Моторные масла: технические особенности

О моторных маслах знают все – одни понаслышке, а другие достаточно много. Попробуем обобщить основные сведения о маслах: задачи в двигателе, состав, классификация и главные характеристики. Какие главные моменты должен знать автолюбитель? Чтобы разбираться в моторных маслах необязательно получать техническое образование – достаточно усвоить ряд ключевых понятий и терминов.

Моторные масла – жидкий смазочный материал, предназначенный для использования в автомобиле. Моторные масла играют важную роль в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), обеспечивая его работоспособность и защиту. То, что двигателю жизненно необходима смазка, понимал еще отец-основатель ДВС Этьенн Ленуар. Все попытки Ленуара и его последователей создать конструкцию, не предусматривающую использование масла и охлаждающей жидкости, окончились неудачей. И лишь после доработки конструкции ситуация изменилась.

Главная задача моторного масла – формировать защитную пленку на металлических поверхностях, снижая трение и предотвращая задиры соприкасающихся элементов. Смазывание уменьшает износ и внутреннюю рабочую температуру. Отсутствие масла в двигателе приводит к заклиниванию поршней и выходу из строя мотора. Помимо смазывания у масла есть и другие задачи: удаление отработанных продуктов (стружка, элементы несгоревшего топлива) с рабочих поверхностей, охлаждение элементов двигателя, антикоррозионная защита. Автомобильные масла работают в сложных условиях: механические и тепловые нагрузки, агрессивное воздействие кислорода и прочих газов, топлива, продуктов сгорания топлива. Таким образом, современное моторное масло должно соответствовать высоким требованиям качества и экологической безопасности.

Состав моторного масла

Современное моторное масло состоит из двух частей: основа (базовое масло) и пакет присадок. Вязкостно-температурные свойства масла зависят от химического состава основы. Присадки же выполняют функцию дополнения, усовершенствования показателей моторного масла. В частности, они отвечают за моющие, антикоррозионные свойства масла. Говоря по-простому, с помощью присадок можно повысить качество масла, даже если оно изначально произведено не из лучшей основы. Базовая основа – составляет 70–80% моторного масла, оставшаяся часть – 20–30% - содержание присадок. Однако, со временем состав меняется. Продолжительная эксплуатация, тяжелые нагрузки разрушают присадки, и после того как масло вырабатывает свой рабочий ресурс на 50-60 %, его показатели начинают определяться составом основы.

Базовые масла (основа) могут быть:

  • минеральными (производятся из очищенной нефти (продукт перегонки нефти))
  • синтетическими (производятся благодаря каталитическому синтезу из газов)
  • полусинтетическими (комбинация минеральных и синтетических (не менее 25 %!) базовых масел; такие базовые масла отличаются более высокими качествами чем минеральные, но уступают синтетическим)

Присадки

В моторном масле основа отвечает за смазывающие свойства, а специальный пакет присадок обеспечивает продукту прочие качества. Присадки могут быть модифицирующими (изменяют свойства масел), для защиты механизмов и для защиты самого масла. Их количество может достигать 20-25% от объема. С течением времени присадки вырабатывают свой ресурс и разрушаются. Следует отметить, что современное моторное масло уже содержит весь пакет необходимых присадок, так что нежелательно в него заливать различные «чудодейственные» средства и добавки.

Типы присадок:

  • Вязкостно-загущающие присадки. Позволяют маслу изменять макромолекулы полимеров исходя из температуры. Благодаря этому, при повышении температуры масло сохраняет вязкость, не становясь слишком жидким. Если масло содержит до 10% вязкостных присадок, то его называют загущенным. Варьируя количество вязкостно-загущающих присадок можно создавать масла, обладающие разной вязкостью. Чем больше вязкость, тем меньше нужно добавлять присадок. Современные научные разработки позволяют создавать моторные масла с небольшим вязкостным диапазоном. Это экономит топливо и снижает нагарообразование.
  • Моющие присадки (детергенты, дисперсанты). Добавление моющих присадок в масло предотвращает лако- и нагарообразование в двигателе. Принцип действия таких присадок описан в самом названии: они смывают продукты окисления и выносят их к фильтру, дробя крупные частицы на мелкие. Детергенты действуют так же как и бытовые моющие средства, нейтрализуя кислоты и обеспечивая антикоррозионную защиту. Дисперсанты растворяют частицы грязи и в дальнейшем поддерживают их в растворенном виде, препятствуя образованию отложений в жиклерах, на внутренних поверхностях двигателя.  Действие моющих присадок легко увидеть через некоторое время после заливки масла. Для этого нужно проверить состояние свежего масла – оно потемнеет. Но это не повод для паники, это лишь означает, что моющие добавки смыли грязь и поддерживают ее в мелкодисперсном состоянии, не давая ей осесть на двигателе.
  • Противоизносные присадки. Снижают износ пар трения двигателя.  Противоизносные присадки  проникают в труднодоступные металлические поверхности, абсорбируются и вступают в химическую реакцию с металлом. При этом формируется специальная защитная пленка.
  • Ингибиторы окисления (антиокислительные присадки). Присадки, защищающие само масло в процессе работы. Дело в том, что моторное масло работает в тяжелых условиях: высокие температуры, действие газов (кислород, азотные соединения), из-за чего происходит окисление масла, ослабление и разрушение присадок. Благодаря противоокислительным присадкам, окисление масел протекает медленнее. Присадки при нагревании вступают в химическую реакцию с окисляющими веществами.
  • Ингибиторы коррозии и ржавления. Защищают внутренние поверхности двигателя от коррозии и окислительных процессов. Формируют защитную пленку и нейтрализуют кислоты. Принцип действия схож с противоокислительными присадками, но в отличии от них, защищают не само масло, а металлические поверхности двигателя.
  • Антипенные присадки. Препятствуют образованию пены в процессе эксплуатации двигателя (движения коленвала вызывает пенообразование масла в картере). Пена образуется при взаимодействии масла с воздухом и сильно вредит смазывающим свойствам масла, приводя к интенсивному изнашиванию и ухудшению охлаждающих качеств. Содержание противопенных присадок в масле крайне мало, но они выполняют очень важную функцию, разрушая воздушные пузырьки.
  • Модификаторы трения. Данный тип присадок снижает трение между соприкасающимися поверхностями для получения энергосберегающих масел. Известными модификаторами трения являются графит и дисульфид молибдена. Однако, в современных моторных маслах их использование затруднено в силу нерастворимости. В роли модификаторов трения применяются эфиры жирных кислот – они хорошо растворяются в маслах, имеют высокую адгезию к металлическим элементам, уменьшают трение.

Основные характеристики моторных масел

  • Вязкость. Один из главных показателей масла. Моторное масло изменяет вязкость исходя из температуры – чем она ниже, тем гуще становится масло и, напротив, при повышении температуры вязкость должна уменьшаться. Качественное масло должно обеспечивать бесперебойную работу двигателя как в зимних условиях (холодный пуск двигателя), так и при высоких температурах. В первом случае масло не должно иметь низкую вязкость, чтобы стартер мог провернуть коленвал, а во втором масло должно иметь подходящую вязкость для формирования защитной масляной пленки между парами трения.
  • Температура вспышки. Эта характеристика показывает степень испаряемости масла при работе. Качественные моторные масла имеют температуру вспышки выше 225°С. Если в масле присутствуют легкоиспаряющиеся фракции, то в процессе эксплуатации они быстро выгорят, что приведет к повышенному расходу.
  • Температура застывания. Это температурная отметка, при которой масло утрачивает текучесть. Температура застывания указывает на момент повышения вязкости при отрицательных температурах, приводящий к тому, что масло отвердевает.
  • Щелочное число (TBN). Указывает на общий показатель щелочности масла. Щелочными свойствами обладают моющие и диспергирующие присадки. Высокое щелочное число означает свойство масла препятствовать образованию отложений и нейтрализовывать агрессивное действие кислот, образующихся при работе двигателя. Щелочное число (TBN) моторных масел – 8-9 единиц, масел для дизельных двигателей – 11-14. В процессе эксплуатации показатель TBN снижается, нейтрализующие свойства сходят на нет.
  • Кислотное число (TAN). Определяет содержание в моторном масле продуктов окисления. Чем этот показатель ниже – тем лучше для масла и двигателя. Увеличение кислотного числа указывает на окислительные процессы, что происходит из-за повышения содержания в составе кислых продуктов сгорания топлива. Это означает, что масло работает уже достаточно долго.

Классификация масел

Прошло уже более полутора веков с момента изобретения двигателя внутреннего сгорания. С тех пор увидели свет множество автомобилей, двигателей разного типа и смазочных материалов для них. Чтобы ориентироваться в мире моторных масел для различного типа двигателей, разработаны специальные системы классификации:

  • API – Американский Институт Нефти (American Petroleum Institute),
  • ILSAC – Международный комитет стандартизации и апробации моторных масел (International Lubricant Standardization and Approval Committee),
  • ACEA – Ассоциация Производителей Автомобилей Европы  (Association des Cunstructeurs Europeens d’Automobiles). 

Согласно каждой из этих систем моторные масла делятся на ряды и категории в зависимости от уровня качества и предназначения. Перечень рядов и категорий установлен национальными и международными организациями нефтеперерабатывающих компаний и автопроизводителей. Кроме того, действуют и требования (спецификации) автопроизводителей. Сегодня в мире есть одна официально признанная система классификации моторных масел - спецификация SAE J300. SAE – Society of Automotive Engineers (Общество Автомобильных инженеров). Классификация SAE делит моторные масла на 12 классов вязкости от 0W до 60: 6 зимних (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) и 6 летних (10, 20, 30, 40, 50, 60). Вязкость масла определяется при условиях, приближенных к реальным. Литера W указывает на слово «winter» - «зимний», т.е. что масло подходит для эксплуатации при низкой температуре. Спецификация масел по SAE дает потребителю информацию о температуре застывания масла. «Зимний» индекс показывает температурную отметку, до которой можно применять масло.

  • Летнее масло обозначается числом: SAE 20, 30, 40, 50, 60.
  • Всесезонное масло –  комбинация летнего-зимнего вида (пример: SAE 5W30, SAE 10W40).

Высоковязкостные летние масла предназначены для работы в теплое время года. Они обеспечивают качественное смазывание двигателя в весенне-летний период, однако с наступлением холодов летние масла загустевают. Автолюбитель чувствует это, когда у него появляются проблемы с пуском двигателя.

Зимние масла имеют малую вязкость и рекомендованы для применения при отрицательных температурах. Но в летний период они не могут надежно защищать двигатель. По этой причине в настоящее время наиболее популярны среди автолюбителей всесезонные масла, пригодные для "летней" и "зимней" эксплуатации. Маркируются такие масла комбинацией зимнего и летнего ряда: 5W-30, 10W-40.

Кратко о…

…минеральном моторном масле

Является продуктом перегонки нефти. Наиболее дешевый вид моторных масел по сравнению с синтетическим и полусинтетическим маслами. Отличается меньшей химической стабильностью, низкой окислительной стойкостью и высокой испаряемостью из-за присутствия в составе молекул разной длины и структуры. Минеральное моторное масло имеет частый интервал замены и более короткий срок службы по сравнению с другими типами масел. К минеральному базовому маслу добавляются присадки, направленные на улучшение технических свойств минерального масла. Пакет присадок позволяет «подтянуть» общее качество масла, придав «минералке» моющие, антикоррозионные и противоизносные свойства.
В целом, минеральные масла проигрывают «синтетике» и «полусинтетике». Слабая окислительная стойкость и высокая испаряемость обуславливают небольшой срок службы «минералки».  Использовать минеральное масло рекомендовано на старых моделях автомобилей и автомобилях со сроком эксплуатации свыше 10 лет.

Примеры минеральных моторных масел: G-Energy Expert G 20W-50, Gazpromneft Super 10W-30 API SG/CD.

…синтетическом моторном масле

Синтетическое моторное масло производится из синтетических базовых масел, полученных благодаря химическому синтезу, глубокой переработке нефти или иным процессам, благодаря которым достигается высокая однородность молекул, что не может быть достигнуто в результате обычной переработки нефти. Это позволяет синтетическому маслу демонстрировать высокие результаты в тяжелых рабочих условиях.
Синтетические моторные масла отличаются высоким уровнем защиты при отрицательных температурах (безотказный холодный пуск двигателя) и высоким верхним пределом рабочих температур, малым расходом масла на угар, крайне низким нагароотложением. Помимо этого, «синтетика» имеет хорошие антиокислительные показатели, малую испаряемость. Синтетические моторные масла более текучи, чем минеральные, что позволяет им экономить топливо и лучше охлаждать двигатель.

Примеры синтетических моторных масел: Gazpromneft Premium 5W-40 API SM/CF, G-Energy F Synth 0W-40.

…полусинтетическом моторном масле

Полусинтетические моторные масла являются смесью минеральных и синтетических базовых масел. Процентное содержание «синтетики» может составлять 30-35%, хотя специальных требований относительно количественного содержания синтетических базовых масел нет. По своим техническим показателям полусинтетическое масло находится между «минералкой» и «синтетикой», сочетая достаточно хорошие эксплуатационные свойства и доступную стоимость. Вязкостно-температурные свойства полусинтетических масел превосходят свойства минеральных масел, но уступают синтетическим маслам. Тем не менее, полусинтетика хорошо себя проявляет в умеренных рабочих условиях и средних нагрузках. Использование полусинтетики в б/у автомобилях, автомобилях средней ценовой категории вполне оправдано.

Примеры полусинтетических моторных масел: Gazpromneft Premium 10W-40 API SL/CF, G-Energy Expert L 5W-30.