В целях улучшения эксплуатационных свойств моторного масла и увеличения интервалов замены в его состав вводятся специальные присадки: антикоррозионные, щелочные, моюще-диспергирующие, противопенные, противоизносные, противозадирные и др. Рассмотрим основные свойства масел, характерные для них проблемы и способы их решения с помощью различных присадок.
Окисление масла
Низко- и высокомолекулярные органические кислоты, образующиеся в результате окисления масла, могут вызывать коррозию металлов. Причиной окисления масла зачастую становятся активные сернистые соединения, проникающие в него после сгорания топлива с повышенным содержанием серы.
Для предотвращения коррозии металлов в моторное масло вводятся специальные антикоррозийные присадки, содержащие, главным образом, органические соединения. В их молекулы входят сера или фосфор, а иногда оба этих элемента. Они способны образовывать на поверхности металлических деталей пленку, защищающую их от коррозии.
Для предотвращения коррозийного действия продуктов окисления и нейтрализации коррозийно-агрессивных продуктов сгорания сернистых топлив в масло вводятся щелочные присадки (например, сульфонаты). С увеличением в масле концентрации этих нейтрализующих присадок заметно снижается коррозийный износ деталей цилиндро-поршневой группы.
Зольность масла
Зола образуется при сгорании масла. Она представляет собой частицы окислов металлов, которые в двигателе играют роль абразива, способствующего износу трущихся деталей, больше всего – поршневых колец. Содержание золы в масле должно быть минимальным. У различных типов масел содержание золы отличается процентным составом: например, у М8ГИ зольность составляет около 0,8 %, у M12г1 – 1,2-1,3 %, а у М63/10Г1 – 1,65 %.
Чем лучше очищено масло, тем меньше его зольность. Зольность масла увеличивается после введения в него присадок с металлоорганическими соединениями в составе. Поэтому в ГОСТах и ТУ на масла должна указываться их зольность до и после введения присадки. Наличие золы в масле в определенных пределах допустимо, так как это может являться следствием наличия в масле важнейших присадок (противоизносных, противозадирных, защитных и др.), которые делают масло высококачественным.
Для устранения отрицательного действия присадок, введение которых увеличивает зольность масла, используются специальные моюще-диспергирующие добавки – сульфонаты, феноляты, салицилаты металлов (бария, кальция, магния и т. д.)
Под моющим эффектом понимается способность масла препятствовать прилипанию загрязняющих примесей к поверхности деталей двигателя. Под диспергирующей способностью – свойство масла препятствовать укрупнению частиц, загрязняющих примесей и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии.
Действие диспергирующих присадок заметно проявляется при работе двигателей на низкотемпературных режимах, при резкой интенсивности загрязнения масла. Например, при использовании масла М-8А (АС – 8) в двигателе ГАЗ-31029 в условиях езды по городу загрязнение бумажного масляного фильтра происходит через 3000-4000 км. Переход на масла группы Г, имеющие в своем составе диспергирующие присадки, увеличивает срок службы фильтрующих элементов в 3-4 раза. Моюще-диспергирующие свойства являются основными в определении качества моторных масел, и момент начала их снижения является сигналом для замены (загрязнение масла и т. п.).
Потеря текучести масла при низких температурах
Потеря текучести масла в холодное время года может привести к прекращению его поступления к узлам трения и подшипникам. Потеря текучести происходит в результате выделения из него твердых парафиновых углеводородов. Масла не должны содержать каких-либо механических примесей и воды, а количество минеральных веществ в присадках не должно превышать 0,015 %.
Эти вещества абразивными не являются. Содержание воды в масле ухудшает его смазочные свойства. Кроме того, вода вызывает коррозию поверхностей трения и ослабляет действие присадок. Особенно опасно наличие воды в масле в зимнее время года. Например, при содержании в масле с присадкой ВНИИ НП-360 более 0,3 % воды, возможно выпадение присадки в осадок.
Коксуемость масла
Свойство моторного масла под влиянием высоких температур разлагаться и образовывать твердый осадок (кокс) называется коксуемостью. Интенсивность этого показателя зависит от химического состава масла, степени его очистки, наличия присадок. Несмотря на то, что введение присадок в масло увеличивает его коксуемость по сравнению с базовым, это не означает, что его качество ухудшается.
Антипенные свойства масла
Образование пены в масле ухудшает смазывание трущихся деталей, усиливает его окисление и искажает уровень в картере двигателя. Для борьбы со вспениванием масла предназначены специальные антипенные присадки. Среди них широкое распространение получили полимерные кремнеорганические соединения (силиконы или полисиликоны).
Действие противопенных присадок основано на снижении прочности поверхностных масляных пленок из-за адсорбции на них молекул присадок, которые относительно плохо растворяются в минеральных маслах и находятся, в основном, на поверхности раздела фазы воздух-масло, увеличивая скорость разрушения пены.
Образование на границе воздух-масло барьера из полимерных молекул кремнеорганических соединений, создает определенные трудности для прохождения кислорода в глубь масла и повышает его устойчивость к окислению. Пенообразование уменьшается с повышением температуры масла, так как при этом снижается вязкость масла и стойкость пены. При сгорании противопенной присадки образуется абразивный оксид кремния SiO2, поэтому концентрация этих присадок в масле должна быть минимальной. Противопенные присадки добавляются в моторное масло в количестве 0,002-0,005 %.
Противозадирные и противоизносные свойства масла
Износ деталей двигателей внутреннего сгорания является результатом механических или химических превращений, возникающих на их трущихся поверхностях. Максимальное снижение износа деталей можно обеспечить разделением трущихся поверхностей устойчивым слоем масла. Однако в реальных условиях эксплуатации это не всегда представляется возможным.
Степень износа можно снизить, регулируя химический состав масла и содержание в нем поверхностно-активных веществ, определяющих прочность смазочной пленки. С этой целью в моторные масла вводятся противоизносные и противозадирные присадки.
По механизму действия эти присадки можно условно разделить на две группы:
- Поверхностно-активные вещества, адсорбирующиеся на рабочих поверхностях деталей и образующие ориентированную структуру в пристенном слое (физическая адсорбция)
- Химически-активные вещества, под действии которых на поверхности металла образуются новые соединения (хемосорбция)
Присадки первой группы придают новые свойства смазочным пленкам, в результате чего последние приобретают большую способность сопротивляться выдавливанию, чем смазочные пленки, образованные маслами без присадок. Присадки, работающие по принципу физической адсорбции, обычно увеличивают «маслянистость», т. е. способность понижать трение в большей мере, чем это следует из значения вязкости масла.
В тяжелых условиях работы, когда износ может принимать катастрофический характер, основной целью использования присадок является предотвращение задира трущихся пар.