Моторные масла

Содержание

Введение

1. Основа масла

2. Основные физико-химические  свойства масел

3. Присадки. Общие сведения  и назначение

4. Классификации моторных  масел по составу

Заключение

Список литературы

Введение

Современный автомобильный  рынок - огромное разнообразие сортов моторных и трансмиссионных масел, тормозных жидкостей, смазок, антифризов и т.д. Основная задача - правильно  сориентироваться в выборе таких  материалов, которые благотворно  повлияют на здоровье мотора.

Работа ДВС сопровождается трением контактирующих и перемещающихся друг относительно друга поверхностей деталей двигателя. На определение  сил трения частично расходуется  мощность, развиваемая двигателем.

Процесс трения сопровождается износом трущихся поверхностей, причем работа сил трения превращается в  теплоту, которую необходимо отвести  от поверхности трущихся деталей  смазочным материалом. Повышение  температуры при этом отрицательно влияет на эффективность работы и  моторесурс двигателя.

Наличие сил трения, износ  поверхностей деталей и тепловыделение на них отрицательно влияют на угар масла и испарение моторного  масла с зеркала цилиндра.

1. Основа масла

Моторное масло состоит  из основы (базового масла) и присадок, которые призваны разнообразить  его качество и свойства. По роду исходного сырья основы могут  быть либо нефтяными (минеральными), либо синтетическими.

Химический состав минеральных  основ зависит от качества нефти, пределов выкипания отбираемых масляных фракций, а также методов и степени их очистки.

При прямой перегонке мазута из него выделяются масляные фракции  с низкой вязкостью - такие минеральные  основы называются дистиллятными. Основы же повышенной вязкости получают из того, что остается после перегонки, - гудрона и полугудрона, эти масла так и называются остаточными. Для получения базового масла с заданным уровнем вязкости дистиллятные и остаточные основы смешивают в определенных пропорциях.

В 50-60-х годах назрела  необходимость создания новых смазочных  материалов, способных, с одной стороны, успешно работать в экстремальных  условиях, с другой - удовлетворять  постоянно ужесточающимся требованиям к двигателям по экономичности и экологии. Улучшение качества традиционных масел на минеральной основе, конечно, дает свои плоды, однако предел возможностей, видимо, уже не за горами - современные двигатели требуют масел с такими свойствами, которые существующая технология "простой" нефтепереработки обеспечить не может. Поэтому все большее распространение получают масла на синтетической основе - диэфирные, полиалкиленгликолевые, фторуглеродные, силиконовые и другие. Они выполняют те же функции, что и минеральные, но делают это на более высоком качественном уровне. Синтетические масла обладают исключительно удачными вязкостно-температурными характеристиками. Это, во-первых, гораздо более низкая, чем у минеральных, температура застывания (-50°, -60°C) и очень высокий индекс вязкости, то есть относительно небольшое изменение вязкости в зависимости от изменений температуры, что очень облегчает запуск двигателя в морозную погоду. Во-вторых, они имеют более высокую вязкость при рабочих температурах свыше 100°C - благодаря этому масляная пленка, разделяющая поверхности трения, не разрушается в экстремальных тепловых режимах.

К прочим достоинствам синтетических  масел можно отнести высокую  термоокислительную стабильность, то есть малую склонность к образованию нагаров и лаков (лаками называют откладывающиеся на горячих поверхностях прозрачные, очень прочные, практически ничем не растворимые пленки, состоящие из продуктов окисления), а также небольшие по сравнению с минеральными маслами испаряемость и расход на угар. Немаловажно и то, что синтетика требует введения минимального количества загущающих присадок, а особо высококлассные ее сорта не требуют таких присадок вообще, следовательно, эти масла очень стойкие - ведь разрушаются в первую очередь именно присадки.

Все эти свойства синтетических  масел способствуют снижению общих  механических потерь в двигателе  и уменьшению износа деталей. Кроме  того, их ресурс превышает ресурс минеральных  в 5 и более раз - есть синтетика, которую  можно менять через 50 тыс. км пробега.

Основным фактором, ограничивающим применение синтетических масел, является их высокая стоимость. Они в 3-5 раз  дороже минеральных. В связи с этим многие фирмы производят полусинтетические масла - в минеральное масло вводят 25-50% синтетики. Компромисс этот весьма удачный: по качеству и по цене полусинтетика находится между синтетикой и минеральными маслами. Где именно - зависит от количества синтетической составляющей.

Следует учесть один важный момент. Некоторые фирмы хитрят: называют свои масла синтетическими, даже если доля синтетики в них  едва превышает 35%, то есть по сути они являются полусинтетическими. Зачем? Это связано не столько со стремлением выкачать побольше денег из карманов автовладельцев (что, в общем, вполне объяснимо), сколько с желанием уйти от налогов. Есть страны, где продажа полностью синтетического масла не облагается налогом. В одних странах считают полной синтетикой 35-процентную полусинтетику, в других - все масла, где синтетики больше половины. Что интересно, налоговые службы не высказывают претензий к изготовителям. Не исключаем, что между ними существует на этот счет договоренность с согласия правительств - для создания благоприятных налоговых условий отечественным производителям.

2. Основные физико-химические свойства масел

Вязкость является одной  из важнейших характеристик смазочных  масел, определяющих силу сопротивления  масляной пленки разрыву. Чем прочнее  масляная пленка на поверхности трения, тем лучше уплотнение колец в цилиндрах, меньше расход масла на угар. В соответствии с нормативнотехнической документацией вязкостно-температурные свойства моторных масел оцениваются индексом вязкости.

Вязкость динамическая - это  сила сопротивления двух слоев смазочного материала площадью 1 см2, отстоящих друг от друга на расстоянии 1 см и перемещающихся один относительно другого со скоростью 1 см/с.

Вязкость кинематическая определяется как отношение динамической вязкости к плотности жидкости.

Индекс вязкости - относительная  величина, показывающая степень изменения  вязкости в зависимости от температуры. Индекс вязкости рассчитывают по значениям  кинематической вязкости при 40 и 100 °С или находят по таблицам. Вязкостно-температурные свойства масел оценивают также по кинематической вязкости при низкой температуре (0 и -18 °С).

Кинематическая вязкость моторных масел, используемых в смазочных  системах автомобильных двигателей, равна 4 … 14 мм2/с при 100°С. С понижением температуры она быстро увеличивается, достигая при -18 °С значения 10000 мм2/с и более. Масла с кинематической вязкостью 4 … 8 мм2/с используют в зимнее время, с вязкостью 10 … 14 мм2/с - летом.

Температура застывания - это  предельная температура, при которой  масло теряет подвижность. Масла, имеющие  температуру застывания -15 °С и выше, относятся к летним. Если же температура застывания -20 °С и ниже, то масла относятся к зимним. Температура застывания в какой-то мере характеризует предельную температуру, при которой возможен запуск охлажденного двигателя. Однако, температура запуска двигателя на холоде зависят не столько от температуры застывания масла, сколько от величины его вязкости при данной температуре.

Противоизносные свойства характеризуют  способность масла уменьшать  интенсивность изнашивания трущихся деталей, снижать затраты энергии  на преодоление трения. Эти свойства зависят от вязкости и вязкостно-температурной  характеристики, смазывающей способности  и чистоты масла. Моюще-диспергирующие свойства подразделяются на моющие и диспергирующие свойства. Моющие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя и противостоять лакообразованию на горячих поверхностях, а также препятствовать прилипанию углеродистых соединений. Диспергирующие свойства характеризуют способность масла препятствовать слипанию углеродистых частиц, удерживать их в состоянии устойчивой суспензии и разрушать крупные частицы продуктов окисления при их появлении.

Противоокислительные свойства определяют стабильность масла, от которой зависит срок работы масел в двигателях, характеризуют их способность сохранять первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах. Стойкость моторных масел к окислению повышается при введении антиокислительных присадок.

Антикоррозионные свойства. Коррозионная активность моторных масел  зависит, прежде всего, от содержания в  них сернистых соединений, органических и неорганических кислот и других продуктов окисления. В лабораторных условиях антикоррозионные свойства моторных масел оценивают по потере массы свинцовых пластин (в расчете на 1 м2 их поверхности) за время испытания при температуре 140 °С.

Коррозионный износ деталей  определяется также исходным значением  щелочности и скоростью ее изменения. Чем больше проработало масло, тем  ниже становится показатель щелочности. Поэтому показатель щелочности вводится в число показателей качества масла. Зольность масла позволяет  судить о количестве несгораемых  примесей в маслах без присадки, а в маслах с присадками - о  количестве введенных зольных присадок. Зольность определяют в лабораторных условиях и выражают процентным отношением образовавшейся золы к массе пробы  масла, взятой для анализа. Зольность  масел, не содержащих присадок, не превышает 0,02 … 0,025 % по массе. У масел с присадками зольность не должна быть менее 0,4 %, а у высококачественных марок  масел не менее 1,15 … 1,65 % по массе.

Содержание механических примесей и воды. Механических примесей в маслах без присадок не должно быть, а в маслах с присадками их значение не должно превышать 0,015 % по массе, причем механические примеси  не должны оказывать абразивного  действия на трущиеся поверхности. Вода в моторных маслах должна отсутствовать. Даже небольшое количество воды вызывает деструкцию присадок, происходит процесс  шламообразования.

Присадки применяются  для придания моторным маслам новых  свойств или изменения существующих. Присадки подразделяют: на антиокислительные - повышают антиокислительную устойчивость масел; противокоррозионные - защищают металлические поверхности от коррозионного  воздействия кислото- и серосодержащих продуктов; моюще-диспергирующие - способствуют снижению отложений продуктов окисления на металлических поверхностях; противоизносные, противозадирные и антифрикционные - улучшают смазочные свойства масел; депрессорные - понижают температуру застывания масел; антипенные - предотвращают вспенивание масел.

3. Присадки. Общие сведения и назначение

Базовое масло является средой-носителем  специальных присадок - так называются различные добавки, вводимые в основу для того, чтобы она нормально  функционировала, а также чтобы повысить качество масла и его эксплуатационные свойства.

При современном уровне развития двигателестроения использование  масла без присадок практически  невозможно, т.е. невозможно создание масел, которые обеспечили бы эффективную  защиту двигателя и одновременно не разрушались/старели в течение длительного времени.

По этой причине все  современные моторные масла содержат в своем составе пакет (набор) присадок, содержание которых суммарно может достигать более 20%.

Наиболее крупные производители  присадок: Lubrizol, Infineum (контролируется Shell/Exxon), Oronite (контролируется Chevron) и Ethyl (ныне Afton). В общей сложности им принадлежит более 90% мирового рынка присадок.

На сегодняшний день в  моторных маслах обычно используют несколько  типов присадок:

1. Вязкостно-загущающие присадки

2. Моющие присадки (детергенты)

3. Диспергирующие присадки (дисперсанты)

4. Противоизносные присадки

5. Ингибиторы окисления  (антиокислительные присадки)

6. Ингибиторы коррозии  и ржавления

7. Антипенные присадки

8. Модификаторы трения

9. Депрессорные присадки.

Вязкостно-загущающие присадки. Для придания маслу хороших вязкостно-температурных свойств в него вводят высокомолекулярные полимеры - полиизобутилены, полиметакрилаты и другие. 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. Масла, в состав которых входят вязкостные присадки (до 10%), называют загущенными - это зимние и всесезонные сорта.

В России пока еще производится большое количество сезонных масел (в основном из-за их низкой стоимости), например, М8ДМ, М8В (SAE 20), М10Г2к, М10ДМ (SAE 30).

Тем не менее, ведущие производители  сегодня в большинстве своем  производятся именно всесезонные масла, применение которых позволяет эксплуатировать  технику в широком температурном  диапазоне, не прибегая к сезонным заменам  масла.

Способ получения всесезонных  масел достаточно прост. Благодаря  введению в состав зимних масел полимерных вязкостно-загущающих присадок (иногда их называют загустителями, рис. 1) удается  повысить их кинематическую вязкость при высоких (рабочих) температурах двигателя, т.е. компенсировать недостаток, присущий зимним маслам, и обеспечить такие вязкостные свойства как у  летних масел (рис.2). Т.е. фактически эта  присадка повышает индекс вязкости масла.

Схема работы вязкостно-загущающей присадки (рис. 3) заключается в следующем:

При низких температурах молекула полимера уменьшается в объеме/размерах и таким образом не оказывает  никакого влияния на кинематическую вязкость масла, при повышении температуры  масла молекула полимера начинает увеличиваться  в объеме и способствует тому, что  вязкость снижается в меньшей  степени, чем это было бы без такой  присадки.

В зависимости от количества добавленной вязкостно-загущающей присадки можно получить масла с  разными вязкостями. Например, возьмем  зимнее масло SAE 0W. В зависимости  от количества присадки мы сможем получить масла с вязкостями соответственно 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60… Важно помнить, что  чем выше изначальный индекс вязкости базового масла, тем меньше вязкостно-загущающей присадки необходимо добавлять. Например, индекс вязкости синтетического базового масла Shell XHVI может достигать 140, поэтому возможно получить моторное масло, не содержащее загустителей.