3. Нефтяные масла

Нефтяные масла получают при перегонке темных фракций нефти (мазута) и физической его очистке от нежелательных примесей. Используются они для обеспечения смазки в различных машинах и механизмах и для промышленных целей.

По способу выделения из нефти нефтяные масла подразделяют на:

• дистиллятные, получаемые при вакуумной перегонке мазута;

• остаточные, получаемые из остатка перегонки мазута – гудрона;

• компаундированные, получаемые смешиванием дистиллятных и остаточных компонентов.

По способу очистки различают неочищенные масла, масла кислотно- щелочной, кислотно-контактной, селективной и адсорбционной очистки, гидрокрекинга. Основное количество масел производят с использованием процессов селективной очистки (очистки избирательными растворителями).

По области применения различают смазочные нефтяные масла и специальные (например, масла, которые служат электроизоляционной средой в трансформаторах, конденсаторах, кабелях, масляных выключателях и др.) Наибольшее распространение имеют смазочные масла.

Смазочные масла применяются практически во всех областях техники и, в зависимости от назначения, выполняют следующие функции: уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между сопряженными деталями, удаляют с трущихся поверхностей загрязнения и продукты изнашивания.

Смазочные масла подразделяются на 6 групп по области применения:

• индустриальные (для смазывания подшипников и пар трения металлообрабатывающих станков и промышленного оборудования);

• турбинные (для смазывания и охлаждения подшипников паровых и газовых турбин, турбокомпрессоров и генераторов электрического тока);

• компрессорные (для воздушных и холодильных компрессоров);

• приборные;

• трансмиссионные (для смазки зубчатых передач в коробках передач, ведущих мостах, механизмах рулевого управления, а также в гидравлических приводах машин и механизмов);

• моторные (для карбюраторных, дизельных и авиационных двигателей).

Моторные масла

Моторными маслами называют масла, применяемые для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания.

В зависимости от назначения их подразделяют на масла для бензиновых двигателей, масла для дизелей и универсальные моторные масла, которые предназначены для смазывания двигателей обоих типов.

Свойства моторных масел. Качество моторных масел определяется показателями физико-химических и эксплуатационных свойств.

Среди эксплуатационных свойств наиболее важны устойчивость к окислению, смазочная способность, защитные и антикоррозийные свойства, стойкость к старению, высокая стабильность при транспортировании и хранении в регламентированных условиях, малая вспениваемость при высокой и низкой температурах, малая летучесть, низкий расход на угар (экологичность).

К некоторым маслам предъявляют особые, дополнительные требования. Так, масла, загущенные полимерными присадками, должны обладать требуемой стойкостью к механической и термической деструкции; для судовых дизельных масел особенно важна влагостойкость и малая эмульгируемость с водой; для энергосберегающих – антифрикционность, благоприятные реологические свойства. Испытания моторных масел на соответствие требованиям стандартов технических условий проводятся по методикам соответствующих стандартов на методы испытаний моторных масел.

Вязкостно-температурные свойства – одна из важнейших характеристик моторного масла. От этих свойств зависит диапазон температуры окружающей среды, в котором данное масло обеспечивает пуск двигателя без предварительного подогрева, беспрепятственное прокачивание масла насосом по смазочной системе, надежное смазывание и охлаждение деталей двигателя при наибольших допустимых нагрузках и температуре окружающей среды. Даже в умеренных климатических условиях диапазон изменения температуры масла от холодного пуска зимой до максимального прогрева в подшипниках коленчатого вала или в зоне поршневых колец составляет до 180 - 190 С. Летние масла, имеющие достаточную вязкость при высокой температуре, обеспечивают запуск двигателя при температуре окружающей среды около 0 С. Зимние масла, обеспечивающие холодный пуск при отрицательных температурах, имеют недостаточную вязкость при высокой температуре. Именно по этим причинам сегодня наибольшее распространение получили внесезонные сорта масел, имеющие меньшую зависимость вязкости от температуры.

В качестве единиц измерения вязкости масел используют сантистокс МПа с (мм²/с) и сантипуаз (10Па^.с). Сантистокс (сСт) является единицей измерения кинематической вязкости, в основе которой лежит величина силы, необходимой для преодоления внутреннего трения жидкости. Кинематическая вязкость определяется в капиллярных вискозиметрах при 40 °С и 100 °С. Сантипуаз (сР) является единицей измерения динамической вязкости, которой часто выражают внутреннее трение масла при низких температурах. Соотношение сантистокса и сантипуаза выражается формулой:

сР = сСт  х, где х – плотность жидкости.

Приводя значение вязкости в любых единицах, обязательно указывают температуру, при которой она определяется.

Предельная температура прокачиваемости показывает самую низкую температуру, при которой масляный насос двигателя может перекачивать масло в системе смазки. Эту температуру можно считать самой низкой температурой безопасного пуска двигателя.

Индекс вязкости (ИВ) характеризует свойство жидкости разжижаться при повышении температуры. Это относительная величина, показывающая степень изменения вязкости в зависимости от температуры. Чем меньше изменяется вязкость, тем выше ее индекс и лучше вязкостно-температурные свойства. ИВ монофункциональных масел составляет примерно 95 – 100, а многофункциональных масел – даже свыше 200.

Температура вспышки отражает степень огнеопасности жидкости. Это определенная по стандартной методике температура, при которой из жидкости испаряются горючие газы в таком количестве, что они вспыхивают при поднесении открытого огня, но жидкость при этом не горит. При прочих равных условиях высокая температура вспышки предпочтительна.

Температура воспламенения – это температура, при которой газы, испаряющиеся из нагретой в открытом тигле жидкости, горят после поднесения огня по крайней мере 5 секунд. Температура воспламенения обычно выше температуры вспышки на 10 – 15 С.

Температура застывания. Масло загустевает при снижении температуры и при определенной температуре перестает течь под силой собственной тяжести. Эту температуру называют температурой застывания. Температура застывания зависит от вязкости и химического состав масла. У парафиновых масел застывание происходит из-за находящегося в составе масла воска, который образует кристаллы. У нафтеновых масел температура застывания ниже, чем у парафиновых. Синтетические масла обладают лучшей, по сравнению с минеральными маслами морозостойкостью.

Щелочное число. При работе двигателя в масло попадают кислотные соединения, которые появляются в процессе горения топлива. Их необходимо нейтрализовать, чтобы воспрепятствовать коррозии металлических деталей, для этого в масло добавляют присадки, которые создают щелочной резерв. Его величину выражают общим щелочным числом (TBN).

Зольность. При согрании масла образуется зола, что вызывано наличием металлосодержащих присадок. Зольность базового масла может быть минимальной – 0,005 % и меньше. Излишне зольное масло, проникая в кмеру сгорания и образуя отложения, может вызвать преждевременное воспламенение рабочей смеси и повышенный износ деталей вследствие абразивного воздействия на поверхности трения. Верхний предел зольности ограничивают в зависимости от назначения масел. Так, для применения в бензиновых двигателях легковых автомобилей он должен составлять не более 1,5 %, в дизельных моторах легковых автомобилей – не более 1,8 %, а в дизелях тяжелых грузовиков - не более 2,0 %.

Состав моторных масел. Все современные моторные масла состоят из базовых масел и присадок.

Базовые масла по классификации АРI подразделяются на пять групп:

Группа 1 – содержат менее 90 % предельных углеводородов, и/или 0,03 % серы и имеют индекс вязкости больший или равный 80 и меньший, чем 120;

Группа 2 – содержат не менее 90 % предельных углеводородов, и не более 0,03 % серы и имеют индекс вязкости больший или равный 80 и меньший, чем 120;

Группа 3 – содержат не менее 90 % предельных углеводородов, и не более 0,03 % серы и имеют индекс вязкости больший или равный 120;

Группа 4 – полиальфаолефины;

Группа 5 – базовые масла других типов (сложные спирты и эфиры)., не вошедшие в группы 1–4.

Моторные масла, вырабатываемые на основе базовых масел 1-ой и 2-ой групп, называются минеральными. Минеральные масла получают непосредственно при перегонке нефти, а, именно, из мазута. Они обладают рядом достоинств: хорошими смазывающими, противоизносными, антикоррозионными свойствами, а главное - низкой ценой, позволяющей им находить большой спрос у покупателей.

Масла, где в качестве основы используют смеси масел 1-ой, 2-ой и 3-ей или 4-ой групп, называют частично синтетическими или полусинтетическими. Им присущи хорошие термоокислительные и реологические (вязкостно-температурные) свойства.

Моторные масла, вырабатываемые полностью на базовых маслах 3-ей и 4-ой групп, называются синтетическими. Синтетические масла являются продуктом синтеза из газов (сырье – газ этилен С₂Н₄). Они обладают отличными реологическими свойствами, обеспечивающими надежный пуск двигателя в холодное время года, а также повышенной термостабильностью и низкой испаряемостью. Моторные масла на синтетических основах имеют существенно больший срок службы до замены и являются энергосберегающими.

• Синтетические моторные масла последнего поколения, отвечающие самым жестким современным требованиям производителей техники, изготавливаются на основе смеси базовых масел 4-ой и 5-ой групп.

Присадки к моторным маслам.

Необходимый уровень физико-химических и эксплуатационных свойств моторных масел обеспечивается сочетанием базовых масел с эффективными присадками, к которым относятся:

• антиокислительные, повышающие стойкость масел к окислению при высокой температуре;

• антикороззийные, защищающие металлические поверхности от воздействия агрессивных сред;

• детергенно-диспергирующие, предотвращающие отложения продуктов окисления на нагретых деталях двигателя и других механизмов;

• противо-износные и противозадирные, улучшающие смазочные свойства масел;

• депрессорные, понижающие температуру застывания масел;

• вязкостные, улучшающие вязкостно-температурные свойства масел;

• антипенные, предотвращающие вспенивание масел.

Некоторые присадки являются многофункциональными, так как улучшают одновременно несколько свойств масел.

Классификация моторных масел. Моторные масла классифицируют по трем основным признакам:

• вязкостно-температурные свойства;

• область применения и уровень эксплуатационных свойств;

• наличие или отсутствие энергосберегающих свойств.

Существуют различные системы классификации и обозначения моторных масел, установленные национальными и международными стандартами. В России это ГОСТ 17479.1 «Обозначение нефтепродуктов. Масла моторные».

Наибольшее распространение в настоящее время получили стандарты:

• SAE (Общество автомобильных инженеров - США);

• АРI (Американский институт нефти - США);

• АСЕА (Ассоциация европейских производителей автомобилей); ILSAC (Международный комитет по одобрению и стандартизации смазочных материалов).

Классификации и обозначение моторных масел по ГОСТ 17479.1.

Основные признаки классификации масел по стандарту – вязкость, назначение и уровень эксплуатационных свойств.

В зависимости от вязкости масла подразделяют на классы:

• зимние 3з, 4з, 5з, 6з;

• летние 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24;

• всесезонные 3з/8, 4з/6,4з/8, 4з/10,5з/10,5з/12, 5з/14,6з/10, 6з/14, 6з/16.

Буква «з», стоящая рядом с цифрой, указывает на то, что масло загущено присадками для сохранения достаточной вязкости при рабочей температуре двигателя. Во всех перечисленных классах, чем больше числовое значение, тем больше вязкость.

В зависимости от области применения и типа двигателя масла делятся на группы от А до Е с индексами: «1» – для бензиновых двигателей; «2» – для дизельных двигателей.

А - для нефорсированных двигателей;

Б - для малофорсированных двигателей;

В - для среднефорсированных двигателей;

Г - для сильнофорсированных двигателей;

Д - для сильнофорсированных дизельных двигателей, работающих в тяжелых условиях;

Е - для тихоходных дизельных двигателей, работающих на топливе с высоким содержанием серы (до 3,5 %). Масла этой группы на тракторах и автомобилях не применяются.

Отсутствие индекса говорит об универсальности масла, т.е. о возможности его применения как в бензиновых, так и в дизельных двигателях.

Полное обозначение моторных масел включает сведения о виде смазочного материала: первая буква "М" обозначает масло моторное, последующая за ней цифра - класс вязкости, буквы от "А" до "Е" - группу эксплуатационных свойств, индекс "1" или "2" - область применения в бензиновых двигателях или дизелях, соответственно.

Так, марка М-10Г2 указывает, что это моторное (М) сезонное масло с вязкостью при температуре 100°С 10 сСт (10), предназначенное для сильнофорсированных (Г) дизельных (2) двигателей.

Классификация SAE

Стандарт SAE J-3000APR97 от 1 августа 2001 года классифицирует моторные масла по вязкостно-температурным свойствам и устанавливает 6 зимних и 5 летних классов моторных масел.

Зимние содержат в обозначении букву W (Winter – зима): 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W. Чем меньше число, стоящее перед буквой, тем ниже его температура застывания и легче пуск двигателя зимой.

Летние обозначаются: 20, 30, 40, 50, 60. Чем больше число, тем выше температура, при которой масло надежно смазывает детали двигателя в летних условиях.

Всесезонные масла имеют двойное обозначение, например, SAE 15W-40.

Для каждого класса SAE в стандарте определена максимальная вязкость при соответствующей температуре.

Классификация API

По эксплуатационным свойствам и назначению моторные масла подразделяются на две категории:

S (Servise) – для 4-тактных бензиновых двигателей легковых автомобилей, микроавтобусов и пикапов;

C (Commercial) – для дизелей коммерческих автотранспортных средств (грузовиков), промышленных и сельскохозяйственных тракторов, дорожно-строительной техники.

Обозначение класса состоит из двух букв латинского алфавита: первая (S или С) указывает категорию масла, вторая ( от А до L ) – уровень эксплуатационных свойств. Чем дальше от начала алфавита вторая буква, тем выше уровень свойств. Класс SL введен только в 2001 году и отличается от SJ существенно лучшими антиокислительными, противоизносными, противопенными свойствами, а также меньшей испаряемостью.

Универсальные масла для бензиновых двигателей и дизелей имеют обозначение обеих категорий, например API SG/CD, API SJ/CF.

Классы дизельных масел подразделяют дополнительно для двухтактных (CD-2, CF-2) и четырехтактных дизелей (CF-4, CG-4).

Энергосберегающие масла. Энергосберегающие масла обозначаются аббревиатурой ЕС (Energy Conserving), стоящей после обозначения класса API. Например, API SJ/ЕС. Энергосберегающие масла различных классов вязкости должны обеспечивать экономию топлива от 0,5 до 2,5 % и даже более в зависимости от категории масла.

Классификация АСЕА

Редакция стандарта 2002 г. предъявляет более жесткие эксплуатационные требования к маслам, чем API.

По классификации АСЕА моторные масла подразделяются на три класса и содержат 14 категорий:

А - для бензиновых двигателей (А1 – 02, А2 –96 выпуск 3, АЗ – 02, А4 –ХХ – резервная, А5 -02);

В - для дизельных двигателей легковых автомобилей и микроавтобусов (В1 - 02, В2 –98 выпуск 2, ВЗ –98 выпуск 2,В4 – 02 и В5 - 02);

Е - для дизельных двигателей грузовых автомобилей (Е2 – 96 выпуск 4, ЕЗ – 96 выпуск 4, Е4 – 99 выпуск 2, Е5 - 02).

Чем больше числовое значение, стоящее рядом с буквой, тем выше категория масла по эксплуатационным свойствам. Последние две цифры указывают год утверждения класса.

Классификация ILSAC

Классификация ILSAC разработана совместно JAMA (Ассоциация производителей автомобилей Японии) и ААМА (Ассоциация производителей автомобилей Америки). ILSAC содержит три класса масел для бензиновых двигателей легковых автомобилей: GF – 1, GF – 2, GF – 3. Все они являются энергосберегающими.

Для легковых автомобилей японского производства лучше всего подходит эта классификация, для американских автомобилей равноценны как масла по ILSAC, так и по API.