моторного масла происходит гидроконверсия базового сырья с использованием водорода. Этот процесс очищает масло от азота и сернистых соединений. Полученный таким образом продукт относится ко 2-й группе, что отличает моторное масло российского производства от других, так как не все компании применяют метод гидроконверсии.

В процессе гидроконверсии моторная жидкость приобретает цвет, прозрачность и характерный запах.

Второй этап

На втором этапе в будущее моторное масло добавляют необходимые присадки. Их состав зависит от сорта, сезонности продукта и типа двигателя, в которых оно будет использоваться.

Каждой присадке требуется своя температура растворения. Одним достаточно 0 °C, другим – +100 °C, а некоторым раствориться можно только при +120 или +150 °C. При этом многие добавки могут разрушаться при высоких температурах. Поэтому производители вводят добавки по одной, чередуя нагревание и охлаждение масла.

Самые дешевые минеральные масла изготавливаются из нефти, которую подвергают фильтрации и стандартной переработке. Синтетические масла – наиболее дорогие, и они производятся на основе веществ, полученных сложными химическими методами из газа и нефти. Полусинтетические масла являются гибридом вышеописанных составов.