Исследование срабатываемости присадок в моторных маслах и установление срока их службы

Депрессорные присадки.

При сильном понижении температуры масла в нем начинают образовываться кристаллы парафинов, которые срастаясь, образуют пространственный каркас, что ведет к потере подвижности масла (оно становится похожим на желе) и в результате ухудшается низкотемпературный пуск двигателя и прокачиваемость масла по каналам. В процессе производства базовых масел часть парафинов удаляют, но полное их удаление по технологическим и экономическим причинам невозможно (сильно возрастают затраты на получение базового масла). Обычно минеральное базовое масло имеет температуру застывания около -15°С. Возможность получения минеральных моторных масел с температурами застывания -30°С …-35°С достигается путем введения в масло депрессорных присадок. Эти присадки предотвращают срастание кристаллов парафина, но не предотвращают их появление вообще (принцип действия такой же, как у дизельных антигелей). Депрессорные присадки могут занимать в объеме масла до 1% могут снизить температуру его застывания - на 20°C и более.

Модификаторы трения.

Для современных двигателей все чаще стараются использовать масла с модификаторами трения, позволяющими снизить коэффициент трения между трущимися деталями с целью получения энергосберегающих масел. Наиболее известные модификаторы трения -графит и дисульфид молибдена.В современных маслах их очень сложно использовать, поскольку эти вещества нерастворимы в масле, а могут быть только диспергированы в нем в виде маленьких частиц. Это требует введения в масло дополнительных дисперсантов и стабилизаторов дисперсии, однако это все равно не позволяет использовать такие масла в течение длительного времени. Поэтому в настоящий момент в качестве модификаторов трения обычно используют маслорастворимые эфиры жирных кислот, обладающих очень хорошим прилипанием к металлическим поверхностям, формированием на них слоя молекул, снижающих трение.

Реметаллизаторы -- составы, в которых в нейтральном носителе, полностью растворимом в масле, содержатся соединения или ионы мягких металлов. Эти соединения, попадая в зону трения, заполняют микронеровности и создают плакирующий слой, восстанавливающий поверхность. Его соединение с основным металлом происходит на механическом уровне. Поверхностная твердость и износостойкость слоя существенно ниже соответствующих параметров стали или чугуна, из которых изготовлены основные детали двигателя, поэтому для существования слоя необходимо постоянное присутствие реметаллизатора в масле.

Замена масла в данном случае быстро сводит к нулю эффект от начальной обработки. Более того, даже кратковременное отсутствие препарата в масляной системе приводит к «состругиванию» защитного слоя с поверхности цилиндров поршневыми кольцами, особенно в пусковых режимах. Поэтому нередко наблюдаются случаи заклинивания двигателя после обработки такими препаратами.

Выходит, реметаллизаторы для мотора подобны сильным наркотикам для человека -- даже однократное их применение вызывает быстрое «привыкание», и любая попытка отказа от использования этих препаратов весьма болезненна. Приходится принимать радикальные меры, вплоть до капитального ремонта.

Ситуация с тефлонсодержащими препаратами аналогична. Тефлон -- хороший антифрикционный и антипригарный материал, эффективно работающий практически сразу после попадания в зону трения. Однако хорошо известна и нестойкость тефлоновых покрытий. Потому, в частности, сомнительны утверждения некоторых фирм, будто однократная обработка двигателя препаратом этой группы обеспечивает длительность действия антифрикционного слоя порядка 1 млн миль (!) пробега.

Как и в предыдущем случае, для эффективной работы присадки необходимо ее постоянное присутствие в масле. Кроме того, тефлон -- теплоизолятор, и наличие тефлонового слоя на стенках камеры сгорания ведет к существенному росту температур газа в цилиндре. С одной стороны, это хорошо, поскольку увеличивается эффективность работы двигателя и снижается выброс СО и СН, с другой -- наблюдается практически двукратный рост выхода окислов азота в отработавших газах. Вдобавок наличие фторсодержащих частиц тефлона в зоне горения приводит к образованию в отработавших газах следов ядовитого фосгена. Именно поэтому применение таких препаратов резко ограничено в США и Западной Европе.

Отмечены также случаи, когда длительное использование тефлоновых препаратов приводило к закоксованию поршневых колец и, как следствие, перегреву поршней и выходу силового агрегата из строя.

Полимерные антифрикционные препараты появились раньше остальных. Эти препараты создавались специалистами оборонной промышленностью и изначально имели узкое назначение -- обеспечить кратковременное сохранение подвижности боевой техники в случае серьезного повреждения масляной системы.

Долгая работа препарата в масляной системе двигателя обычного автомобиля была исследована слабо. Видимый эффект от использования полимерных антифрикционных препаратов сводился к росту мощности мотора и снижению расхода топлива.

У изношенного двигателя на малых оборотах гасла контрольная лампа давления масла, из чего делался вывод о восстанавливающем действии препарата. Однако эффект снижения расхода топлива быстро пропадал, а причина увеличения давления масла со всей очевидностью вскрывалась при разборке двигателя: приемный грибок масляного насоса и масляные каналы «зарастали» полимером, сечения каналов уменьшались, что и приводило к росту давления.

Уменьшение расхода масла, естественно, отрицательно сказывалось на работе подшипников двигателя. Пока действовала полимерная защита поверхностей трения, это было не очень заметно, но, как только она пропадала, износ двигателя и расход топлива резко возрастали, а мощность падала. Следует отметить, что современные полимерные препараты недалеко ушли от «Аспект-модификатора» первого поколения.

Действие ремонтно-восстановительных составов (РВС), содержащих минеральные присадки, базируется на уникальных свойствах порошка серпантивита (змеевика), открытых в СССР при бурении сверхглубоких скважин на Кольском полуострове. Тогда неожиданно обнаружилось, что при прохождении слоев горных пород, насыщенных минералом серпантивитом, ресурс режущих кромок бурового инструмента резко увеличивается.

Дальнейшие исследования показали, что серпантивит в зоне контакта бура с горной породой разлагается с выделением большого количества тепловой энергии, под воздействием которой происходит разогрев металла, внедрение в его структуру микрочастиц минерала и образование композитной металлокерамической структуры (металл--минерал), обладающей очень высокой твердостью и износостойкостью.

Позже предпринимались многочисленные попытки применить порошки серпантивита для обработки двигателя. Обработка поверхностей трения в моторе действительно наблюдается -- происходит микрошлифовка поверхностей цилиндров, растет компрессия, падает скорость износа. Однако применение РВС в двигателях неожиданно столкнулось с серьезной проблемой: агрегат, обработанный минералами, теряет температурную стабильность. Температура охлаждающей жидкости в контуре охлаждения перестает реагировать на режим -- обороты коленчатого вала и нагрузку.

Объяснение этому простое. На пути основного теплоотвода от поршня через поршневые кольца встало дополнительное мощное тепловое сопротивление -- металлокерамический слой. Сначала это старались выдать за дополнительное достоинство РВС, но вскоре стали наблюдаться многочисленные случаи выхода двигателей из строя по причине перегрева деталей ЦПГ. Чаще всего такой эффект отмечается в предельных режимах работы мотора, но кто может дать гарантию, что двигатель не заклинит, когда вы захотите резко стартовать после долгого стояния в уличной пробке жарким летним днем?

Помимо прочего выявилось, что в процессе приработки двигателя с РВС из-за резко возросших температур цилиндра значительно увеличивается расход масла и достаточно часто отпускаются термофиксированные поршневые кольца. Разработчики РВС не учли также, что в моторе работают пары трения с различными механическими свойствами. И если в цилиндре поверхности поршневых колец и гильзы цилиндра (блока) имеют примерно одинаковую твердость, то при работе пар «тронк поршня--гильза цилиндра» и «шейка коленчатого вала--вкладыш подшипника» поверхностная твердость различается, как минимум, на порядок (!). В этих парах происходит не микрошлифовка поверхности с образованием защитного слоя, а простой абразивный износ, при котором твердые частицы минералов внедряются в мягкие поверхности, нарушая их структуру и ухудшая условия формирования смазочных слоев.

Действие эпиламных (эпиламоподобных) антифрикционных препаратов построено на базе формирования т.н. эпиламных слоев на всех поверхностях трения двигателя. В зоне трения под воздействием высоких контактных давлений и температур реализуется механизм локальных поверхностных реакций, при котором «съедаются» выступы шероховатостей. Продуктами реакции -- соединениями металлов -- заполняются впадины шероховатостей и дефекты поверхности, образовавшиеся в процессе эксплуатации силового агрегата.

Испытания показали, что чистота поверхности после формирования упрочненного слоя на 60 -- 80% выше, чем до обработки, при этом резко возрастают поверхностная твердость и износостойкость покрытия. Кроме того, формируется специальная микроячеистая «сотовая» структура, способствующая удержанию масла.

Пакет присадок. Получение моторных масел. Все компоненты, входящие в состав моторного масла (противоизносные присадки, антиокислительные присадки, антикоррозионные присадки, антипенные присадки, модификаторы трения, ингибиторы коррозии, моющие и диспергирующие присадки), как правило, поставляются в виде сбалансированного пакета присадок, в котором соотношение компонентов четко фиксировано, проверено на совместимость и обеспечиваются наилучшие эксплуатационные свойства для каждого типа моторного масла с заданными требованиями. Именно по этой причине большинством производителей техники и смазочных материалов категорически запрещены дополнительные присадки в масла. Разработка нового пакета присадок часто занимает не один год и стоимость его для компании может составлять несколько миллионов долларов. Пакеты присадок смешивают по четко прописанной рецептуре с базовыми маслами (смешивание еще называют блендинг).

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ БАЗОВОГО МАСЛА