Властивості моторних олив

Розглянемо, які ж властивості має мати якісна олива, щоб виконати всі функції які покладені на неї.

У двигуні внутрішнього згоряння неминучі високотемпературні відкладення. Уміння їх змивати – одна з найважливіших властивостей моторної оливи. Але змити недостатньо, частинки цих відкладень необхідно розчинити та нейтралізувати. За це відповідають диспергуючі властивості оливи.

Миючі-диспергуючі властивості характеризують здатність масла забезпечувати необхідну чистоту деталей двигуна, підтримувати продукти окислення та забруднення у зваженому стані. Чим вище миючі та диспергуючі властивості оливи, тим більше не розчинних речовин (продуктів старіння) може утримуватися в робочій оливі без випадання в осад, і тим менше лакоподібних відкладень та шламу утворюється на поверхні деталей. А як наслідок – може досягатися більш висока допустима температура у двигуні (ступінь форсування ДВЗ).

У складі моторного мастила як миючі присадки використовують сульфонати, алкілфеноляти, алкілсаліцилати і фосфонати кальцію або магнію. Раціональне поєднання зольних присадок і беззольних дисперсантів, забезпечує зменшення низькотемпературних відкладень у двигуні і позитивно впливає на швидкість забруднення масляних фільтрів. Модифіковані беззольні дисперсанти також сприяють зменшенню нагароутворення на поршнях та кільцях.

При роботі ДВЗ на паливі зі збільшеним вмістом сірки миючі присадки, що підвищують в оливі лужне число, перешкоджають утворенню відкладень на деталях двигуна шляхом нейтралізації кислот, що утворюються з продуктів згоряння палива.

Металовмісні миючі присадки підвищують зольність масла, що може призвести до утворення зольних відкладень у камері згоряння, замикання електродів свічок запалювання, передчасного займання робочої суміші, прогар випускних клапанів, зниження детонаційної стійкості палива. Тому сульфатну зольність моторних масел обмежують верхньою межею. Її допустиме значення залежить від типу і конструкції двигуна, витрати масла на чад, умов експлуатації та від виду палива, що застосовується. Найменш зольні оливи необхідні для змащування двотактних бензинових двигунів, а також двигунів, що працюють на газі.

Антиокислювальні властивості значною мірою визначають стійкість оливи до старіння. Умови роботи моторного масла в двигуні настільки жорсткі, що запобігти його окисленню повністю практично неможливо.

Окислення масла призводить до зростання його в’язкості та корозійності, схильності до утворення відкладень, забруднення масляного фільтра та інших несприятливих наслідків (утруднення холодного пуску, погіршення прокачування оливи).

Значно загальмувати процеси окислення оливи можна відповідним очищенням базових масел від небажаних сполук, присутніх у сировині, використанням синтетичних базових компонентів, а також введенням ефективних антиокислювальних присадок.

Окислення мастила в двигуні найбільш інтенсивно відбувається в тонких плівках оливи на поверхнях деталей, що нагріваються до високої температури і стикаються з гарячими газами (поршень, циліндр, поршневі кільця, напрямні та клапани). В об’ємі олива окислюється менш інтенсивно, так як у піддоні картера, радіаторі, маслопроводах температура нижче і поверхня контакту оливи з окислюючим газовим середовищем менше.

На швидкість і глибину окислювальних процесів значно впливають забруднення неорганічного походження (з’єднання міді та заліза), які утворюються внаслідок зношування деталей двигуна та їх корозії. Ще більше на окислення оливи впливають продукти, що потрапляють до неї від неповного згоряння палива. Вони проникають в оливу разом із газами, які прориваються з надпоршневого простору в картер.

Стійкість моторних масел до окиснення підвищується введенням до його складу антиокислювальних присадок. Найкращий антиокислювальний ефект досягається при додаванні в оливу присадок, що мають різний механізм дії. Як антиокислювальні присадки до моторних олив застосовують діалкіл і діаріл дитіофосфат цинку. Вони покращують протизносні та антикорозійні властивості мастила, тому їх часто комбінують один з одним і беззольними антиокислювачами. Досить енергійними антиокислювачами є деякі миючі та диспергуючі присадки, зокрема алкілсалицилатні та алкілфенольні.

Протизносні властивості моторної оливи залежать від хімічного складу базового мастила, загального складу присадок та в’язкісно температурних характеристик самої оливи. Це в основному і визначає температурні межі його застосування (захист деталей від зношування при холодному пуску двигуна та максимальних температурних навантаженнях).

При роботі на паливі з високим вмістом сірки, а також в умовах, що сприяють утворенню азотної кислоти з продуктів згоряння (газові двигуни, дизелі з високим наддувом), найважливішою характеристикою здатності масла є запобігання корозійному зносу поршневих кілець і циліндрів.

Фактори, що впливають на знос деталей ДВС і різні режими тертя деталей, ускладнюють оптимізацію протизносних властивостей моторних масел. Надання маслу максимальної нейтралізуючої здатності та введення до його складу дитіофосфатів цинку, часто виявляється достатнім для запобігання корозійно-механічному зношування та уникнення задирів. Однак тенденція до застосування малов’язких мастил, для досягнення економії палива та зменшення витрати на чад, потребує поліпшення їх протизносних властивостей. Це досягається введенням спеціальних присадок, що містять сірку, фосфор, бор а також беззольні дисперсанти, що містять протизносні фрагменти.

Великий вплив на знос має наявність в оливі абразивних забруднень. Їх наявність у свіжому маслі не допускається, а олива що вже працює в двигуні, повинна піддаватися очищенню у фільтрах, центрифугах, сепараторах. Високі диспергуючі властивості оливи також зменшують шкоду, що надається дією абразивних частинок.

Антикорозійні властивості моторних масел залежать від складу базових компонентів, концентрації та ефективності антикорозійних, антиокислювальних присадок та деактиваторів металу. Антикорозійні присадки захищають антифрикційні матеріали, утворюючи на поверхні міцну захисну плівку. Антиокислювачі перешкоджають утворенню агресивних кислот, а присадки деактиватори запобігають поверхні металів від корозійного руйнування. Мінеральні оливи з мало сірчистої нафти і високим вмістом парафінових вуглеводнів, найбільш схильні до корозійності в процесі старіння. Їхні вуглеводні в ході окислення, утворюють органічні кислоти, які взаємодіють з кольоровими металами та їх сплавами.

В’язкісно температурні властивості – одна з найважливіших характеристик моторної оливи. Від цих властивостей залежить за якої температури навколишнього середовища ця олива може забезпечити запуск двигуна без попереднього підігріву (прокачування масла насосом по всій системі при мінусі), а також надійне змащування, очищення та охолодження деталей двигуна при значному навантаженні.

Навіть у помірних кліматичних умовах, діапазон зміни температури оливи від холодного пуску взимку до максимального прогріву, в підшипниках колінчастого валу або в зоні поршневих кілець становить від -30°С до +150°С. В’язкість масел у цьому інтервалі температур змінюється багаторазово.

Сьогодні універсальні оливи мають стабільну в’язкість при високій температурі і забезпечують легкий запуск двигуна при мінусовій температурі навколишнього середовища. В’язкісно температурні властивості всесезонних масел такі, що при мінусових температурах вони подібні до зимових, а в умовах високих температур – літніх. Всесезонні оливи змінюють свою в’язкість під впливом не тільки температури, а й швидкості зсуву, причому це тимчасова зміна. Із зменшенням швидкості відносного переміщення деталей, що змащуються, в’язкість зростає, а зі збільшенням – знижується. Цей ефект більше проявляється при низькій температурі, але зберігається і при високій, що має два позитивні наслідки: більше зниження в’язкості на початку прокручування холодного двигуна стартером полегшує його запуск, а в прогрітому двигуні невелике зниження в’язкості масла в зазорах між поверхнями тертя, зменшує втрати енергії і пального.

Характеристиками в’язкісно-температурних властивостей служать кінематична в’язкість і динамічна в’язкість. А також – індекс в’язкості – показник в’язкісно температурної залежності, що розраховується за значенням кінематичної в’язкості оливи, виміряної при 40°С і 100°С. Синтетичні базові компоненти мають індекс в’язкості 120-150, що дає можливість отримувати на їх основі всесезонні оливи з широким температурним діапазоном працездатності.

До низькотемпературних характеристик масел відносять температуру застигання, коли олива вже не тече під впливом сили тяжкості, тобто втрачає плинність. Вона повинна бути на 5°С – 7°С нижче тієї температури, при якій масло повинно забезпечувати прокачування. У більшості випадків застигання моторних масел обумовлено утворенням в обсязі охолоджуваного масла кристалів парафінів.

Температура застигання масла вказує лише на можливість перелити його з каністри в двигун, не вдаючись до попереднього підігріву. Однозначного взаємозв’язку температури застигання оливи з її пусковими властивостями на холоді немає.

Температура спалаху. Якщо масло нагрівати, його пари утворюють з повітрям суміш. Температуру, за якої ці пари здатні спалахнути, називають температурою спалаху. Температура спалаху пов’язана з фракційним складом оливи та структурою молекул базових компонентів. За інших рівних умов висока температура спалаху краща. Вона суттєво знижується порівняно з вихідним значенням, якщо в процесі роботи олива розріджується паливом через несправності двигуна (система подачі палива, система запалювання).

Сульфатна зольність. При згорянні оливи утворюється зола, яка складається з солей і мінералів, що знаходяться в оливі у зваженому стані. При очищенні базового мастила зольність має бути мінімальною і складати близько 0,005% і менше. Однак при введенні необхідних для якісного масла присадок, зольність різко зростає і досягає 1-1,5%. Сульфатна зольність оливи у процесі роботи двигуна майже не змінюється і в нормативній документації обмежена верхньою межею. Це зумовлено тим, що надмірно зольна олива може сприяти підвищеному зносу деталей, внаслідок абразивної дії на поверхню тертя. А також призводити до передчасного займання робочої суміші через утворення відкладень у камері згоряння та несприятливо впливати на працездатність свічок запалювання.

Базові оливи практично беззольні. Досить висока сульфатна зольність моторних масел зумовлена ​​наявністю в їх складі миючих присадок, що містять метали. Ці присадки необхідні для запобігання нагару та лакоутворенню на поршнях, кільцях, клапанах і надання мастилам здатності нейтралізувати кислоти. Чим більше лужне число, тим більше кислот, що утворюються при окисненні масла і згорянні палива може бути переведено в нейтральне з’єднання. В іншому випадку ці кислоти викликали б корозійне зношування деталей двигуна і посилили процеси утворення різних вуглецевих відкладень. При роботі оливи у двигуні, його лужне число неминуче знижується. Таке зниження має допустимі межі, після досягнення яких мастило вважається таким, що втратило свою працездатність. Тому, за інших рівних умов, краща олива та – у якої лужне число вище.