Текст книги "Автомобильные присадки и добавки"

Чтобы выдерживать большие сдвиговые и нормальные нагрузки, смазочные материалы должны иметь высокую несущую способность. Для обеспечения этих свойств в моторные масла (для снижения износа пар трения кулачок – толкатель), в трансмиссионные масла (особенно для гипоидных передач, имеющих конические шестерни со спиральными зубьями), в гидравлические жидкости и смазочно – охлаждающие среды добавляют противозадирные присадки.

Вязкостные свойства масел в нормальных условиях эксплуатации не отражают их характеристик при высоких нагрузках и скоростях скольжения, когда толщина смазочного слоя не обеспечивает надежное разделение трущихся поверхностей и не предохраняет от непосредственного контакта микрошероховатостей. В этом случае наблюдается режим граничной смазки, происходит контакт микровыступов шероховатостей металлических поверхностей, резкий нагрев (температурные «вспышки») контактируемых участков (до 1500 ^оС), их сваривание и последующеe разрушение (скалывание).

Граничная смазка – смазка двух трущихся поверхностей без создания непрерывной смазочной пленки. Она имеет место при высоких нагрузках и требует использования противоизносных или противозадирных присадок для предотвращения непосредственного контакта металлов.

За счет выделяющейся в зоне контакта энергии противозадирные присадки вступают во взаимодействие с поверхностями трения, образуя защитные соединения с металлами. При нормальных режимах эксплуатации они находятся на поверхностях трения в виде твердых веществ, но при высоких температурах их предел текучести снижается и происходит скольжение металлических поверхностей относительно друг друга. Тем самым предотвращается сваривание микровыступров трущихся поверхностей и, следовательно, повышение интенсивности их изнашивания. При этом вязкость масла во многом определяет прочность масляной пленки.

Фосфор, сера и хлор – основные элементы многих противозадирных присадок, которые вступают в реакции с металлами в условиях повышенной температуры и давления с образованием на поверхностях защитных пленок химических соединений. Эти присадки оказывают противозадирное, антикоррозионное и антиокислительное действие и поэтому особенно широко применяются в моторных маслах. На их основе выпускаются ремонтно – восстановительные препараты любительской автохимии, получившие название кондиционеры металла, которые будут рассмотрены в дальнейшем.

Затраты на производство смазочных масел возрастают пропорционально обеспечению для них низкотемпературных свойств. Поэтому проводится депарафинизация масел, но лишь частично – до температуры застывания (около —15 °C). При отрицательных температурах из смазочного масла выделяются парафиновые углеводороды в виде игл и пластин, что приводит к потере текучести (подвижности) масла и затрудняет низкотемпературный запуск двигателя. Форма и размер образовавшихся кристаллов парафина зависят от вида масла и его фракционного состава. При этом из маловязких масел выделяются крупные кристаллы, а из высоковязких образуются микрокристаллические парафины. Наличие в масле парафиновых углеводородов обусловливает в первую очередь застывание масла. Подвижность масла теряется из‑за образования кристаллической структуры парафиновых углеводородов.

Для дальнейшего снижения температуры застывания и работоспособности масла предназначены депрессорные присадки, которые модифицируют кристаллические структуры твердых углеводородов с сохранением подвижности масла.

Наиболее распространены депрессорные присадки к моторным, трансмиссионным и гидравлическим маслам: марки АзНИИ (препарат алкилирования нафталина хлорированным парафином в присутствии хлорида алюминия); АзНИИ – ЦИАТИМ-1 (дисульфид алкилфенола с гидроксидом бария); АФК (алкилфенол с гидроксидом кальция); ПМА Д (30…40 %-ный раствор полимеров эфиров метакриловой кислоты и синтетических жирных первичных спиртов в индустриальном масле), а также Депрессал – модифицированный препарат алкилирования фенола хлорпарафинами.

Депрессорные присадки применяются при концентрациях 0,05…1,0 %, они наиболее эффективны в маслах парафинового основания.

Применение в качестве базовых масел высокоочищенных нефтяных основ – масел, полученных гидрогенизационными способами, а также ряда синтетических разработок, позволяет значительно улучшить низкотемпературные свойства выпускаемых масел (уверенный запуск двигателей при температурах —40…50 °C) и уменьшить потери на трение при гидродинамическом режиме смазывания. Однако такие масла имеют более низкие антифрикционные и противоизносные свойства.

Для повышения трибологических свойств (минимизации потерь на трение, снижения интенсивности изнашивания и температуры трущихся поверхностей) смазочных материалов в них, кроме противозадирных, вводят также антифрикционные и противоизносные присадки. Эффективность их действия зависит от химического строения присадки и химического состава масляной основы.

Антифрикционные присадки (модификаторы трения) входят в состав энергосберегающих моторных масел. Они обеспечивают гарантированную экономию топлива за счет снижения механических потерь на трение и соответствующего повышения коэффициента полезного действия двигателя. Такие присадки образуют на поверхностях трения многослойные адсорбционно – хемосорбционные пленки «сэндвичевой структуры» с диффузией легирующих металлов присадки в трущиеся поверхности деталей. Они наиболее эффективны при граничном режиме трения, например, между компрессионными поршневыми кольцами и цилиндрами вблизи верхних мертвых точек. Достоинством твердых нерастворимых добавок к смазочным материалам является также их эффективность, как при низких, так и при высоких температурах.

Под воздействием кислорода, влаги и агрессивных веществ металлические поверхности подвергаются коррозии (коррозионному изнашиванию). Следовательно, главное при защите от коррозии – предотвращение контакта металлических поверхностей с этими веществами. Существуют различия между атмосферной коррозией (например, при хранении и транспортировке в условиях влажного и теплого климата) и коррозией под воздействием веществ, образующихся в двигателе (главным образом соединений хлора и брома при сжигании этилированного бензина или серы при сжигании дизельного топлива), а также других агрессивных веществ. К тому же, например, противозадирные присадки, содержащиеся в трансмиссионных маслах, при высоких температурах приобретают коррозионные свойства, вследствие чего в эти масла необходимо вводить противокоррозионные присадки (ингибиторы коррозии).

Ингибиторы коррозии существенно снижают несущую способность масел вследствие конкурентного взаимодействия обеих присадок с металлическими поверхностями. При этом, благодаря наличию природных ингибиторов, неочищенные масла или масла неглубокой очистки обеспечивают определенную защиту от атмосферной коррозии, тогда как антикоррозионные свойства чистых минеральных масел неэффективны при защите от атмосферной коррозии, кислород и влага свободно диффундируют через масляную пленку и взаимодействуют с металлом. Так как коррозия является, главным образом, следствием электрохимических реакций, то и предотвратить ее можно созданием (нанесения) специального защитного слоя, препятствующего непосредственному контакту влаги и кислорода с металлом.

Высокоэффективные ингибиторы должны обладать высокой адгезией к металлической поверхности и создавать пленку, непроницаемую для кислорода и влаги. Различают ингибиторы физического механизма действия, представляющие собой молекулы с длинными алкильными цепями и полярными группами, способные адсорбироваться на металлических поверхностях, создавая защитные слои. К другой группе относятся химические ингибиторы, реагирующие непосредственно с металлом поверхности с образованием защитных химических соединений, изменяющих её электрохимический потенциал.

Коррозия (лат. corrodo – грызу) – процесс разрушения поверхности металла в результате химического или электрохимического воздействия внешней среды.

Противопенные (антипенные) присадки предназначены для предупреждения образования пены и быстрого ее разрушения в масле, в особенности при аэрации в процессе эксплуатации. Механизм действия этих присадок основан на снижении поверхностного натяжения на границе раздела жидкость – воздух. К противопенным присадкам относятся фосфорсодержащие соединения, фторированные углеводороды, эфиры и соли жирных кислот, силоксановые полимеры. Наиболее известна противопенная присадка полиметилсипоксан ПМС-200А, которая широко применяется в различных маслах в концентрации 0,007…0,005 % (мас.).

Функции присадок к смазочным маслам не ограничиваются только каким‑то одним действием. Так, антифрикционные присадки оказывают влияние на противозадирные и противоизносные свойства масел, моющие – на антиокислительные, и наоборот. При этом в рамках каждой группы эффективность присадок может заметно изменяться как в зависимости от концентрации, состава присадки, так и от концентрации компонентов ее составляющих, а также типа и химического состава базового масла.

Возрастающие требования к качеству масел привели к необходимости создания композиций многофункциональных присадок, которые повышают многие эксплуатационные свойства масел. При составлении композиций присадки не просто механически смешиваются, а химически взаимодействуют. Поэтому усиливаются базовые или проявляются новые качества присадок.

Для упрощения хранения, транспортирования и облегчения смешивания базовых масел с присадками выпускают пакеты присадок, в состав которых не входят только вязкостные и депрессорные присадки. При необходимости их вводят в масло дополнительно. Изменяя дозировки пакета присадок, можно приготавливать масла с различным уровнем эксплуатационных свойств. Пакеты присадок обычно содержат до 15 компонентов. Их вводят в масло в концентрации до 12 % (мас.).

Характеристики некоторых отечественных пакетов приведены в табл. 6. Для моторных масел производятся пакеты присадок К-471, К-483, К-484.

Табл. 6. Характеристика некоторых пакетов масляных присадок

Щелочное число – количество кислоты (перхлорной или соляной), необходимое для нейтрализации всех компонентов основы масла, выраженное в эквивалентах КОН. Характеризует количество оснований щелочных элементов, которые могут нейтрализовать свободные кислоты в масле, например кислые продукты окисления масла или продукты горения сернистых топлив, попадающие в моторные масла. Для моторных масел – основной показатель, характеризующий запас качества или уровень эксплуатационных свойств. Щелочность измеряется в мг КОН на 1 г продукта.

От характера взаимодействия присадок друг с другом (в случае композиции) и с полярными компонентами масла зависит восприимчивость (или приемистость) масел к присадкам и взаимное ослабление (антагонизм) или усиление (синергизм) функционального действия присадок при их совместном применении. Антагонизм или синергизм действия смеси двух присадок зависит от их взаимодействия друг с другом, на которое влияют внешние факторы – температура, влажность и т. п. Так, например, на взаимодействие молекул присадок влияют продукты окисления масел, вода может вызывать гидролиз присадок.

Содержание воды определяется путем нагревания пробы нефтепродукта с обезвоженным бензином в дистилляционном аппарате Дина – Старка, снабженном холодильником и градуированным приемником. После конденсации растворитель и вода непрерывно разделяются в приемнике. Вода остается в градуированной части ловушки, а нефтепродукт возвращается в дистилляционный сосуд. Норма содержания воды – «следы», означает не более 0,03 % воды по массе.

Как уже отмечалось, присадки, используемые в маслах, могут проявлять синергетические или антагонистические свойства, усиливающие или ослабляющие их действие по основному функциональному направлению. Так, например, наличие детергентов влияет на эффективность действия дитиофосфатов цинка как противоизносных присадок. Влияние на эффективность действия присадок оказывает и состав масляной основы.

При выборе присадок к маслам помимо состава и свойств самой присадки (наличие примесей, стабильность при хранении и т. д.) учитывают химический состав масла, концентрацию присадки и ее совместимость с присадками другого функционального действия, технологию введения присадок (последовательность, температуру, концентрацию и другие факторы) и условия применения масла (температуру, удельные давления, контактирование с металлами, продолжительность работы и т. п.).

Вопрос. Какова оптимальная периодичность замены моторного масла?

Ответ. Периодичность замены моторного масла определяется рекомендациями производителей автомобиля.

Однако оптимальные сроки замены моторного масла традиционно вызывают достаточно острые дискуссии. Так, например, в Извещении № 46708 от 21.01.2002 г. Лаборатории топливно – смазочных материалов (ТСМ) Волжского автомобильного завода было рекомендовано осуществлять замену масла группы «Стандарт» (стоимость его на тот период составляла 30…60 р. за 1 литр) на автомобилях ВАЗ, выпущенных до 01.10.2000 года и эксплуатировавшихся в зимнее время преимущественно в городе, через 5…7 тыс. км пробега.

Другие примеры. В одном из номеров журнала «За рулем» описывался случай, когда автолюбитель не менял моторное масло до 50 тыс. км пробега. В 2002 году в МАДИ докладывалась докторская диссертация, в которой ее автор доказывал возможность эксплуатации отечественной автомобильной техники до 70 тыс. км пробега без полной замены моторного масла. В качестве профилактического средства в работе предлагалось производить дозаправку до необходимого уровня композицией из используемого в двигателе моторного масла и металлоплакирующих присадок. К слову сказать, защита диссертации оказалась неудачной. Диссертационный совет, состоящий из заслуженных ученых пенсионного возраста, не оценил, столь «революционных», на их взгляд, предложений.

На наш взгляд, оптимальной следует считать периодичность замены моторного масла, указанную в руководстве по эксплуатации каждого конкретного автомобиля.

Вопрос. Влияют ли присадки на повышение ресурса двигателя?

Ответ. Смазочные материалы передовых нефтяных компаний, например такой, как «ChevronTexaco» (США) позволяют эксплуатировать двигатели без ремонта до 1 600 000 км пробега. Например, в 1989 году был зарегистрирован пробег в 1 млн миль без ремонта двигателя Caterpillar 3405B, а в 1996 году также двигателей Cummins и Detroit Diesel Corporation (трех основных производителей двигателей США) при работе на маслах этой фирмы.

Другая известная американская корпорация ExxonMobil для демонстрации возможностей своих синтетических моторных масел Mobil 1 в течение четырех с половиной лет испытывала автомобиль BMW-325i на форсированных режимах, меняя масло в соответствии с требованиями завода – изготовителя, через 10 000 км пробега. Разборка и микрометраж деталей двигателя после 1 млн миль пробега показали, что износ всех деталей оказался в пределах допусков, установленных заводом при выпуске новых автомобилей.

Приведенные результаты по пробегу дизелей на моторных маслах фирмы «ChevronTexaco» и бензинового двигателя на масле Mobil получены на одних из лучших по качеству моторах в мире, которые с самого начала эксплуатировались только с использованием высококачественных смазочных материалов. В этих случаях нет необходимости говорить об использовании каких‑либо дополнительных присадок и добавок к этим маслам. В то же время отечественный автомобильный парк, в большинстве своем состоящий из подержанных импортных машин, а также из выпускаемой новой российской техники, не отвечает аналогичным требованиям по качеству. Для такой техники простая замена моторного масла, пусть даже на самое лучшее и дорогостоящее, не решит проблем поддержания ее в работоспособном состоянии.

Вопрос: Как правильно подбирать и применять моторные масла?

Ответ: Назначение заводом – изготовителем необходимого моторного масла для конкретного двигателя зависит от условий его будущей работы (особенностей эксплуатации). Для этого принято оценивать напряженность или жесткость работы моторного масла в заданном двигателе, а значит, определять степень его форсирования. Так, например, подбор моторного масла может осуществляться по параметру тепловой напряженности двигателя, пропорциональному температуре масла в верхней поршневой канавке. С ее ростом повышаются требования к качеству масла, рекомендуемого для смазывания двигателя.

Подбор масла потребителем также имеет свои особенности. Перед покупкой смазочных материалов внимательно прочитайте требования (рекомендации) завода – изготовителя Вашей техники и по возможности приобретайте те, которые одобрены производителем автомобиля в соответствии с классификациями SAE, API и ACEA и с учетом условий эксплуатации.

Рекомендации по подбору масел по вязкости могут быть следующими:

– для нового двигателя или двигателя с пробегом автомобиля менее 25 % от нормативного межремонтного ресурса двигателя рекомендуется применять всесезонно моторные масла классов SAE 5W-30 или 10W-30;

– при эксплуатации технически исправного автомобиля с пробегом 25…75 % от нормативного межремонтного ресурса двигателя целесообразно применять летом моторные масла классов SAE 10W-40 и 15W-40, зимой – SAE 5W-30 и 10W-30, а всесезонно – SAE 5W-40;

– на автомобилях с большим пробегом (более 75 % от нормативного межремонтного ресурса двигателя) необходимо применять летом моторные масла классов SAE 15W-40 и 20W-50, зимой – SAE 5W-40 и 10W-40, а всесезонно – SAE 5W-50.

Синтетические и полусинтетические смазочные материалы обладают более высокими трибологическими свойствами, но они и значительно дороже. Поэтому если в Вашем агрегате «синтетика» не предусмотрена, лучше её и не покупать.

Не рекомендуется эксплуатировать технику на масле, не соответствующем сезону. Летнее масло в холодное время создаёт трудности с запуском и прогревом двигателя, а зимнее в летний период не гарантирует надежной защиты трущихся соединений от изнашивания. Не пытайтесь уменьшить вязкость летнего масла в зимнее время введением в него топлива. Это приведёт к резкому снижению стабильности пакета присадок, их выпадению в осадок и возможному отказу двигателя.

Отказ – переход от работоспособного состояния в неработоспособное происходит после наступления события (технический сленг – «выход из строя»). Отказы могут быть очевидными (безусловными), такие как заклинивание двигателя, потеря работоспособности шины хотя бы на одном колесе автомобиля, утечка топлива или смазочного материала и др. Ко второй группе причин относятся параметрические отказы, когда падает мощность двигателя, увеличивается расход топлива и моторного масла, снижается давление в системе смазки и др.

Отказ деталей и рабочих органов машин при нормальных условиях эксплуатации происходит вследствие различных видов физического износа: усталостных разрушений, деформации материалов, механического износа, коррозии, эрозии, кавитации, старения материала и т. д.

Покупайте моторное масло только в специализированных магазинах и ни в коем случае на «обочине», спрашивайте сертификаты качества и соответствия, проверяйте наличие защитных пломб и голограмм.

Перед введением свежего масла (сменой масла) рекомендуется проводить комплексную очистку систем двигателя специальными составами и замену фильтрующих элементов.

Доливайте в двигатель только те масла, которые были введены при его заправке. Для этого сразу приобретайте необходимый излишек масла и возите его с собой.

Вопрос: Возможна ли взаимозаменяемость масел в рамках одной спецификации, например АСЕА?

Ответ: Если в сервисной книжке указано на необходимость применения масел категории А1/В1, то в принципе допускается применять также масла категорий А3/В3/В4 или А5/В5 (рис. 6).

Рис. 6. Взаимозаменяемость моторных масел по спецификации ACEA

Что касается масел АСЕА А5/В5, то хоть они и схожи с маслами А3/В3/В4, тем не менее имеют ряд принципиальных отличительных особенностей и не могут быть заменены маслами другого качества.

Вопрос. Совместимы ли минеральные и синтетические моторные масла?

Ответ: Достаточно часто из уст автомобилистов можно услышать о негативных последствиях смешивания разнородных масел: образование сгустков, закупоривание масляных каналов, нарушение слива масла из турбокомпрессора. В то же время известны случаи абсолютно безболезненного смешивания разнородных масел. Так, например, в Учебно – техническом центре AGA лабораторным методом произведено попарное смешивание в соотношении 1:1 синтетического масла «Mobil» и минеральных масел «Mobil» и «Castrol». Все эти смеси были доведены до кипения. Никаких сгустков или осадков не возникло, все смеси после нагревания представляли собой абсолютно однородный состав, который оставался стабильным в течение месяца.

Известны случаи штатной длительной эксплуатации двигателей на смеси синтетических и минеральных моторных масел разных фирм. Однако специалисты по моторным маслам Научного автомоторного института (НАМИ) и Всероссийского НИИ по переработке нефти (ВНИИНП) утверждают, что нельзя гарантировать совместимость любой пары разнородных масел. В одних случаях все протекает нормально, а в других происходит реакция между компонентами присадок, ухудшающая свойства масел. Для ответа на вопрос о свойствах смеси конкретной пары минерального и синтетического масла, необходимо проводить специальную экспертизу, поэтому смешивать моторные масла, изготовленные на разной основе (минеральное, полусинтетическое, синтетическое), всё же не следует.

Переход с минерального на синтетическое масло может иметь место, если после минерального масла сначала использовать полусинтетическое, а затем уже залить синтетическое, или применить при смене масла, так называемые, адаптирующие промывки и поменять, разумеется, масляный фильтр.

Указанную процедуру можно проводить и в обратной последовательности. Надо только знать, что для синтетических масел необходимы сальники, изготовленные из специальных материалов, поэтому нежелательно применять синтетические масла в двигателях, инструкцией по эксплуатации которых это не предусмотрено.

В отношении смешивания между собой однородных масел разной вязкости, то каких‑либо ограничений здесь нет.