Состав моторного масла

Для человека, озаботившегося тем, что же он заливает в двигатель своей машины весьма полезной будет информация о составе моторного масла. Эти знания дадут ключ к пониманию того, из чего сделаны масла, стоящие на полках магазинов, и почему одно стоит в полтора раза дешевле другого, хотя на обоих написано «синтетическое масло». Ранее мы уже слегка касались этой темы, теперь настало время поговорить об этой теме более подробно.
Как я уже упоминал в статье о типах моторных масел, в первом приближении масло состоит из базовой основы (базового масла), модификатора вязкости, ответственного за сохранение вязкости в заданных пределах и присадок, обуславливающих наличие у масел различных полезных свойств. Кстати, этот модификатор вязкости порой немало пугает автолюбителей, в случае, когда они пытаются залить в машину масло, хранившееся на морозе.

Базовое масло.

Базовое масло – это основа, определяющая, сколько проработает продукт в двигателе и отвечающая за его смазывающие свойства. Плюс к этому оно служит средой-носителем для присадок. Существует пять основных типов базовых масел:

• минеральное
• минеральное селективной очистки
• гидрокрекинговое (HC)
• полиальфаолефиновое (PAO)
• эфирное (эстеры)

Минеральные базы получают путём отбора соответствующих нефтяных фракций при перегонке нефти. Масла селективной очистки дополнительно очищают с помощью растворителей избирательного действия (отсюда название), которые вымывают из базы наиболее неподходящие молекулы, улучшая состав моторного масла, делая его более однородным.

Гидрокрекинговая база получается также из минерального сырья, но при этом используются процессы синтеза, то есть преобразования в углеводороды необходимой структуры. Поэтому эта основа считается синтетической. К синтетике её, кстати, отнесли не так уж и давно, ещё лет десять-пятнадцать назад у всех ведущих масляных брэндов в линейке продуктов были две полусинтетики, с вязкостью 10w-40 и 5w-40, выше которых шли уже премиум-масла на ПАО-основе. Примерно пять лет назад между ними появилась прослойка масел, заявленных как синтетические, но более дешёвых и не наследующих форму названия премиум-продуктов (например, цифра 1 в названии Mobil, или слово Ultra у Shell, Edge у Castrol и т.д.). Это и был тот момент, когда гидрокрекинг стали считать синтетикой. С точки зрения маркетинга хороший ход: потребители думают, что для них сделали синтетику более дешёвой, а по факту просто стали продавать дороже то, что раньше называлось полусинтетикой. Как говорится, и волки сыты, и овцы целы.

Полиальфаолефины, или, сокращённо, ПАО – дорогая и самая распространённая и синтетическая основа для производства технических масел. Производят её из этилена, синтезируя молекулы заданной формы и свойств. Это даёт ряд преимуществ:

• молекулы одного размера создают меньше сопротивления для трущихся деталей, а значит, увеличивают КПД двигателя. Как следствие, имеем энергосбережение и уменьшенный расход топлива (ненамного).
• отсутствие молекул малого размера даёт практически нулевую испаряемость, значит нет расхода масла на испарение (не путать с угаром, это отдельный момент, рассмотрим в статье про вязкость).
• масло такой структуры обладает отличными низкотемпературными свойствами. Температура застывания гораздо ниже, как следствие, при холодном запуске такое масло будет более жидким и быстрее доберётся до трущихся поверхностей в двигателе. И это без всяких депрессорных присадок, о которых мы поговорим чуть ниже.
• термическая и химическая стабильность позволяют молекулам работать при более высоких температурах и в агрессивной среде не распадаясь. Именно это и является самым важным преимуществом синтетики и обуславливает её больший ресурс относительно минералки, причём с показателями практически как у свежезалитого масла.
  

  Уменьшение потерь энергии в зависимости от разницы в размерах молекул

На последнем аспекте остановлюсь подробнее. Молекулы масла (любого) при работе в двигателе испытывают большие нагрузки, в результате которых они разрушаются, превращаясь в мусор, загрязняющий масло. Поскольку минеральная основа состоит из разнородных молекул (грубо говоря, мешанина нефтяных фракций в диапазоне температуры перегонки 300-600 градусов, естественно, имеющих различные свойства), то и распадаться они будут по-разному: одни раньше, другие позже. При этом после распада менее устойчивых молекул физические свойства масла в целом меняются в худшую сторону: ведь состав-то масла изменился, плюс добавилось мусора из остатков распавшихся молекул. И этот процесс происходит постоянно с момента заливки нового масла, так что по мере работы уровень эксплуатационных свойств плавно ползёт вниз.

Синтетические молекулы за счёт своей одинаковости и стабильности выдерживают все нагрузки двигателя (если они не превышают расчётных), поэтому и не распадаются, соответственно, основа в масле почти весь положенный пробег имеет состояние, как у свежезалитого масла (подчеркну, что речь идёт именно о базе, визуально это никак не проявится, ну или почти никак. Масло всё равно потемнеет из-за работы моющих присадок). Однако ПАО тоже не вечно и изнашивается, поэтому в один прекрасный момент молекулы всё же начнут распадаться. Причём практически одновременно, они же одинаковые, и износостойкость у них тоже одинаковая. Так что очень важно заменить масло до этого момента, поскольку начиная с него ваш двигатель будет работать на отработке, что пагубно отразится на его ресурсе вплоть до выхода из строя.

Эфирная, или эстеровая база делается также путём синтеза, причём более сложного и дорогого, нежели ПАО, поэтому масла на ней не очень распространены. Из компаний, декларирующих производство масел на эфирной основе, на ум приходит только Motul. Конечно, есть ещё куча масел с эфирами, но обычно по одной-двум позициям, да далеко не в каждом брэнде. От ПАО эфиры отличаются наличием отличных смазывающих свойств, но плохой стойкостью к воде. И вот тут нас ждёт откровение: оказывается, идеальной основы для моторного масла не существует, у всех есть свои недостатки (смотрим табличку).

Как видно из таблицы, любой тип базовых масел имеет «двойки» или «тройки». Выход производители видят в смешивании основ для взаимной нейтрализации негативных показателей. Наиболее технически хорош вариант со смесью ПАО и эфиров, но цена в данном случае становится не то что «двойкой» — «единицей». Хотя для многих автолюбителей это не повод лить в любимую машину что-то хуже самого совершенного масла:). Поскольку таких людей немного, для остальных делают всевозможные смеси ПАО, минералки и гидрокрекинга. Основной вывод отсюда таков: даже если на масле написано fully synthetic (что означает «полностью синтетический»), на самом деле оно, скорее всего, синтетическое процентов на пятьдесят +/-. Как я уже упоминал в другой статье, на техническом семинаре представитель одного из мажорных (в смысле, основных) брэндов сказал, что масло у них считается синтетическим, если доля синтетики в нём больше 35%. Так что из соображений альтруизма «лишнего ПАО» нам никто не льёт, будьте уверены.

Присадки в масло.

С базой разобрались, переходим к присадкам, входящим в состав моторного масла. Все присадки делятся на 3 группы:

• модификаторы вязкости
• присадки для защиты масла
• присадки для защиты поверхности двигателя

Модификаторы вязкости.

В эту группу входит собственно модификатор вязкости, отвечающий за сохранение расчётной вязкости при повышении температуры и депрессорная присадка, сохраняющая вязкость в заданных пределах при низкой температуре. Подробнее об этом написано в статье о вязкости моторного масла. Здесь же упомянем, что модификатор вязкости примечателен тем, что его в масле должно быть гораздо больше остальных присадок, как правило, около 10% от общего объёма масла, тогда как все остальные присадки, вместе взятые составляют ещё 10%.

Присадки для защиты масла.

Помимо физического и термического распада с маслом в моторе может случиться две неприятности, которые будут мешать его качественной работе. Это вспенивание и окисление (или химическое разрушение). Поэтому в масло добавляют антипенную и антиокислительную присадку (антиоксидант). Антипенная присадка уменьшает коэффициент поверхностного натяжения масла, поэтому пузырьки, образующиеся при вспенивании тут же лопаются.

С окислением ситуация такая: из школьного курса химии известно, что кислоты нейтрализуются щелочами. Так что для борьбы с окислением (то есть воздействием на масло кислот) в масло добавляют присадки, имеющие щелочную среду и нейтрализующие кислоты. Основным показателем нейтрализующих свойств масла является щелочное число. Обозначается оно аббревиатурой TBN – «total base number», где total – в данном случае означает общее, base – щелочное, так как щёлочи в химии также называют основаниями, кто не помнит:), ну а number – это число. Значение TBN представляет собой количество гидроксида калия (KOH) в миллиграммах, эквивалентного по нейтрализующему действию присадкам, содержащимся в одном грамме масла. Такая вот загогулина, как говорится:). Есть, кстати, очень взаимосвязанная характеристика масла – кислотное число. Выражается в тех же миллиграммах KOH, но уже немножко по-другому. Это количество гидроксида калия, нужное для нейтрализации всех кислот, содержащихся в 1 грамме масла. Чтобы усвоить эти мудрёные сентенции, попробую объяснить «на пальцах». Допустим, у масла в начале использования щелочное число равно 7, а кислотное = 1.5. Это значит, что кислоты полностью нейтрализуются и ещё остаётся большой запас прочности. По мере выработки антиоксидантов щелочное число будет уменьшаться, а кислотное – увеличиваться. Когда они сравняются, у масла не останется запаса прочности и в дальнейшем оно не сможет бороться с процессами окисления, а значит, начнёт активно превращаться в негодную к использованию отработку. Такое масло нужно срочно менять.

Присадки для защиты поверхностей двигателя.

Теперь посмотрим, чем масло защищает наш движок. На страже мотора стоят:

• противоизносные присадки
• модификаторы трения (антифрикционные присадки)
• противозадирные присадки
• детергенты (моющие присадки)
• диспергирующие присадки
• антикоррозионные присадки

Пробежимся по функциям и принципу действия. В качестве противоизносной присадки часто используют соединения серы, которые при больших нагрузках и температурах образуют на поверхности детали плёнку сульфида железа, очень стойкого к износу соединения. Так что сера, от которой пытается избавить автомобильные масла европейская организация с названием ACEA (Association des Constracteurs Europeens des Automobiles – Ассоциация Европейских Производителей Автомобилей) во имя экологии, очень даже нужна в двигателе в разумных количествах, поскольку обеспечивает его защиту от износа. Оговорка про количества есть, поскольку кроме защиты двигателя, она же является компонентом образования серной кислоты, с которой уже приходится бороться антиокислительной присадке. Такая вот взаимосвязь.

Антифрикционные присадки (модификаторы трения) нужны для снижения трения (надо же:)) в двигателе. Широко используется в этом качестве дисульфид молибдена (есть даже масла, которые козыряют этим на этикетке, у Mannol, например, у LiquiMoly…). В масле этот материал оседает на поверхности деталей и при соприкосновении их друг с другом расслаивается подобно графиту (в силу особенностей своего молекулярного строения) при небольших нагрузках, уменьшая, таким образом потери на трение.

Противозадирные присадки работают там, где износ происходит в результате циклического повторения ударных нагрузок (например, пара кулачок-толкатель в ГРМ). Усилие кулачка таково, что верхний слой толкателя разрушается при соприкосновении. Чтобы этого не происходило, на толкателе образуется защитная плёнка из присадки, которая разрушается вместо металла при ударе кулачка, но тут же образуется снова. Применение одновременно противоизносных и противозадирных присадок обусловлено тем, что каждая из них наиболее работоспособна в разных условиях. Одни лучше справляются с высокими напряжениями, другие выдерживают высокие температуры и т. д. ….

Детергенты – это присадки, отмывающие двигатель от отложений на его поверхности и предотвращающие повторное загрязнение. Их молекулы прикрепляются к частицам отложений и образуют электрически заряженную оболочку, которая выталкивает грязь в объём масла. Также они способны прикрепляться к поверхности металлов и отталкивать частички грязи не давая им повторно оседать на двигателе.

Диспергирующие присадки занимаются тем, что вылавливают нерастворимые частицы в масле и обволакивая их, держат во взвешенном состоянии, не позволяя осесть где-нибудь в укромном уголке и образовать слой грязи в моторе. Не буду утомлять перечислением названий этих присадок, лично я с трудом воспринимаю всю эту алкилфенольную и сукцинимидную терминологию, да и ни к чему это нам здесь.

Антикоррозионные присадки предотвращают коррозию цветных металлов в двигателе, образуя на их поверхности плёнку, не разрушаемую при трении, под воздействием детергентных присадок и слабых кислот, образующихся при работе двигателя. Дабы не путать антиокислительное и антикоррозионное действие, достаточно вспомнить, что антиоксиданты защищают масло, а антикоррозионные присадки – детали двигателя. При этом многие присадки совмещают в себе эти два эффекта.

Вот схемка состава пакета присадок.

Многофункциональность и синергия.

Вообще, нужно учитывать, что очень часто присадки обладают комплексным действием, сочетая в себе две и более функций из вышеперечисленных. Например, дитиофосфаты цинка отметились практически во всех описанных свойствах (за исключением вязкостных). Другое дело, что у каждой присадки есть основное действие и второстепенное. В то же время для обеспечения одной и той же функции в разных узлах двигателя может применяться несколько разных присадок. Также нужно учитывать такое явление как синергия и обратную ему антагонистичность. Несколько присадок могут применяясь вместе могут давать дополнительный эффект, превышающий простую сумму отдельных эффектов, это и есть синергетический эффект. Однако может быть и наоборот, две присадки взаимно нейтрализуют действия друг друга. К тому же многие присадки, имея основной положительный эффект, дают проседание по другим параметрам, и для его нейтрализации приходится добавлять ещё что-то. Производители масел тратят много сил и времени на то, чтобы подобрать композицию присадок с оптимальным синергетическим эффектом при умеренной стоимости. Выглядит это как множество экспериментальных замесов с последующим их тестированием и анализом результатов. Именно поэтому никто из производителей категорически не рекомендует добавлять в их масла посторонние присадки/добавки. Неизвестно, какой суммарный эффект будет у этой новой смеси, может оказаться, что вся эта кропотливая работа пошла насмарку. Так что в данном случае имеет смысл послушать их и не искушать судьбу. Хотя, конечно, если есть достаточный багаж знаний, чёткое представление того, что и зачем заливаешь, и понимание возможных негативных последствий, то почему бы и нет. В конце концов дозировка присадок рассчитана с некоторым резервом, который, например, тратится на нейтрализацию несливаемого остатка масла после замены, и в случае чего, может смягчить последствия подобных экспериментов.