Популярная маслография. Часть 2. Начало в № 9/2014
Сначала моторное масло нужно сконструировать и произвести. Этим занимаются химики и технологи. Потом его необходимо продать. Тут за дело берутся рекламщики и менеджеры. А потом масло нужно залить в двигатель и вовремя поменять. Это забота водителей и мастеров автосервисов.
Казалось бы, простая цепочка, но у каждого ее звена свой язык, лексикон, жаргон, сленг... У первых скучный, но зато корректный, не противоречащий физике и химии. У вторых – раскованный и свободный, но (вот беда!) весьма далекий от упомянутых наук. У третьих – гаражный, мужской, вобравший богатый опыт эксплуатации. И содержащий ненормативную лексику – публично не всегда объяснишься. Нам же важно, чтобы все три группы общались и понимали друг друга. И не грешили против истины.
А ведь грешат. И еще как! Например, рекламщики обожают слоган «формула масла». И будучи, как правило, гуманитариями по образованию, искренне полагают, что у масла действительно есть формула. Вся из себя органическая, разветвленная, уходящая отростками и шариками куда-то в бесконечность. Они даже рисуют ее в своих буклетах, не ведая, что у масла формулы не бывает.
Все просто. Масло это смесь, дисперсная система, точнее – эмульсия и суспензия. А формула – атрибут моновещества: бензола, толуола, серной кислоты, воды, спирта и т.д. Поэтому у воды и спирта формулы есть, а у водки – нет. И у масла тоже нет.
Откуда же взялась в нашем языке эта «формула масла»? Да все оттуда же – со злобного и коварного Запада. Только санкции тут ни при чем. Мы сами себе санкции! Смотрите. Есть английское слово formula. Первое его значение – формула в смысле математическая или химическая. Второе значение – рецептура. Вот где собака порылась! Не «формула масла», а «рецептура масла», «состав масла». И все встает на свои места.
Но зачем рекламщику искать какие-то вторые значения! Написано formula – значит, формула. Да и какой уважающий себя менеджер будет использовать «рецептуру»! Не возвышенно это, аптекой попахивает. А вот «формула» звучит солидно, даже типа научно. И несутся с экрана телевизора табуны «формул», сметая слабое сопротивление школьных учителей химии и сбивая с толку их учеников.
Еще один рекламный перл – «молекула масла». И даже «умная молекула масла». Те же помидоры, вид сбоку. Ребята, ну не бывает никаких молекул смеси, обладающих интеллектом тем паче! Молекул ингредиентов, входящих в рецептуру (sic!) – сколько угодно. А вот «молекул масла» не бывает по определению. Как не бывает, например, атомов воды. Или атомов того же спирта.
Уточнив позицию по терминологии, двинемся дальше. В прошлый раз мы говорили о базовых маслах и важнейшем показателе – индексе вязкости. Сегодня побеседуем о присадках, вводимых в базовое масло.
Канули в Лету времена, когда неприхотливые низкооборотные двигатели с невысокой степенью сжатия заправлялись «хорошо очищенным машинным маслом». Срок замены масла составлял 1 тыс. км, а ресурс двигателя не превышал 50 тыс. км. Зато он мог «переваривать» незатейливые минеральные масла, присадок практически не содержащие.
Особенности работы современных двигателей влекут за собой (вот она, обратная сторона прогресса!) усиленное образование нагара (при шоссейной эксплуатации) и шлама, особенно зимой в городском режиме «stop and go». При работе на маслах «давно забытых дней» высокофорсированный двигатель выйдет из строя буквально через несколько десятков часов. Моторист, взявшийся его реанимировать, ужаснется: поршневые кольца закоксованы, шейки коленчатого вала задраны, кулачки изношены сверх всякой меры, толкатели истерзаны питтингом... К счастью, у нас есть присадки. Они не допустят печального финала.
Различают два вида присадок: входящие в основную композицию – раз; вводимые в базу автономно – два. Подчеркнем особо: и те и другие смешиваются с маслом на блендинговых заводах и никакого отношения к так называемой «подкапотной химии» не имеют. Начнем с первой группы – композиции присадок.
Вот беззольные дисперсанты. Их задача – удерживать загрязнения в мелкодисперсном состоянии. Иначе сетка маслоприемника будет забита, в картере появятся отложения, масляные каналы окажутся закупоренными сгустками, напоминающими по консистенции майонез.
Но дисперсанты не только поддерживают частицы во взвешенном состоянии – они способствуют их измельчению. И не допускают коагуляции, благодаря чему масляный фильтр долгое время остается работоспособным.
Масло может гонять мельчайшие частицы грязи «по кругу» чуть ли не бесконечно – они не слипаются, не оседают, не пригорают. Что сказать на это? Да пусть себе гоняет. И если двигатели современных грузовых автомобилей, эксплуатируемые в междугородних перевозках, способны работать 80–100 тыс. км без замены масла и фильтра, в этом немалая заслуга беззольных дисперсантов. Кроме того, высокая дисперсность частиц препятствует интенсивному росту вязкости масла.
Условно можно считать, что дисперсанты способствуют чистоте масла. Однако классическими моющими присадками являются детергенты. Детергенты содержат органические соли металлов, т.е. являются зольными. Теперь по экологическим соображениям детергенты стараются делать малозольными или беззольными.
Фактически это мыла, но растворимые не в воде, а в масле. Их задача – предотвращение отложений нагара и лака на наиболее нагретых участках деталей. В первую очередь это верхняя часть поршня – твердый нагар на ней способствует полировке цилиндра при перекладке. А рядом – поршневые канавки. Образование нагара в них вызовет закоксовывание поршневых колец.
Внутренняя поверхность днища вблизи поршневого пальца просто обязана быть чистой, иначе отвод теплоты от поршня резко ухудшится. А ведь эта область непрерывно омывается маслом – в некоторых двигателях разбрызгиванием, а в некоторых принудительно, под давлением. Масла здесь бывает много, а вот отложений быть не должно. Обычно в масло вводят не один детергент, а их комбинацию.
Заканчивая «чистый» раздел, отметим, что быстрое потемнение масла после его замены не должно настораживать владельца автомобиля. Потемнение означает, что дисперсанты и детергенты хорошо выполняют свои задачи.
Продолжаем путешествие по композиции. Масло в двигателе работает в виде тонких пленок либо, вырвавшись из-под гнета давления, интенсивно перемешивается с воздухом. Значит, поводов для контакта с кислородом у него более чем достаточно. А чем чреват такой контакт, да еще в условиях высоких температур? Правильно, окислением масла. Но кислород воздуха не единственная его причина. Свою лепту вносят продукты сгорания топлива и ранее окисленное масло.
Для замедления губительного процесса в композицию включают антиокислительные присадки. Другое их название – антиоксиданты.
В качестве антиокислителей применяют дитиофосфаты цинка. Однако в последнее время их содержание в маслах стараются минимизировать. Дело в том, что дитиофосфаты содержат фосфор, который плохо сочетается с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов. Поэтому дитиофосфаты частично заменяют более современными присадками, не вредящими современным узлам и компонентам.
Если в масло не вводить антиокислительные присадки, его вязкость по мере эксплуатации будет интенсивно возрастать. То, что это приведет к повышенному расходу топлива из-за роста потерь на трение, еще полбеды. Хуже другое: масло потеряет работоспособность, его пусковые свойства станут совершенно неудовлетворительными, а коррозионная агрессивность возрастет.
Иногда приходится слышать, что антиокислительные присадки предохраняют детали двигателя от коррозии. Это не так. Здесь работают другие присадки – их называют антикоррозионные и антиржавейные.
Первые призваны защищать цветные металлы и сплавы (например, вкладыши и втулки), а вторые – сталь и чугун. Понятно, что эти присадки различны по составу.
Механизмы их действия таковы: они либо нейтрализуют коррозионно-активные вещества, либо образуют на деталях защитную пленку, закрепляясь на поверхности металла за счет физической адсорбции или химического взаимодействия. В обоих случаях скорости коррозионных процессов, а следовательно, износа и разрушения поверхностей, существенно снижаются.
Идем дальше – к антипенным присадкам. Каждый элементарный объем масла прокачивается через систему смазки множество раз. При этом, как уже говорилось, масло интенсивно перемешивается с воздухом. Понятно, что все это приводит к образованию пены.
Кроме того, в современных дизелях применяются насос-форсунки с гидравлическим приводом. Масло в таких узлах работает под очень высоким давлением. Как только оно становится равным атмосферному, происходит эффект «откупоривания бутылки шампанского». Иными словами, образуется пена.
Пенообразование опасно для подшипников скольжения и особенно для механизмов гидротолкателей клапанов и гидронатяжителей цепей ГРМ – работоспособность этих узлов в присутствии пены резко снижается.
Для борьбы с пенообразованием в масло добавляют тысячные доли процента полисилоксанов (силиконов). В масле они не растворяются, однако настолько тонко диспергируются, что в каждом элементарном объеме масла непременно оказывается некоторое количество постороннего нерастворенного вещества. Полисилоксаны снижают устойчивость пузырьков пены. Таким образом, введение антипенных присадок позволяет подавить пенообразование.
Надо ли пояснять, что масла, используемые в спорте, в совершенстве умеют бороться с пеной? Ведь гоночные двигатели развивают очень высокие обороты, с сумасшедшей скоростью гоняя масло по системе...
В современные масла в обязательном порядке вводят противоизносные присадки. Они особенно важны для пар трения с высокими удельными давлениями на поверхностях.
Выход здесь только один – химическая модификация поверхностей трения. Тогда в паре начинают взаимодействовать не металл с металлом, а модифицированные слои присадки. Тангенциальные усилия и коэффициент трения при этом могут снижаться. Однако, решая свои задачи, противоизносные присадки не должны вредить соседям по композиции.
А еще разработчики вводят в свои масла модификаторы трения, называемые также антифрикционными присадками. Не следует путать модификаторы трения с противоизносными присадками, хотя известны модификаторы, совмещающие функции и тех и других ингредиентов.
Что такое модификатор трения? Это соединение, образующее на поверхности детали мономолекулярный слой с очень длинными радикалами, обращенными в объем масла. Причем эти радикалы обладают свойством легко деформироваться в направлении действия силы трения. Такой «мягкий ворс» модификатора уменьшает трение – например, в зоне верхней мертвой точки поршня, где возникает граничный режим смазки.
Модификаторы трения добавляют к энергосберегающим маслам, поскольку они способны обеспечить некоторую экономию топлива.
Таков, если вкратце, перечень основных присадок в составе композиции. А какие присадки вводят в масло автономно? Пожалуйста: загустители, улучшающие вязкостно-температурные свойства моторных масел. Это маслорастворимые органические полимеры, а механизм их действия основан на изменении формы макромолекул в зависимости от температуры и скорости сдвига.
Загустители способны существенно увеличивать вязкость продукта при положительных температурах и в значительно меньшей мере – при отрицательных. Чем это хорошо для двигателя? Во-первых, обеспечивается хорошие пусковые свойства при низких температурах; во-вторых – гарантируется достаточная несущая способность масляного слоя при высоких, даже экстремальных, тепловых нагрузках. Так, всесезонные масла обязательно содержат загустители.
Кто у нас еще в «автономном плавании» наряду с загустителями? Никакого секрета, рассказываем. В холода масло, особенно на минеральных основах, застывает, теряет текучесть. Этому способствует парафиновая «сетка», которая разрастается в объеме масла по мере снижения температуры. Чтобы этого не произошло, в масло вводят специальные присадки, называемые депрессорными. Эти присадки воздействуют на кристаллы парафина, не позволяя им вырасти.
Сколько различных присадок содержится в товарном масле? Если говорить о композиции – от 8 до 15%. Загустителей – до 1,5%, в зависимости от класса вязкости и свойств базового масла. И наконец, депрессоров, от 0,1 до 0,5%.
И в заключение одно важное замечание. Иногда продавцы «подкапотной химии» заявляют, что дополнительные «присадки» и «добавки» никакого вреда моторному маслу не приносят. Масло, мол, лишь транспорт, способ доставки их чудо-препаратов к парам трения.
Это не так. В масле содержится до 15% полярно активных веществ, работающих на поверхности, в объеме и вообще реагирующих на все, что движется. Они неизбежно вступят в контакт с посторонними добавками, а дальше… дальше последует разбалансировка заводской композиции присадок. К чему это приведет, легко представить.
По этой же причине не следует смешивать масла разных производителей. Катастрофы, скорее всего, не произойдет, но и хорошего ожидать не приходится. Да, каждое масло является сбалансированным продуктом. Но сбалансированность эта у каждого своя. А «плюс на плюс» иногда дает и «минус».
Продолжение следует
