Из чего делается моторное масло. Технология производства синтетических моторных масел
Хочу обстоятельно затронуть вопрос о моторном масле. Удивитесь, но масла, которые продаются в нашей стране под известными мировыми брендами, как правило, сделаны в России. Обусловлено это тем, что большинство мировых производителей построили заводы в России, при этом продукция соответствует всем заявленным характеристикам.
О чем это говорит? Масла, производимые в России и из российского сырья, ни в чем не уступают западным аналогам! Следовательно, абсолютно нет никакого смысла переплачивать за заграничный бренд. А чтобы в этом убедиться лично, я отправился на Новокуйбышевский завод масел и присадок крупнейшей российской нефтекомпании – «Роснефть».
Раньше я бывал в Европе на предприятиях, связанных с производством моторных масел, поэтому могу сравнить применяемые технологии.
Новокуйбышевский завод масел и присадок крупнейшее в России предприятие, на котором производятся все виды моторных масел (синтетические, полусинтетические, минеральные). Образован в 1998 году на базе профильных мощностей Новокуйбышевского НПЗ.
Современные моторные масла получают путем смешения базовых масел с присадками различного функционального назначения. В качестве базовых масел чаще используют нефтяные дистиллятные масла различной вязкости. Сырье поступает с соседнего Новокуйбышевского НПЗ и после селективных процессов становится «базой».
Моторное масло может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя. Для этого свойства масла должны отвечать тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым оно подвергается в двигателях на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей.
Поэтому крайне важно, как проходит технологический процесс. Что касается технологий, все используемые в мире технологии производства моторных масел известны «Роснефти» и освоены ею. Это видно даже любителю.
Более того, с каждым годом растут требования к моторным маслам для современных автомобилей, поэтому производство постоянно модернизируется. В скором времени на заводе планируется начать производство базового масла с более высокими характеристиками, что позволит расширить ассортимент и стать первыми в России, кто начнет производство базовых масел группы II и III по классификации API.
Нефть добывается предприятиями «Роснефти» — главным образом «Самаранефтегазом» в Самарской области. Далее, нефть поступает на «Новокуйбышевский нефтеперерабатывающий завод», где из нее отбирают легкие фракции: бензин, керосин, и т.д. Затем, вступает «в дело» Новокуйбышевский завод масел и присадок, превращая в процессе переработки более тяжелую часть нефти в базовые, а затем – в товарные масла. На предприятии представлен весь классический набор сольвентных процессов производства масел.
Видите на фото большую трубу (высота 47 метров)? Это установка вакуумной трубчатки, где получают различные основы для будущего масла.
Управляют всеми процессами из специальной операторной бункерного типа. Оцените толщину двери-)
Настоящий бункер, толщина стен и перекрытий которого достигает почти метр!
Впрочем, внутри как в хорошем отеле, даже аквариум имеется.
Всеми процессами управляют кликом мышки – производство автоматизировано по последнему слову..При этом в «окне» операторной – лесной пейзаж.
Десятки видеокамер являются «глазами» оператора.
Огромное внимание уделяется промышленной безопасности. На фото специальная паровая завеса технологической печи.
Для понимания, если совсем кратко, основные этапы производства моторного масла сосредоточены на последовательной очистке от нежелательных компонентов.
После того, как сырье проходит очистку, происходит так называемый процесс приготовления (блендинг).
Опять аналогия с хорошим отелем — это не стойка ресепшена, а так оформлена установка компаундирования, управляющая процессом приготовления товарных масел.
Грубо говоря, установка управляет большим блендером, который перемешивает базовые основы и присадки в определенных соотношениях и при определенных условиях. В результате чего, собственно и получается моторное масло. Автоматика позволяет очень точно дозировать необходимые компоненты. Кстати, на предприятие есть собственное производство присадок, продукция которого используется в рецептурах масел.
Без контроля качественный продукт невозможен, поэтому на заводе есть лаборатория, оборудованная по последнему слову техники. Компетентность испытательной лаборатории подтверждает ее аккредитация.
В задачи заводской лаборатории входит контроль качества компонентов и продукции на всех стадиях очистки и приготовления масла и точности соблюдения рецептуры при смешивании на финальном этапе.
Для понимания масштабов, в лаборатории масел ежемесячно производится до 40 000 исследований!
После всех проверок, готовое масло поступает в цех фасовки. Каждая канистра проходит несколько этапов проверок: на герметичность, на полноту налива масла и т.д.
Фасовочный цех представляет собой конвейер, на котором трудятся роботы. Ручной труд отсутствует.
Пластиковые канистры производятся тоже на самом заводе. Кстати, одним из крупных партнеров «Роснефти» в качестве потребителя ГСМ, производимых в компании, является «АвтоВАЗ». У крупнейшего производителя и потребитель крупный.
Автоматически наклеивается этикетка.
Робот упаковывает канистры в коробки и отправляет на склад.
Кстати, готовое моторное масло разливается не только в канистры объемом 1, 4 и 20 литров, но и в большие бочки, контейнеры и даже автоцистерны.
У силовой установки любого автомобиля практически все узлы и механизмы взаимодействуют между собой. Это взаимодействие сопровождается возникновением силы трения между движущимися частями механизмов. Причем из-за высокой нагруженности некоторых механизмов, сила трения между трущимися поверхностями довольно высокая. Чтобы по максимуму снизить силу трения между элементами двигателя применяются смазочные материалы - моторные масла.
В задачу этих материалов входит создание тонкой пленки между трущимися поверхностями для предотвращения соприкосновения металлических элементов узлов и механизмов. Особенно пленка нужна на двух основных механизмах двигателя – кривошипно-шатунном и газораспределительном. Помимо снижения трения оно еще и выполняет охлаждающую функцию, частично отводя тепло с поверхностей узлов. Также в задачу входит омывание трущихся поверхностей для удаления частиц грязи.
Но не все моторные масла, применяемые на автомобилях - одинаковы. Схож только его состав. Оно, каким бы методом не получено, включает в себя масляную основу и комплект всевозможных присадок. Далее подробнее рассмотрим все, что касается моторных масел.
Состав моторного масла, классификация
Итак, все моторные масла в первую очередь разделяют по химическому составу основы, то есть, каким методом и из чего она получена.
По данному критерию все они делятся на три категории – минеральные, синтетические и полусинтетические.
Основа, она же база, для минеральных масел берется из сырой нефти. Для получения смазочного материала нефть фильтруют методом селективной очистки, а также депарафинизируют. Эти масла были первыми, которые применялись на авто. Однако сейчас они применяются все реже, поскольку по своим свойствам уступают двум другим.
Первые синтетические основы были получены путем химического синтеза. Поскольку производство его именно химическим путем довольно сложное, стоимость его была значительно выше минерального. Суть данного метода сводится к синтезу из молекул определенных химических веществ основы масла. Сложность получения основы заключается в надобности подбора из простейших углеводородов молекул с одинаковыми параметрами и свойствами для дальнейшего синтеза из них молекул основы.
Сейчас к категории синтетических смазочных материалов также относятся и смеси, полученные из синтетической основы с добавлением минеральной составляющей, или полученной путем гидрокрекинга. Но в таком случае оно уже не является полностью синтетическим.
Последняя категория – это полусинтетические масла. Данное название они получили из-за того, что включают в своем составе как минеральное, так и синтетическое масло. По сути, полусинтетик – это смесь двух масел, причем пропорции компонентов могут отличаться.
- Базовое, полученное путем очистки и депарафинизации нефти;
- Базовое, с высокой степенью очистки путем гидрообработки (минеральное улучшенной очистки);
- Базовое, полученное методом гидрокрекинга, что обеспечивает индекс вязкости от 80 до 120;
- Базовое, полученное методом гидрокрекинга с индексом вязкости выше 120;
- Базовое, полученное из полиальфаолефинов (синтетические масла);
- Базовое, не вошедшее в вышеуказанные категории (Эфиры, гликоли и т.д.);
Группы применяемых присадок
И это только классификация основы моторного масла. В состав его также входят присадки. Они обеспечивают ряд улучшенных показателей масла. Без них основа внутри силового агрегата долго не проработает, поскольку условия его работы часто меняются, что приводит к быстрому его разрушению.
Что касается присадок, то их подразделяют на три группы, каждая из которых направлена на выполнение определенных функций.
Производство масла Shell
Самой обширной считается группа функциональных присадок. Присадки этой группы обеспечивают большое количество положительных свойств, к примеру, присадки этой группы обеспечивают повышенный противоизносный эффект, антиокислительный эффект, препятствуют возникновению пены, защищают от коррозии.
Вторая группа, не менее важная – вязкостные присадки. В задачу этих присадок входит увеличение индекса вязкости масла и поддержание его определенного значения при разных температурных режимах.
Третья группа присадок – повышающих текучесть.
Процентная масса присадок в моторном масле может отличаться. В некоторых видах присадки составляют 5% от общего количества, но встречаются и масла, в которых присадки составляют 25%.
Классификация SAE
Существует несколько классификаций моторных масел, причем каждая из классификаций отвечает за определенные свойства. Самой распространенной классификацией является SAE. Данная классификация разработана Ассоциацией автомобильных инженеров. Она характеризует вязкость, а также свойства «прилипания» его к поверхности детали. По сути, вязкость – это свойство масла «прилипать» к поверхности металла, при этом оставаясь текучим. Данные свойства оно должно сохранять при определенных температурных режимах.
Согласно этой классификации масла подразделяются на летние, зимние и всесезонные. Причем летние и зимние виды подразделены на несколько видов, а вот всесезонные по такому принципу не подразделяются.
Всего согласно этой классификации производятся 6 видов зимнего и 6 видов летнего масла. Что касается зимнего, то его обозначение состоит из буквенно-цифрового индекса, а для обозначения летнего применяется только цифровой индекс.
Градация зимнего масла начинается от 0 и до 25, при этом обозначение последующего вида ведется через 5 единиц, то есть, 0, 5, 10 и так до 25. Дополнительным обозначением у зимнего масла выступает буква W – Winter. Чем меньше цифровое обозначение, тем вязкость его ниже при низких температурах. Так, зимнее масло 0W обеспечит запуск силовой установки даже при температуре ниже -30 С, поскольку вязкость даже при такой температуре будет не очень высокой. А вот масло 25W можно использовать при температуре не ниже -10 С.
Летнее же действует наоборот. Градация летнего масла ведется от значения 10 и до 60, причем значение последующего вида на 10 единиц больше, а буквенного обозначения не используется.
Так, масло с обозначением 20 сохранит вязкость при температуре до +20, а обозначение 50 указывает на сохранение вязкости при температуре до +50 и выше.
Но у нас распространение отдельно зимние и летние масла не получили из-за довольно широкого температурного диапазона в течение года. Смена сезонов привела бы как минимум к двукратной смене его в году.
Большее распространение у нас получили всесезонные виды масла. Этого вида вязкость указывается как для низких, так и высоких температур, и в обозначении их фигурирует и зимнее и летнее обозначение вязкости, к примеру, 5W-40. Но при этом показатели вязкости у 5W-40 могут отличаться от показателей, отдельно взятых зимнего 5W и летнего 40 масел.
Зато как таковых видов всесезонных масел нет, выпускаются они с обозначениями от 0W-50, до 25W-20.
Следует учитывать, что температурный показатель применения того или иного масла является приблизительным и производителями только рекомендуется. Реальные же температурные показатели зависят от многих факторов, в том числе и конструктивных особенностей двигателя.
Зачастую автовладельцы останавливаются только на этой классификации, считая, что знание температурного режима и вязкости вполне достаточно.
Классификация АСЕА
Однако есть и другие, не менее важные классификации. Имеется еще и классификация, разработанная ассоциацией европейских производителей автомобилей. Данная классификация имеет обозначение АСЕА.
Сводится эта классификация к возможности применения масел на тех или иных двигателях. Всего она включает 4 класса: А – для бензиновых силовых установок, В – для дизелей, применяемых на легковых авто, а также грузовых, с малой грузоподъемностью. Есть еще один класс – Е, к которому относятся дизели высокой мощности, устанавливаемые на большие грузовые авто.
Стоит отметить, что данная классификация также учитывает выпускаемые энергосберегающие масла. Особенностью их является сниженная вязкость при высоких температурах работы двигателя, чем у стандартных. За счет этого снижается и сопротивление скольжению между элементами двигателя, это положительно сказывается на потерях мощности из-за трения в силовом агрегате при работе. Однако повышенная текучесть этого масла приводит к тому, что пленка на поверхности тоньше, чем при использовании стандартного масла, соответственно скорость износа элементов двигателя выше, поэтому не всем агрегатам оно подходит.
Чтобы обозначить стандартное и энергосберегающее масло, кроме буквенного индекса применяется еще и цифровой. Всего цифровых индексов пять – от 1 до 5.
Энергосберегающие смазочные материалы в этой классификации получили индексы 1 и 5, а индексы 2,3 и 4 обозначают стандартные масла. При этом данные индексы применимы и к бензиновым и к . А энергосберегающие материалы по АСЕА обозначаются А1, А5, а также В1 и В5. Все остальные обозначения относятся к стандартным материалам. Для класса Е такого обозначения вида нет.
Классификация API
Примерно такая же классификация, но более обширная есть и у американцев. Разработанная классификация Американским институтом нефтепродуктов, ее инициалы API.
API подразделяет масла по общим эксплуатационным свойствам. Суть этой классификации сводится к применяемости его на двигателях разных годов производства. Эта классификация была введена только потому, что со временем силовые установки совершенствовались, требования к смазочным материалам и их присадкам возрастали. Также эта классификация учитывает конструктивные особенности двигателей.
Как и в классификации АСЕА, масла подразделяются по применяемости на двигателях – бензиновые и дизельные. Но обозначение применяемости к тому или иному двигателю другое: бензиновые – S, дизель – С.
Также эта классификация предусматривает буквенное обозначение классов характеристик и свойств смазочного материала.
Классификация API для включает в себя 12 классов смазочных материалов, разделенных по применяемости в двигателях. Краткие характеристики этих классов указаны в таблице:
| Классификация API масел для бензиновых моторов | |
|---|---|
| SA | Для силовых агрегатов, используемых без особых нагрузок |
| SB | Для силовых установок, используемых со средними нагрузками |
| SC | Для двигателей, используемых с повышенными нагрузками (применяется на авто до 67 г.в.) |
| SD | Для моторов средней форсировки, используемых с высокими нагрузками (применяется на авто до 71 г.в.) |
| SE | Для силовых агрегатов высокой форсировки, используемых с высокими нагрузками (применяется на авто до 79 г.в.) |
| SF | Для силовых установок высокой форсировки, используемых с высокими нагрузками с применением неэтилированного бензина, без применения турбонаддува (применяется на авто до 88 г.в.) |
| SG | Для двигателей высокой форсировки, с применением неэтилированного бензина, с использованием турбонаддува (применяется на авто до 93 г.в.) |
| SH | Для моторов высокой форсировки, с использованием турбонаддува (применяется на авто до 96 г.в.) |
| SJ | Для всех силовых установок (применяется на авто до 96 г.в.). Является заменой всех вышеперечисленных классов. |
| SL | Для всех силовых агрегатов (применяется на авто до 2004 г.в.) |
| SM | Для всех двигателей (применяется на авто, выпускаемых в настоящее время) |
| EC | Энергосберегающие смазочные материалы |
Примерно такая же таблица есть и для дизелей, она тоже состоит из 12 классов:
| Классификация API масел для дизелей | |
|---|---|
| CB | Для силовых установок, используемых на повышенных нагрузках, среднего форсирования, без использования турбонаддува (применяется на авто до 60 г.в.) |
| CC | Для силовых агрегатов, используемых на повышенных нагрузках, высокого форсирования, без использования турбонаддува, а также с ним (применяется на авто с 61 г.в.) |
| CD | Для двигателей, используемых на повышенных нагрузках, высокого форсирования, без использования турбонаддува, а также с ним (применяется на авто с 55 г.в.) |
| CD+ | Класс для японских авто, с улучшенными параметрами |
| CD-II | Для двухтактных силовых агрегатов (применяется на технике с 87 г.в.) |
| CE | Для моторов, используемых на повышенных нагрузках, высокого форсирования, без использования турбонаддува, а также с ним (введена на замену CC и CD классов. Применяется на технике с 87 г.в.) |
| CF | Для двигателей внедорожной техники, оснащенной распределенным впрыском (Применяется на технике с 94 г.в.) |
| CF-2 | Для двухтактных силовых агрегатов (введено на замену CD-II класса) |
| CF-4 | Для высокооборотистых двигателей, с использованием турбонаддува (применяется на авто с 90 г.в.) |
| CG-4 | Для моторов, применяемых в тяжелых условиях (введено на замену CD, CE, CF-4 классов. Применяется на авто с 95 г.в.) |
| CH-4 | Для высокооборотистых силовых агрегатов (применяется на авто с 98 г.в.) |
| CI-4 | Для высокооборотистых силовых установок (применяется на авто с 2002 г.в.) |
Следует отметить, что производятся некоторые виды масел, которые могут применяться одинаково как на бензиновом моторе, так и на дизеле. В таких смазочных материалах обозначение классификации API включает двойное обозначение, к примеру, API SL/ CH-4.
Также ассоциация разработала отдельную классификацию API для смазочных материалов, предназначенных для двухтактных силовых установок, а также классификацию трансмиссионных масел.
Также существуют и другие спецификации:
Альтернативный метод получения масла
Следует отметить, что разработки в создании новых моторных масел ведутся постоянно. Перспективным на данный момент является получение масла, а точнее основы для него, из природного газа. Эта технология сейчас активно разрабатывается компанией Shell.
Для получения основы, природный газ (метан) проходит несколько этапов. Вначале производится смешивание его с кислородом для получения синтез-газа, состоящего из водорода и монооксида углерода.
Затем из этого синтез-газа при помощи катализаторов выделяют углеводороды, но уже в жидком состоянии. Полученная жидкость подвергается гидрокрекингу, для разделения ее фракции. Одной из этих фракций и является масляная основа.
Для получения готового продукта остается только добавить необходимый пакет присадок.
AutoleekДополнительную информацию можно узнать в платном справочнике, который размещен в Google Play по ссылке:
Современные нефтяные (минеральные), синтетические и полусинтетические моторные масла получают путем смешения базовых масел с присадками различного функционального назначения. В качестве базовых масел чаще используют нефтяные дистиллятные масла различной вязкости. Также используются масла процесса гидроизомеризации, так называемые гидрокрекинговые масла и синтетические базовые компоненты. Смешением нефтяных с гидрокрекинговыми или синтетическими маслами получают полусинтетические масла.
Процесс производства смазочных масел для современной техники состоит из трёх этапов:
1) подготовки сырья - получения исходных масляных фракций;
Базовые масла (компоненты масел) производятся на технологических установках переработки нефти по существующим поточным схемам. На установках производится перегонка нефти с получением дистиллятных масляных фракций 350-420°С, 420-500°С и фракции выше 500°С. В настоящий момент развитие нефтеперерабатывающей промышленности позволяет производить перегонку с более узким фракционным составом получая большее количество базовых масел.
2) получения компонентов масел из исходных масляных фракций путем реализации различных способов очистки фракций на установках маслоблока;
В большинстве случаев это
селективная очистка масляных фракций 350-420°С и 420-500°С фурфуролом с получением рафинатов фракций 350-420 и 420-500°С. Д
еасфальтизация гудрона пропаном и селективная очистка смесью фенола и трикрезола (растворитель «селекто») деасфальтизата в растворе пропана с получением остаточного рафината фракции выше 500°С. Г
идроочистка остаточного рафината фракции выше 500°С в стационарном слое катализатора с выработкой остататочного гидроочищенного рафината фракции выше 500°С.
Депарафинизация рафинатов фракций 350-420°С и 420-500°С и остаточного гидроочищенного
рафината в растворе метилэтилкетон-толуол с получением депарафинированных масляных фракций 350-420°С и 420-500°С, а также остаточного компонента гидроочищенного (базовое масло ОБ-500).
3) непосредственного получения товарных масел смешением (компаундированием) масляных компонентов и присадок.
Все процессы производства смазочных масел включают ступени регулирования вязкости базового масла путем компаундирования и введения присадок с получением продуктов с заданными свойствами.
Масла обычно компаундируют при 50-60 °С. При этой температуре вязкость масел и присадок достаточно низки для гарантированного удовлетворительного и быстрого перемешивания. В то же время базовые масла и присадки не подвергаются значительным термическим воздействиям. Но при высоких температурах, например 100 °С, скорости разложения некоторых присадок (в частности, противозадирных) уже значительны. Температуры выше 100-120 °С требуются лишь в случае присадок, трудно поддающихся растворению, например сера в смазочно-охлаждающих жидкостях.
Поточное смешение -
Масла можно компаундировать периодически в резервуарах, реакторах и смесителях или непрерывно на соответствующих установках.
При периодическом компаундировании резервуары для компаундирования или смесители, емкостью от 1 до 20 м3, обычно обогреваются и снабжены мешалками. Количество компонентов определяют по массе, объему или дозируют с помощью дозировочного насоса. Оптимальное перемешивание достигается с помощью пропеллерных мешалок, так как медленно вращающиеся лопастные мешалки не обеспечивают необходимой интенсивности перемешивания. При использовании циркуляционного насоса его мощность должна быть достаточной для многократной циркуляции всего объема масла со скоростью несколько оборотов в час.
Старый способ перемешивания воздухом, подаваемым в резервуар для компаундирования, экономически оправдан в тех случаях, когда при температурах смешения отсутствует опасность
окисления компонентов масла. В этом случае целесообразно воздух подавать в резервуар не из центральной системы, а снабдить резервуар собственной воздуходувкой. В противном случае возможны осложнения из-за конденсированной воды или масляного тумана, увлеченного сжатым воздухом.
Установка компаундирования фирмы «Siemens and Halske» основана на этом же принципе. Планетарная шестерня заменена резьбовой гайкой, которая изменяет импульс подачи воздуха, регулируя подачу компонентов.
тично достигаются подбором сырья и соответствующей очисткой исходных масляных фракций. Введение в масла в процессе компаундирования присадок, достигаются необходимые эксплуатационные свойства масел.
Эффективность присадок в маслах различного происхождения значительно зависит от оптимальной концентрации, а в случае композиции (пакета) присадок – также от оптимального сочетания компонентов.
Для получения сбалансированных композиций моторных масел отвечающих комплексу требований, смеси масел смешивают с антиокислительными, моюще-диспергирующими, противоизносно-противозадирными, депрессорными, вязкостными и антипенными присадками. Также при производстве возможно использование многофункциональных пакетов присадок включающие в себя все вышеперечисленные свойства.
Синтетические моторные масла превосходят по вязкостно-температурным характеристикам минералку и полусинтетику. Им отдает предпочтение большинство автолюбителей, мы решили выяснить: из чего делают синтетику, какими свойствами она обладает и где ее лучше всего использовать.
Из чего производят синтетические автомасла? Их изготавливают путем синтеза, на основе нефтепродуктов. Используя органический синтез, можно получать разнообразные соединения, поэтому синтетические жидкости отличаются друг от друга составом. Различают синтетику на базе:
- полиальфаолефинов (ПАО);
- гликолей;
- силиконов (полиорганосилоксанов);
- сложных эфиров.
Большой популярностью пользуется ПАО синтетика. Она обладает высоким индексом вязкости, обеспечивает пуск мотора без прогрева при минусовых температурах, защиту силового агрегата от перегрева летом. Изготавливается соединением коротких углеводородных цепочек бутилена или этилена в длинные цепочки. Чем длиннее цепь и однороднее атомы в ней, тем устойчивее структура моторного масла к разрушению. При не идеальных условиях работы силовых агрегатов (изменяется количество оборотов, нагрузка, температура, скорость) устойчивость жидкости к разрушению играет важную роль. Для увеличения ресурса двигателя необходимо, чтоб смазочный материал не кристаллизовался при минусовых температурах и сохранял свою плотность при очень высоких температурах. ПАО масла соответствуют указанным требованиям.
Моторные смеси на базе эстеров являются продуктом нейтрализации карбоновых кислот спиртами. Основным преимуществом такой синтетики есть полярность молекул эстеров, позволяющая им прилипать к поверхности металла внутри двигателя. Благодаря указанному свойству в синтетических эстеровых моторных маслах нет необходимости применять присадки, выгорающие в моторе и образовывающие нагар на элементах силового агрегата. Стоит такая моторная смесь в 10 раз дороже минералки.
Синтетику на основе гликолей нельзя смешивать с минералкой, полусинтетикой или синтетикой с другой основой. Поэтому гликолевые моторные смеси практически перестали делать, гликоли применяют для изготовления антифриза.
Посмотрите видео о свойствах синтетических моторных масел:
Преимущества и недостатки
К преимуществам синтетики относят:
- Текучесть. Синтетические моторные смеси более текучие, чем масла, имеющие другую базовую основу. Это позволяет им уменьшить силу трения внутри силового агрегата и снизить расход топлива.
- Стабильность свойств. Указанные масла имеют устойчивую структуру к изменениям температуры. Они обеспечивают прокачку смеси по смазочной системе зимой и образование крепкой защитной пленки летом.
- Увеличенный интервал замены. Благодаря хорошим вязкостным характеристикам синтетические жидкости практически не меняют свои изначальные параметры на протяжении всего срока эксплуатации.
- Хорошие моющие, антиизносные свойства.
- Присадки. Синтетика отлично растворяет присадки, добавляемые к базе моторной смеси - препятствует их выпадению в осадок.
ПАО масла имеют существенный недостаток, отсутствующий у эстеровых смазочных материалов - небольшая растворяющая способность. Синтетика на основе ПАО обладает увеличенными моющими свойствами, она размягчает нагар, образованный внутри мотора, но не может его полностью растворить, из-за чего частички нагара отрываются от деталей привода - это может вызвать засорение смазочной системы или каналов силового агрегата.
Еще один минус - синтетические моторные масла имеют высокую стоимость, объясняется это технологией их производства, делая такую продукцию, производитель несет большие капитальные затраты.
Применение
Синтетика обеспечивает превосходную защиту привода даже в экстремальных условиях эксплуатации. Она подходит для машин с турбонаддувом или авто, испытывающих большие нагрузки. Для новых автомобилей, с современными моторами, предпочтительнее использовать синтетические смазочные материалы, они будут препятствовать нагарообразованию, коррозии, обеспечат стабильную работу силового агрегата.
Для изношенных двигателей лучше применять полусинтетику или минералку: в процессе эксплуатации машины, внутри мотора образовывается большое количество нагара, плюс увеличиваются зазоры в парах трения, на поршневой группе появляются микротрещины. Синтетика из-за большой текучести, не сможет заполнить пространство в парах трения - это приведет к «масляному голоданию» привода. Благодаря моющим свойствам синтетическое масло:
- Вымоет микротрещины (образованные на поршневой группе, в результате эксплуатации мотора), заполненные моторным маслом - увеличится расход смазочного материала.
- Спровоцирует отрыв нагара от поверхности элементов привода, произойдет засорение системы смазки.
Подбирая смазочный материал, обратите внимание на стоимость, продукция хорошего качества имеет высокую цену. Дешевле, можно приобрести только подделку.
Небольшой американской городок Полсборо неподалеку от Филадельфии сложно найти на карте. Между тем именно он стал колыбелью одной из технологических революций в автомобильной промышленности — именно здесь, в Исследовательском центре компании Mobil Oil(ныне ExxonMobil) было разработано первое массовое и доступное во всем мире полностью синтетическое моторное масло Mobil 1.
Дмитрий Мамонтов
Сразу за дверью в здании исследовательского центра обнаруживается настоящая автозаправка Mobilgas со скучающим манекеном-автозаправщиком, застывшим в ожидании клиентов. Его явно занесло сюда не без помощи машины времени из первой половины XX века. «Давно здесь сидит!» — с улыбкой комментирует один из проходящих мимо сотрудников. Вот уж точно — настоящий безмолвный свидетель технологической революции. На самом деле, по словам нынешнего руководителя подразделения моторных масел Mobil 1 Научно-исследовательского центра ExxonMobil (ExxonMobil Research & Engineering) Дуга Декмана, эта революция давно уже приобрела постоянный характер: «Каждые несколько лет производители автомобильных двигателей, подгоняемые более жесткими экологическими требованиями, выдают нам новые спецификации на моторные масла, а нам приходится постоянно работать на опережение, ориентируясь на все более жесткие стандарты».
Масло, пришедшее с холода
В 2005 году Билл Максвелл, тогдашний руководитель группы разработки моторных масел Mobil 1, поведал «Популярной механике» историю появления этого революционного продукта на рынке («Масло не для бутерброда», «ПМ» № 4"2005). Первое синтетическое масло компании Mobil Oil (ExxonMobil) на основе полиальфаолефинов (ПАО), вышедшее в 1974 году, буквально перевернуло автомобильную промышленность. В первую очередь оно предназначалось для холодных условий, в частности для Аляски. Запуск в мороз считается тяжелым испытанием для любого автомобильного двигателя, и масло, сохранявшее свою текучесть даже при очень низких температурах (при которых традиционное минеральное масло застывало), было высоко оценено по всему миру. С другой стороны, при повышении температуры масло не должно слишком разжижаться, иначе оно не сможет образовать защитную пленку на деталях мотора. Поэтому один из важных компонентов пакета присадок, модификатор вязкости (полимерный загуститель), — это то самое вещество, которому всесезонные масла обязаны своей «комбинированной» вязкостью.
Длинные молекулы загустителя сворачиваются в клубок при низкой температуре, что никак не сказывается на текучести маловязкой основы. Зато при повышении температуры «клубки» разворачиваются, при этом вязкость масла значительно повышается.
Высокая вязкость в горячем состоянии важна для защиты тяжелонагруженных моторов, особенно спортивных, однако сейчас, как говорит Дуг Декман, у автомобильной промышленности другие приоритеты: «Основная современная тенденция — это переход от многолитровых атмосферных двигателей к компактным малолитражным моторам увеличенной эффективности, с прямым впрыском, турбонаддувом, гибридными трансмиссиями, системами старт-стоп и отключением отдельных цилиндров. Для таких двигателей, «заточенных» под экономию топлива и снижение выбросов токсичных и парниковых газов, требуются низковязкие масла — SAE0w20, 5w20. Сейчас это наименьшая вязкость, в стандарте SAE просто не предусмотрено меньших значений. Поэтому в настоящее время в среде специалистов обсуждают предложения о введении номенклатуры для ультранизких вязкостей моторных масел. Это ставит перед нами другую проблему — защиты деталей двигателя при высоких температурах, которую мы, впрочем, вполне успешно решаем».
Методом проб и находок
Список компонентов в составе моторного масла не является секретом. Основа — это базовое масло, минеральное (полученное тем или иным способом из нефти) или синтетическое (ExxonMobil использует ПАО). К базовому маслу добавляются пакеты присадок, закупаемые у специализирующихся на этом компаний, таких как Lubrizol, Infineum, Ethyl или Oronite. Все это хорошо известные вещества, а вот их количество в составе готового масла и есть главная коммерческая тайна.
Редкая профессия
После помещений, заставленных новейшей измерительной аппаратурой, лаборатория испытательного подразделения, где работает Барри Хиллс, производит странное впечатление. Здесь нет ни спектрометров, ни вискозиметров экзотических конструкций, ни хроматографов, ни других образчиков высоких технологий. Барри — старший эксперт по оценке нагара и лаковых отложений на поршнях, а для своей работы он использует только лупу с подсветкой и держатель поршней, поскольку никакие измерительные приборы не способны выполнить эту задачу. Визуальная оценка требует обширных знаний и очень высокой квалификации (которую к тому же периодически нужно подтверждать), поскольку, чтобы вывести итоговую цифру по десятибалльной шкале, приходится принимать в расчет около двухсот различных показателей чистоты поршней. В исследовательских подразделениях ExxonMobil экспертов с такой квалификацией всего трое, так что это по‑настоящему редкая профессия. «Настолько редкая, — говорит Барри, — что когда мы направляемся на какую-нибудь конференцию, компания даже запрещает нам лететь в одном самолете. Ведь подготовка подобного квалифицированного специалиста занимает около 5 лет».
Чтобы подобрать баланс присадок, проводятся десятки тысяч экспериментов, измерений и испытаний в лабораториях, которые занимают немалую часть огромного здания. Здесь на самом современном оборудовании смешивают базовые масла, подбирают пакеты присадок и отдельные компоненты: модификаторы вязкости, обеспечивающие оптимальную текучесть масла при высоких и низких температурах, противоизносные и противозадирные присадки, защищающие детали от износа, модификаторы трения, способствующие снижению расхода топлива, детергенты и дисперсанты, очищающие поверхность двигателя от нагара, а также антиоксиданты, предотвращающие окисление масла, и антикоррозионные присадки. И базовое масло, и готовые составы — «кандидаты» проверяются на совместимость с различными материалами — с металлами (сталь, медь, алюминий), полимерами и резиной, из которых состоят сальники и уплотнители (полоски резины выдерживают в нагретом до 150 °C масле, после чего измеряют набухание, эластичность и разрывное усилие).
После измерения основных свойств масло тестируется на моторных стендах. Стандартами ASTM (American Society for Testing and Materials) предусмотрен целый ряд таких испытаний, причем довольно жестких. Например, для сертификации масла по стандарту API SM необходимо провести испытание по программе ASTM Sequence IIIG, предусматривающей работу 3,8-литрового двигателя General Motors V6 Series II образца 1996/1997 года в течение 100 часов на 3600 об/мин с мощностью в 125 л.с. и температурой масла 150 °C. При этом каждые 20 часов проверяется ряд свойств моторного масла, а после завершения цикла двигатель разбирается для оценки износа и степени нагара на поршнях.
Тесты в натуре
Рядом со зданием исследовательского центра расположен гараж, напротив которого установлены на беговых барабанах несколько автомобилей. За год они, не съезжая с места (не считая буксировки в гараж и обратно на барабаны), наматывают по сто тысяч миль (примерно 160 000 км). Управляются они компьютером, который по заданной программе нажимает на акселератор, чтобы имитировать различные циклы езды. Поскольку испытательная площадка находится на открытом воздухе, это весьма близко имитирует реальные условия с настоящей сменой погоды.
Впрочем, климат в Полсборо не слишком суров: зимой средняя температура держится около нуля, летом — около 30 °C. Суровые климатические испытания моторного масла в ExxonMobil проводят в другом месте — в жарком во всех отношениях Лас-Вегасе, где несколько испытательных машин работают в качестве такси. «Именно там мы сейчас испытываем наши моторные масла ультранизкой вязкости, — говорит Дуг Декман. — И получаем весьма многообещающие результаты: наблюдается и экономия топлива, и вполне достаточная защита деталей двигателя».
Магические числа
Одной из важных задач, стоящих перед разработчиками, является сохранение смазочных и защитных свойств моторных масел в широком диапазоне температур. Эта характеристика лучше всего известна потребителям, поскольку она находится на упаковке любого моторного масла в виде спецификации SAE (Society of Automotive Engineers — Общество автомобильных инженеров США), описывающей вязкостно-температурные свойства и состоящих (для всесезонного масла) из двух чисел. Первое число (с буквой W — Winter) обозначает зимнюю вязкость — чем она меньше, тем лучше будет течь масло при запуске двигателя при низких температурах. Второе число означает вязкость в горячем состоянии, которая характеризует способность масла оставаться достаточно густым при высокой температуре. Чем больше это число, тем толще будет масляная пленка на деталях горячего двигателя, и тем лучше он будет защищен, особенно в условиях интенсивного тепловыделения, характерного для «крутильных» спортивных моторов.
На фото: термометры, погруженные в пробирки с образцами смазочных материалов, измеряют температуру застывания масла.
Недостижимый идеал
Несколько десятилетий назад никто не мог даже представить себе, что успехи в области материаловедения и химии сделают возможным существование смазочных материалов, рассчитанных на весь срок службы механизма. А сейчас трансмиссионное масло в коробку передач заливается один раз — на заводе.
Может ли подобная ситуация стать реальностью для моторного масла? «Для нас, химиков, вечное масло, которое никогда не нужно менять и которое будет работать на протяжении всего срока службы автомобиля, — это как Святой Грааль для рыцарей Средневековья, — смеется Дуг Декман. — Несмотря на значительное увеличение сервисных интервалов — за последние два десятилетия в несколько раз! — я не думаю, что такое принципиально возможно, пока мы используем двигатели внутреннего сгорания. Уменьшение размеров двигателя и одновременно увеличение его эффективности за счет использования ряда конструктивных решений, таких как прямой впрыск, турбонаддув и другие, приводят к повышению экономичности и одновременно делают двигатель высоконагруженным. Это способствует быстрой деградации моторного масла — оно быстро «стареет» за счет большого количества свободных радикалов, образующихся в зоне с высокой температурой и компрессией. Кроме того, в масле появляется абразивная зола, приводящая к износу двигателя. Так что пока мы не уйдем от двигателей внутреннего сгорания, а это явно произойдет не скоро — «вечного» моторного масла человечеству, увы, увидеть не суждено».