На форумах и в маркетинге часто используют красивые слова типа PAO и GTL в качестве технопоэтизмов.
Надо четко пояснить, что это такое, почему это просто, и почему не стоит думать, что ПАО или GTL - это что-то особенное и отличное от минеральных масел.
Молекулы ПАО и GTL представляют собой молекулы алканов, предельных насыщенных углеводородов.
Ложное использование слова "олефин" в ПАО происходит из-за сырья, применяемого для производства ПАО, например, децена, который является непредельным (олефином). Для получения ПАО с вязкостью 4 сСт (ПАО4) надо взять примерно 3 1-децена, провести полимеризацию/гидрировать (убрать двойную связь олефинов). Олефин децен нужен "альфа" (1-децен), чтобы с двойной связью было удобно работать. На выходе будет примерно C30H62 - ПАО4.
С GTL 4 сСт (кв100) молекула GTL4 аналогична, молекулярная формула примерно C30H62. НЕциклический алкан (☝🏻испр. несае) . Есть и другие жидкости с такой формулой, напоминающие эти базы - например, сквалан. Отличия только в изомерии и конформации. И, конечно, эти молекулы есть в минеральном масле. По молекулярной формуле они имеют абсолютно тот же вид - C30H62 (для более вязкого, чем 4 сСт, скажем, C50H102).
Так вот, молекулы ПАО и GTL - это самые обычные отборные молекулы НЕциклических алканов, которые ровно также есть и в минеральных маслах. И ровно такие же по молекулярным формулам CnH2n+2. Даже по конфигурации иногда они могут быть идентичны или близки, хотя здесь уже вариантов миллионы: Минеральные молекулы и GTL скорее напоминают строением сквалан, а ПАО - скорее полимерную молекулу. Но по общей химии они гомологичны.
Так что, когда вы видите технопоэтизмы - ПАО и GTL, не ведитесь. Это обычные алканы, не имеющие ничего в себе особенного. Очень примитивные и простые молекулы алканов. Любое минеральное масло содержит в себе алканы с разным количеством углерода. И содержит даже молекулы с тем же количеством углерода, что есть в ПАО и GTL схожей вязкости.
Правда, минеральные масла содержат еще и циклоалканы (циклические алканы) - а это уже совсем другая история (в GTL могут быть в небольшом количестве, сильно побитые жизнью, в ПАО нет совсем). И эти молекулы имеют ряд полезных свойств.
2. Тиражируемый общий миф, что двигатель рассчитан инженерами только на ту вязкость SAE, что указана в manual.
В расчете любого двигателя задается несколько диапазонов вязкостей + всегда существует и минимальная вязкость (рубеж катастрофического износа, группа «Пнемвмослон», песня «Катастрофический»), с которой двигателю предстоит иметь дело.
Например - при очень коротких поездках в горных и северных регионах вязкость масла окажется в среднем выше, чем при трассовых поездках. То есть более вязкое масло не должно оказаться проблемой. Оно и не является, но ничего хорошего в лишней вязкости нет. Холодное масло работает хуже и химически.
При этом разница между непрогретым до 100°C маслом и маслом, прогретым до этой температуры, составляет десятки сСт, а разница между SAE20 и SAE40 - 5 сСт.
Диапазоны вязкости, к которым двигатели адаптированы - значительны, но у двигателей есть требование еще и по минимальной вязкости.
Эти требования не сильно отличаются для всех легковых двигателей, от FERRARI до гибридной Honda. Разница лишь в том, насколько сильно двигатель может уронить вязкость и как легко она выйдет за рамки минимально допустимой. И да, рамки минимально допустимой гораздо ниже, чем даже SAE20. Также довольно нерационально выбирать вязкость с избытком, так как это попусту нагружает двигатель и может ухудшить физхим свойства масла (растворимость, присутствие лишних полимеров и тд).
3. Миф о том, что экологи заставили всех ездить на воде, а вот до 2010 года - в двигатель забивали только спасительный гуталин.
Экологи, были, есть и будут! Влияли, и влияют. CAFE - есть. Это - факт. НО!
Масла с низкой вязкостью широко применялись в автомобильном мире с 1930-х по 1960-е годы (частично и в 1970-е).
Гонка за увеличением вязкости началась с развитием загущенных "мульти" масел, которым долгое время не доверяли - с момента их появления в 1953 году и до полноценного изучения реологии полимеров в 1990-х.
Разные вязкости моторного масла
Рекомендации по выбору вязкости
Можно разные вязкости
Масла 10W-50 по вязкости могли считаться в то время эквивалентными моно-маслам SAE20/30, а 5W-40 - слабее!
При этом зимой очень часто использовали масла типа 10W, которые по факту соответствовали современным SAE8/12 (на нашем форуме - в музее - есть реальные примеры). Однако, учитывая низкие индексы вязкости, они могли уступать современным SAE8/SAE12 в способности удерживать вязкость при высоких температурах.
Эти масла производились в огромных объёмах в США с 1930-х до 1960-х.
Маловязкие масла 10W
Это маленький список 10W, собранный только за пару лет. Рынок этих масел был достаточно большой, что и сейчас можно достать остатки.
Да, в 1970-х и 1980-х, особенно в Европе, разразилась настоящая гонка за повышенной вязкостью. А страхи "слабых полимеров" - усугубились еще и введением теста HTHS (начало 1980-х) и ошибочными лимитами исключительно в Европе (CCMC).
Экологи, безусловно, сыграли свою "обратную" роль в том, что в США эта европейская гонка не получила широкого размаха между 1975-1985.
(Кстати, не только экологи - как и еще небольшое влияние Mobil 1)
В США уже к 1984 году - 5W/10W-30 с HTHS около 2.9 стало основной рекомендацией. Таким образом, в США, если судить по европейским стандартам, почти всегда использовались масла с пониженной вязкостью, за исключением короткого периода 1970-х/начала 1980-х, но с учетом и того, что в 1975 году появился Mobil 1 с его вязкостью, приближенной к 0W-16 (Mobil 1 5W-20 - главный синтетический продукт 1970-х).
Европа же оставалась в "гуталиновом раю" значительно дольше - с 1968 по 2000-е годы. А многие придуманные европейцами весьма СПОРНЫЕ МЕТОДЫ исследования моторных масел - такие как дизельная форсунка (начало 1970-х), тест на испаряемость Noack (конец 1930-х) и, частично, HTHS (где европейцы поспешили и ввели странные нормы с HTHS 3.5), касались исключительно увеличения вязкости. Зачастую без объективной необходимости.
Масло с низкой вязкостью в те годы, тем более загущенное, попросту не могло иметь ни низкий показатель испаряемости Noack, ни устойчивость к высоким нагрузкам на форсунке, ни тем более соответствовать HTHS 3.5.
Сейчас - форсунка и Noack, в общем, применяются в качестве bench-тестов и в США. Но в момент гуталиновой гонки в ЕС - этих тестов в США не было.
Интересный факт: первым мультигредным (многовязким) потребительским маслом в мире было именно маловязкое масло 5W-20 от 1952 года, подробнее -
Моторное масло Pennzoil вязкостью 20W-40 - история масла, интересные детали, подробный физико-химический анализ • Страница 1
oil-glup.ru
Какой вывод можно сделать? Во все времена, за исключением отдельных периодов, когда на рынке PCMO определенные стандарты правили бал в отдельных регионах, количество зольных присадок варьировалось. Никакой строгой формулы, что ZDDP нужно много, и что кальциевого мыла тоже должно быть с избытком, не существует.
(да, не забудем, что хитрые экологи заменили часть кальция на магний уже в 1970-х, но потом решили подождать 40 лет до LSPI)
Lubrichem 100% синтетика SAE 10W-40 на диэстерной основе, созданная в 1970-х и обещавшая безупречную защиту и стабильность на 25000 миль • Страница 1
oil-glup.ru
В общем, сегодня принято считать, что ZDDP и щелочноземельное мыло должны быть в масле в определенных количествах. Есть и другие, уже обязательные присадки. Пусть и компания
с этим поспорит, но некий консенсус все ж сформировался. Однако вопрос о том, сколько этих зольных присадок действительно необходимо, до сих пор остается спорным. Многие специалисты, руководствуясь не только/столько экологическими нормами, а собственными исследованиями, полагают, что повышенные дозы ZDDP или кальциевого мыла могут не только не принести пользы, но и оказаться вредными вашему же мотору.
"Британские ученые"? Это же очевидно.
Пусть скажут про какой нибудь другой компонент в пакете присадок, повышенное содержание которого не окажется вредно мотору.
Мотору нужна вязкость и немного противоизноски с антипенкой. И к сожалению загуститель для зимних пусков. Дальше мотор хочет убить масло, изрыгая в него пламя и заваливая пеплом, а масло зазывает наемников, некоторые из которых оказываются двойными агентами, тут лечат, там калечат
У моторных масел указывают несколько вязкостей при разных температурах. Из маркировки Xw-Y примерно понятно, какая вязкость у масла при 100°C, 150°C и, скажем, при -25°C. Но есть и разница в поведении вязкости.
Вязкость указывают как с привязкой к плотности (обычно это вязкость при 40°C и 100°C, скажем, KV100), так и без привязки. Эта KV вязкость с привязкой к плотности особого интереса не представляет. Это тоже вязкость, очень показательная, но ее поведение очень стабильное при точной температуре.
Объяснить это очень просто: вязкость - это сопротивление движению внутри жидкости, например, сдвигу. Вязкость показывает, как легко или трудно жидкости или материалам деформироваться при сдвиге. Нет сдвига - не увидим наглядно вязкость. Нужно напряжение сдвига и сам сдвиг, чтобы появилась вязкость.
KV при сдвиге под собственным весом (гравитация) - не очень серьезный и заметный уровень. Даже если бы плотность (выше вес) у масел сильно отличалась (отличается вообще не сильно), то сдвиг бы не стал каким-то серьезным. Потому KV - оставляем.
Но есть такие две вязкости, где скорость сдвига играет принципиальную важность и изменяет вязкость современных масел заметным образом. Это CCS и HTHS.
CCS нужна для маркировки - писать ли на масле 0W- или 10W- (и т.п.).
HTHS нужна для фантазий любителей старых европейских автомобилей.
Чтобы понять, насколько важен сдвиг, легко показать загущенное масло 15W-50 и его холодную вязкость под нарастающим сдвигом.
Влияние сдвиговой нагрузки на холодную вязкость
То есть на графике видно, как масло под действием повышения скорости сдвига, при заданных и неизменных температурах, меняет вязкости. При -25C - только от сдвига (без изменения температуры) превратилось из такого состояния -
Из 60000 cP (mPa*s) в 15000 - буквально в cP (вязкость)
Это для холодного масла. Для горячего современного - при 150°C будет также падение вязкости при увеличении сдвига, но не такое резкое, в пределах всего 1-2 cP, а не десятков тысяч cP, как у современного холодного.
Вашингтон, 13 ноября 1922 г. — Сегодня в столице собрались представители Общества автомобильных инженеров (SAE), Межведомственного комитета по нефтяным стандартам и Американского института нефти (API). На повестке дня — обсуждение спецификаций моторных масел, разработанных отделом смазочных материалов комитета стандартов SAE, с целью их согласования с действующими государственными требованиями.
Большая часть дискуссий была посвящена классификации масел по вязкости и условиям, при которых эту вязкость следует измерять.
В общем - sae20 это просто 200 секунд/10 - - время стекания в колбу масла 100F или просто секунды (без /10) для вязких масел при 210F
7. Почему для увеличения щелочного при сохранении условной зольности ордену щелочников лучше использовать магний
Металл
К (теория) пересчета на полную золу (по сульфат.)
Максимальный TBN по 100% металлу
Кальций
Ca
3.40
2799
Магний
Mg
4.95
4615
Барий
Ba
1.70
817
Натрий
Na
6.18
2440
Литий
Li
15.84
8086
Калий
K
4.46
1435
Медь
Cu
2.50
Цинк
Zn
2.48
по соотношению к золе - магний и его соединения "самые выгодные".
Еще есть влияние от мыльной части (не только от металла). Какой-нибудь сульфонат - может ослаблять щелочное чистого металла.
Орден щелочников трепещет не только перед низким уровнем щелочности, но и перед высокой зольностью. Их страх перед зольностью не просто предостережение, как у тех, кто не принадлежит к их «святейшей» общине (не любить лишнюю золу - нормально), а следствие учения преподобного блаженного Любризолия Огайского. Он наставляет их, что зольность может повредить благочестивому GDI и другим таинственным (не совсем ясным) истинам.
8. Развитие темы п. 6 - о "значениях" чисел. Почему 40°C и 100°C
На некоторых форумах и каналах, которые думают, что они занимаются маслами, часто вижу вопрос - откуда взялись
40 и 100 KV и почему индекс вязкости стали рассчитывать по этим точкам.
Ответ очень простой. Эти цифры, для своего удобства, для разных типов масел (видно по пункту 6. этой темы) установил химик компании Standard Oil - Mr. G. M. Saybolt в конце XIX века.
Для своего универсального вискозиметра
Ликбез по моторным маслам
он выбрал 3 температуры - для 3-х типов масел (к 1922 уже оставили 2 основных 100 и 210°F, смотри пункт 6. этой темы)
100°F - превратилось в 40°C у нас
210°F - превратилось в 100°C у нас
А температуры вышли вот из этой идеи химика Standard Oil (сейчас известна как ExxonMobil и не только) -
Стандартный универсальный вискозиметр используется для испытания цилиндровых, клапанных и аналогичных масел при температуре 210°F; редуцированных черных масел при 130°F; веретенных, парафиновых, красных и других дистиллированных масел при 100°F.
HTHS вязкость является не более чем уточнением обычной вязкости в контексте её способности поддерживать необходимую минимальную толщину масляной плёнки (MOFT). Любой другой способ измерения вязкости (например, кинематической) незначительно отличается от HTHS, особенно с учетом современных полимеров, которые не критично временно теряют свои загущающие свойства при высоком уровне сдвиговых нагрузок.
/ Сходимость MOFT для масел 1980-х для HTHS и обычной KV (KV вполне работает и без HTHS, а на современных маслах результаты еще ближе) -
Ликбез по моторным маслам
/
Из HTHS сделали определенный культ, даже несмотря на избыточность заданных границ (в 1980-х для SAE40 допускалась HTHS 3.2). А между тем - HTHS - это просто один из методов измерить обычную
вязкость при заданной температуре и ничего кроме этого.
В некоторых популярных МП-пространствах принято оценивать масло на базовые масла по "пику 722".
Этот метод действительно работает для ПАО и это очень легко наглядно пояснить.
На частоте 722 см⁻¹ в инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) обычно наблюдаются качательные (rocking) вибрации для групп, содержащих метиленовые (–CH₂–) связи, особенно в длинных углеводородных цепях. Эти качательные вибрации характерны для связей C–H в метиленовых группах
Метиленовые группы имеют качательную вибрацию CH₂, которая проявляется на частоте 720 ± 10 см⁻¹, но только в случае, если в алкильных цепях присутствуют четыре или более CH₂-групп подряд. Поскольку в рассматриваемом спектре явно наблюдается пик на 722 см⁻¹, это означает, что присутствуют алкильные цепи как минимум с четырьмя последовательными метиленовыми группами.
Молекулы ПАО имеют множество веток 4+ CH₂ (чем выше вязкость ПАО - тем больше веток, у ПАО4, в среднем, 3 ветки) -
Олигомеры ПАО базовых масел
В каждой ветке молекулы ПАО - больше 4 метиленок. А веток, в общем, минимум 3 на 1 молекулу (димеры - редко применяются)
Итого - 722 метод отлично работает, но только для ПАО.
На всех других базах этот "метод" - работает "как повезет", так как GTL содержит только одну, обычно, ветку с 4+ метиленками, а в нафтенах (в минералке много нафтенов) таких веток совсем мало
Содержат как одинарные, так и двойные связи, но не содержат тройных связей между атомами углерода.
Содержат только одинарные связи.
Полимеризация
Могут участвовать в реакциях полимеризации благодаря наличию π-связей.
Не могут участвовать в полимеризации из-за отсутствия π-связей.
Олефины - (алкены) относятся к непредельным углеводородам, поскольку содержат хотя бы одну двойную связь между атомами углерода. Эта двойная связь делает их более реакционноспособными по сравнению с предельными углеводородами (алканами, парафинами), которые содержат только одинарные связи.
Олефины - являются сырьем для производства ПАО. Конечная база ПАО - НЕ олефины!
ПАО - это парафины*. Бромные числа ПАО базы < 0.1-0.2 (у сырья - больше 40) .. ПАО = чистейший ПАРАФИН
Широко бытует ошибочное мнение, заключающееся в утверждении, что полиальфаолефины (ПАО) проявляют агрессивные свойства в качестве базового масла. Как было изложено ранее в этой теме - ПАО можно смело классифицировать как парафины.
Этимология термина «парафин» не случайна; она происходит от латинских слов parum affinis, что дословно переводится как «слабо реагирующий».
ПАО характеризуется минимальной склонностью к химическим реакциям, то есть является химически инертным. Алканы средней вязкости, или парафины - ПАО, являются достаточно инертными веществами.
По отношению к эластомерам они демонстрируют индифферентность.
Другим мифом является утверждение, что эстеры предназначены для нейтрализации "агрессивности" ПАО; примечательно, что введение эстеров являлось изначальным решением, и не было предпринято после обнаружения первых проблем, связанных с применением ПАО (еще один миф).
И это без труда прослеживается по нашему музею, где есть первая и другие "первые" рецептуры 100%-ПАО-масел: самое первое в истории ПАО-масло включало в себя весьма внушительную долю эстеров - причём, примечательно, большую, чем содержится в большинстве современных композиций на основе ПАО:
Моторное масло Mobil SHC вязкостью 10W-60 - первая ПАО (PAO) синтетика в истории, 1973 год • Страница 1
oil-glup.ru
И возвращаясь к эстерам - фактическое положение дел обстоит с точностью до наоборот: подмоченную репутацию ПАО следует приписывать не самим ПАО, а в куда большей степени - именно эстерам, оказавшимся «виновниками торжества». Данный факт легко подтверждается анализом исторической ретроспективы. Самые ранние образцы ПАО-содержащих масел в истории включали в себя весьма существенную долю эстеров. Концентрация которых превышала содержание эстеров в современных ПАО-маслах. Действительно, существовали ПАО-масла с низким содержанием эстеров (не Mobil / Amsoil). Однако, принимая во внимание объемы реализации ПАО-продукции компанией Mobil, в особенности на начальном этапе развития сегмента ПАО-масел в период с 1975 по 1985 годы, следует отметить, что совокупные продажи Mobil и Amsoil составляли до 95% от общего объема рынка всех ПАО-масел.
Именно в указанный временной интервал возникло представление о синтетических маслах как о факторе, вызывающем высыхание эластомеров.
ПАО по своей природе действительно является "сухой базой". Это "химическая" - неполярная природа.
Инертная база, характеризующаяся не только отсутствием реакционной способности по отношению к полимерам, но и низкой растворяющей способностью для них.
При этом ее воздействие на эластомеры не имеет химической природы. Здесь только "механика". Суть заключается в том, что ПАО, в отличие от минеральных масел и особенно эстеров, не проявляет достаточной химической активности для насыщения полимерных матриц эластомеров, которые, как правило, содержат пластификатор.
Пластификаторы под воздействием продолжительного нагрева способны мигрировать (выпотевать) из полимерных матриц. Мигрировавший пластификатор удаляется потоком масла, однако полимерная матрица не получает компенсации (насыщения) от ПАО.
ПАО проявляет индифферентность в данном процессе.
Минеральные масла или эстеры (в особенности эстеры), обладая дипольным моментом, значительно более активно взаимодействуют с полимерными цепями посредством диполь-дипольных взаимодействий, таким образом компенсируя процесс миграции пластификатора.
Теперь, что касается основного момента - возникшая путаница, вероятно, в большей степени относится к синтетическим маслам в целом, в частности к продукции компании Amsoil.
Ранние формулы масел Amsoil базировались исключительно на эстерах,
Amsoil 10W-40 100% ПАО и эстеры из второй половины 1970-х - классическая смесь, ставшая своеобразным стандартом синтетического дизайна масел • Страница 1
oil-glup.ru
Таким образом, именно первые рецептуры масел, полностью состоящие из эстеров, демонстрировали заметно более выраженную агрессивность по отношению к эластомерам (что может быть обосновано с привлечением уравнений Смолуховского и Дебая), вызывая перенасыщение полимерных матриц, деформацию полимерной матрицы и растворение отдельных окисленных компонентов. Следовательно, именно высокая концентрация эстеров могла приводить к более значительному негативному воздействию на эластомеры по сравнению с влиянием ПАО. Из этого контекста, по-видимому, и получил распространение данный необоснованный слух относительно агрессивных свойств ПАО.
Если для минеральных масел есть некая градация по растворяющей способности (опять таки отсутствует ясность, какая растворяющая способность принимается за минимально требуемую (или единицу) и насколько вообще критична разбежка по этой градации), то моющие присадки, содержащиеся в товарном масле что, не вывозят ?
Растворяющая способность масла: ключ к идеальной чистоте двигателя • Страница 1
oil-glup.ru
Ввиду сложной и неоднозначно-положительной работы растворителей - есть те, кто считает, что растворяющие способности базового масла нужно снижать, но есть и те (хотя и немногочисленные), кто с этим спорит. Растворитель - зона риска, а отрасль давно перешла к якобы прогнозируемым моделям масла.
Основная победившая в отрасли система - «сушить масла», поскольку принято считать, что «вывезут» 1 и 2.
От «лишней» растворимости, в общем, могут быть и минусы.
Есть и исключения - это поршневая авиация, где растворимость базового масла полностью заменяет 1. Причём не просто заменяет, но и официально (на уровне отрасли) растворимость базы требуется для работы (официально считается, что растворимость необходима для выноса топливных отвалов).
Здесь нужно учесть, что поршневая авиация работает на достаточно вязких маслах, где и диспергирование и растворимость - дополнительно ухудшены повышенной вязкостью.
Я не скажу, какую анилиновую точку следует считать идеальной. Это очень грубое измерение растворяющей способности к одной молекуле (анилина).
Но вязким маслам (SAE40) - надо АТ ниже-лучше (иметь запас, точка должна быть лучше)!
Существуют тесты и на другие смолы и вещества. Для хорошего минерального масла можно ориентироваться на 100 градусов Цельсия, но с оговоркой, что для вязких масел это важнее, чем для маловязких. Опять же, не забывая, что речь идёт об анилине, а не обо всех возможных загрязнениях.
Теперь нужно понять, почему зольные и беззольные мыла «не вывозят», несмотря на общую концепцию отрасли PCMO, согласно которой должны бы.
Полимерные диспергирующие присадки (так называемые беззольные мыла) эффективно стабилизируют частицы загрязнений (до условно "крупных"), включая сажу и твердые частицы определенного рода, размером до 5 мкм. Это достигается за счет образования на поверхности частиц толстого стерического слоя "полимерных волосков", предотвращающего агрегацию "всякой сажи" и осаждение разной грязи.
Металлоорганические моющие присадки (например, кальциевые или магниевые) стабилизируют более мелкие частицы, размером до 100 нм (здесь сложнее), посредством образования обратных мицелл. Эффективно взаимодействуют с полярными загрязнителями, такими как кислоты и вода, обеспечивая их диспергирование в масле.
Однако ни полимерные, ни металлоорганические присадки не способны стабилизировать некоторые молекулярные загрязнители, такие как смолы и вторичные полимеры. Растворитель же способствует их растворению в масляной среде, предотвращая критические локальные повышения концентраций и осаждение.
"Мыльные присадки" действуют синергетически, препятствуя агрегации и адгезии скорее нерастворимых загрязнений. Они способствуют диспергированию шлама и предотвращают образование высоковязких сгустков, в которых растворяющая способность масла значительно снижается, даже при разбавлении топливом.
Но для эффективной работы любых присадок необходимо их частичное растворение в базовом масле. Это частично достигается путем оптимизации коллоидной стабильности: уменьшения размера фрагментов присадок и их равномерного распределения в масле (хорошая гомогенизация). Однако масло представляет собой сложную смесь различных молекул, включая сажу, смолы и другие загрязнители, способные образовывать агрегаты, включающие уже и сгустки присадок. Благодаря действию присадок некоторые (но не все) агрегаты не превращаются в твердые отложения. Тем не менее, высокая растворяющая способность базового масла (характеризуемая грубо, например, анилиновой точкой) способствует растворению тех компонентов загрязнений, которые не могут быть эффективно стабилизированы "мыльными" присадками, таких как смолы, вторичные полимеры, некоторые молекулы "сложной полярности".
Итого - растворяющая способность базового масла является важным фактором в обеспечении чистоты двигателя, дополняя действие моющих и диспергирующих присадок. Именно потому она так важна в поршневой авиации (там указывают тупо - соединения свинца). Но и при "обычном бензине" в PCMO - образуется довольно много того, что хорошо бы именно растворять, особенно в тех сгустках - где повышается концентрация присадок.
Кстати - она повышается. Они даже расслаиваются. И здесь "чрезмерный растворитель" - может играть уже отрицательную роль.
Растворяющая способность масла: ключ к идеальной чистоте двигателя • Страница 1
oil-glup.ru
Что еще важно -
1 и 2 - при пробеге масла - перестают быть моющим средством и сами становятся загрязнителями (нерастворимые соединения Ca/Mg/кислот или полимерные хвосты разрушенного дисперсанта)
1 и 2 - при пробеге масла - перестают быть моющим средством и сами становятся загрязнителями (нерастворимые соединения Ca/Mg/кислот или полимерные хвосты разрушенного дисперсанта)
Оценка моторного масла потребителем и специалистом часто начинается с анализа его вязкостно-температурных свойств, регламентированных стандартом SAE J300.
1.1. Система классификации SAE: Эволюция и современное состояние
Классификация SAE предусматривает одно или два числовых значения для описания вязкости:
Низкотемпературная (зимняя) вязкость (индекс W – Winter): Описывает способность масла обеспечивать проворачивание коленчатого вала и прокачиваемость при низких температурах. Сам термин "зимняя вязкость" может вызывать некоторое недоумение, поскольку двигатель прогревается до высоких температур даже в зимний период эксплуатации; однако именно пусковые характеристики и скорость поступления масла к парам трения в момент холодного старта являются критическими.
Высокотемпературная вязкость (без индекса W): Характеризует вязкостные и реологические свойства масла при рабочих температурах прогретого двигателя.
Таблицы стандарта SAE неоднократно пересматривались на протяжении более чем столетней истории, однако фундаментальный смысл и даже численные диапазоны вязкости для многих классов в значительной степени сохранили преемственность. Так, исторически класс SAE 30 был задан как 300 секунд/10 истечения заданного объема масла через калиброванный вискозиметр, а SAE 20 – 200 секунд.
Большая часть масел, классифицированных как SAE 30 в 1930-е годы, соответствовали бы / соответствуют и современным требованиям для этого класса. KV100 - это про "время стекания".
Ликбез по моторным маслам
Классификация низкотемпературной вязкости (W-классы) претерпела более значительные изменения. Первоначально она также основывалась на времени истечения ("стекания"),
Ликбез по моторным маслам
но впоследствии в индустриальную практику были внедрены ротационные вискозиметры, измеряющие динамическую вязкость. В настоящее время W-вязкость определяется с использованием двух стандартизированных методов:
MRV (Mini-Rotary Viscometer): Измерение динамической вязкости при низкой скорости сдвига, моделирующее прокачиваемость масла к маслозаборнику насоса.
CCS (Cold Cranking Simulator): Измерение динамической вязкости при высокой скорости сдвига, имитирующее сопротивление проворачиванию коленчатого вала стартером.
Для устранения потенциальных "удивлений", температуры измерений для MRV и CCS целенаправленно разнесены на 5°C. Если бы измерения по MRV и CCS проводились при идентичной температуре (например, -30°C), возникали бы закономерные вопросы о причинах различия значений динамической вязкости для одного и того же образца масла (пусть и разными методами).
Принципиально важно: Температуры, фигурирующие в стандарте SAE (150°C для HTHS, 100°C для кинематической вязкости летних рядов, отрицательные температуры для CCS/MRV), не являются эксплуатационными температурными границами применения масла. Одно время CCS измеряли при единой температуре.
Ликбез по моторным маслам
Температуры представляют собой исключительно стандартизированные условия для проведения лабораторных испытаний с целью классификации (выбраны для средних "вязкостей" и стартеров/насосов) -
CCS - Cold Cranking Simulator - полезный тест низкотемпературной вязкости, но его интерпретация часто вызывает споры • Страница 1
oil-glup.ru
1.2. Физический смысл вязкости и ее поведение при сдвиге
Вязкость характеризует внутреннее трение жидкости, то есть ее сопротивление сдвигу. Это свойство проявляется как при течении под действием силы тяжести (кинематическая вязкость, KV), так и при приложении внешней сдвигающей силы (динамическая вязкость, CCS, HTHS). Для охлажденных масел, особенно содержащих полимерные модификаторы вязкости, характерно неньютоновское поведение: их эффективная вязкость может снижаться под действием сдвиговых нагрузок. Аналогично тому, как механическое воздействие (например, миксером) может привести к уменьшению вязкости твердого сливочного масла, так и высокие скорости сдвига способствуют временному снижению вязкости моторного масла. Именно поэтому вязкость, измеренная на CCS (высокая скорость сдвига), как правило, оказывается ниже вязкости, измеренной на MRV (низкая скорость сдвига). Именно поэтому у "застывшего" масла - может быть допустимая вязкость CCS.
1.3. Практическое значение классификации SAE для двигателя
Значимость маркировки SAE для двигателя следует оценивать дифференцированно:
Низкотемпературная вязкость (W-индекс): Имеет важное значение в холодном климате / при недогретом масле. Меньшее числовое значение перед W указывает на лучшие низкотемпературные свойства, облегчая холодный пуск и ускоряя подачу смазочного материала, экономию топлива. Разница в значениях динамической вязкости при низких температурах для различных W-классов может достигать десятков тысяч сантипуаз (мПа·с), в то время как разница в кинематической вязкости при 100°C (KV100) между смежными летними классами исчисляется всего десятками сантистокс (мм²/с) или единициами и меньше сантипуаз динамической HTHS!
Однако достижение экстремально низких значений W-вязкости не всегда возможно без потенциальных компромиссов в химическом составе масла.
Высокотемпературная вязкость (без W-индекса): Ее роль, вопреки распространенному мнению, не столь абсолютна, если не учитывать специфические химические факторы масла. Разница в гидродинамическом поведении масел классов SAE 20 и SAE 50 при высоких рабочих температурах для многих конструкций ДВС может быть менее значима, чем принято считать. При соблюдении определенных условий, двигатель может функционировать с этими маслами почти схожим образом. Тем не менее, избыточная вязкость при высоких температурах способна приводить к увеличению гидродинамических потерь, перегреву, повышенным требованиям к химии (растворимости). В этом контексте, например, требование некоторых спецификаций (ранее CCMC, ныне ACEA) по обеспечению вязкости HTHS не ниже 3.5 мПа·с для определенных классов масел представляется не всегда однозначно обоснованным и было заявлено без детальных научных пояснений (волюнтаризм).
1.4. Метод измерения HTHS (High-Temperature High-Shear)
HTHS – это метод получить динамическую вязкость, измеряемую при температуре 150°C и высокой скорости сдвига. Данный метод якобы моделирует условия работы масла в наиболее нагруженных узлах трения. HTHS - "странный" метод. Мы его хороним -
Как коллоидное измельчение и гомогенизация меняют качество масла • Страница 1
oil-glup.ru
2.1. Базовые масла
Выбор базовой основы часто подвержен влиянию маркетинговых факторов, однако существуют объективные критерии качества.
Критерии качества: Оптимальное базовое масло (или их сбалансированная композиция) характеризуется не только приемлемой испаряемостью по Noack или определенной анилиновой точкой (косвенный показатель растворяющей способности и совместимости с эластомерами), но прежде всего – общим балансом всех физико-химических свойств.
Типы базовых масел:
Минеральные масла: Высококачественное, глубокоочищенное минеральное масло может приближаться к идеальной базовой основе по многим показателям (умеренный Noack, хорошая анилиновая точка). Ключевым недостатком традиционных минеральных масел являются их неудовлетворительные низкотемпературные свойства, что критично для пусковых характеристик и повышенной вязкости холодных масел. Контроль качества минеральных масел осложнен вариативностью состава исходного нефтяного сырья.
Создание полного аналога высококачественного минерального масла из синтетических компонентов (PAO, MAC, AN) сопряжено со значительным удорожанием, при этом прирост эксплуатационных свойств, за исключением низкотемпературных, может быть не столь существенным. Популярность баз PAO и GTL обусловлена их стабильностью, предсказуемостью свойств и хорошими низкотемпературными характеристиками, частично воспроизводящими достоинства минеральных основ.
Синтетические масла (API Group IV PAO, Group V Esters, AN, GTL и др.):
Полиальфаолефины (PAO): Контроль их качества упрощен.
GTL (Gas-to-Liquids): Базы, получаемые из газа (но через крекинг), по свойствам близки к PAO и, как и PAO, пытаются воспроизвести лучшие качества минеральных масел высокой степени очистки.
Эстеры (сложные эфиры), алкилированные нафталины (AN) и др.: Могут иметь маркетинговые (даже реальные) специфические преимущества, но также и присущие им недостатки (например, гидролитическая стабильность эстеров).
Синтетические масла - скорее маркетинг. Недостатки минеральных масел не столь критичны, а преимущества синтетических масел могут оказаться дороже в прямом и переносном смыслах. Но отбор минеральных масел не так удобен, как "конструирование" масла из обломков, ПАО, эстеров и прочего.
Не больше и не меньше - алкилированные нафталины и всё о них • Страница 1
oil-glup.ru
2.2. Присадки
Присадки вводятся в базовое масло для модификации существующих или придания новых функциональных свойств.
Стандартные пакеты присадок: Большинство моторных масел категории PCMO содержат комплексные пакеты присадок от специализированных производителей (например, Lubrizol, Infineum, Afton), включающие детергентно-диспергирующие, противоизносные, антиокислительные, антикоррозионные, противопенные компоненты и т.п. Состав этих пакетов в рамках одного класса масел и одного производителя зачастую унифицирован.
Принцип "золотой середины":Распространенное мнение о прямой зависимости эффективности масла от концентрации отдельных компонентов (например, цинка в ZDDP на уровне 800 ppm или 1100 ppm) является ерундой. Оптимален баланс:
Недостаток присадок: плохо.
Избыток присадок: Может вызывать негативные побочные эффекты. Например, некоторые кальциевые детергенты ассоциируются с риском низкоскоростного предварительного зажигания (LSPI). Чрезмерные концентрации ZDDP могут способствовать коррозионному износу деталей из сплавов железа.
Полимерные присадки: Используются для создания всесезонных масел (например, 0W-40), кроме того - в качестве дисперсантов. Химия этих полимеров сложна, и их термическая стабильность, а также склонность к образованию отложений являются спорными факторами. Повышение концентрации и разнообразия полимеров для достижения широкого температурного диапазона или моющих свойств (дисперсанты) - может увеличивать риск образования отложений.
Масла-"конструкторы": Термин, обсуждаемый в русскоязычном сегменте сети, обозначающий масла, где пакет присадок формируется путем смешения отдельных компонентов без всестороннего учета их химии и без полномасштабных моторных испытаний. При этом следует отметить, что и крупные производители пакетов присадок, несмотря на наличие передовых лабораторий и моторных стендов, не предоставляют исчерпывающие публичные доказательства однозначного превосходства своих решений, не раскрывают самих исследований и практик. Тем не менее, доверие потребителя к репутации и возможностям крупных компаний объективно выше. Вполне возможно - это только маркетинг, и конструктор от Lubrizol может оказаться хуже конструктора химика-любителя.
Разоблачение мифов о китайских присадках в моторных маслах • Страница 1
oil-glup.ru
Экзотические присадки: Некоторые производители используют нестандартные компоненты (присадки на основе никеля, меди, титана, вольфрама, серебра, или избыточные дозы молибденовых соединений и прочее). Эффективность и безопасность таких подходов часто не подтверждены независимыми исследованиями, и риск негативного воздействия может превалировать над гипотетической пользой. Металлсодержащие присадки легко идентифицируются спектральным анализом; беззольные органические модификаторы, злоупотребление которыми также возможно, выявить сложнее.
Значение присадок и роль спецификаций: Присадки, безусловно, важны, если речь идет о проверенных, сбалансированных композициях в оптимальных дозировках (лучше - минимальных). Однако некоторые требования спецификаций например, ACEA, которые могут предписывать необоснованно завышенные концентрации тех или иных присадок (как в упомянутом примере с HTHS > 3.5 мПа·с), не всегда отражает научно обоснованный подход.
В области разработки моторных масел не существует универсального рецепта "чем больше/выше – тем лучше". Любое форсирование отдельных параметров (вязкости, концентрации присадок) требует учета потенциальных негативных последствий. Избыточная "нагрузка" на систему масла не всегда эквивалентна увеличению ресурса масла, а зачастую может приводить к обратному эффекту.
3. Механизмы смазывания и защиты от износа
Понимание защитных функций масла требует разграничения физических и химических аспектов его работы.
3.1. Гидродинамическая смазка: Приоритет физики
В превалирующем большинстве режимов работы ДВС реализуется гидродинамический режим смазки. Прямой контакт сопряженных поверхностей в ДВС рассматривается как критический вид трения. В условиях гидродинамической смазки, защита обеспечивается давлением, возникающим в смазочной пленке за счет эффекта клина, формируемого при относительном движении поверхностей. Вязкость жидкости препятствует ее сдвигу, создавая асимметричный поток, который индуцирует градиент давления. Это давление, действующее перпендикулярно поверхностям, удерживает их от контакта. Несущая способность масляной пленки полностью определяется физикой масла, относительной скоростью движения поверхностей и геометрией пары трения, а не химическим составом жидкости. Таким образом, масло само по себе в этом режиме не является агентом, непосредственно предотвращающим износ; эту функцию выполняет физический принцип разделения поверхностей.
3.2. Роль химического состава масла
Основная задача химических компонентов масла (присадок) – это не непосредственная борьба с механическим износом в гидродинамическом режиме, а предотвращение химической и физико-химической деградации самой смазочной жидкости. Физические модели гидродинамики оперируют понятием идеальной, неизменяемой жидкости. В реальном двигателе масло подвергается термическому и окислительному воздействию, загрязнению продуктами сгорания и износа. Присадки (антиоксиданты, детергенты, дисперсанты) призваны стабилизировать свойства масла, поддерживая его способность формировать эффективную смазочную пленку. Защитой от износа, в первую очередь, занимается сама конструкция ДВС, обеспечивающая гидродинамические условия. Тем не менее, химические компоненты, такие как ZDDP или другие фосфорсодержащие соединения (исторически – даже соединения свинца в топливе), играют важную роль в режимах граничной и смешанной смазки. Они формируют на металлических поверхностях модифицированные слои, предотвращающие прямой контакт и схватывание в условиях, когда гидродинамическая пленка недостаточна или нарушена. Это особенно актуально для неидеальных поверхностей трения, так как расчеты гидродинамики часто базируются на идеализированных моделях. Однако такое химическое воздействие является скорее элементом аварийной защиты или необходимостью для конструктивно уязвимых пар трения, а не штатным механизмом работы. Применение активных химических агентов (например, ZDDP) для уязвимых узлов может приводить к нежелательным побочным эффектам в других системах двигателя ("одно лечат, другое калечат").
- время стекания в колбу масла 100F или просто секунды (без /10) для вязких масел при 210F
