До 1933 г для смазывания двигателей внутреннего сгорания в мире использовались нефтяные масла без присадок.

В связи с созданием в США фирмой “Катерпиллер” дизельных двигателей с наддувом обострилась проблема пригорания поршневых колец, для решения которой и были впервые разработаны специальные дизельные масла с моющими (детергентными) присадками на основе нафтенатов алюминия.

Практически одновременно с проблемой повышения моющих свойств масел возникла проблема повышения их окислительной стабильности при повышенных рабочих температурах. К основным недостаткам двигателей внутреннего сгорания относится низкий коэффициент полезного действия, не превышающий 30 % для бензиновых и 40 % для дизельных двигателей. Вследствие необходимости использования в таких двигателях системы принудительного охлаждения до половины тепловой мощности, образующейся при сгорании топлива, уносится с охлаждающей жидкостью. Чем ниже температура охлаждающей жидкости, – тем больше такие потери.

Поэтому главным направлением увеличения к.п.д. двигателей считается повышение температурного режима их работы, а в перспективе - создание адиабатного двигателя, обеспечивающего максимальное использование теплоты сгораемого топлива без отвода тепла из активной зоны. Но для высокофорсированных (теплонагруженных) двигателей непригодны нефтяные масла, которые окисляются уже при 120 0 С. Для решения этой проблемы примерно с 1940 г начали применяться антиокислительные присадки.

Важнейшей характеристикой моторных масел является их вязкость. От величины вязкости масла зависят его герметизирующие свойства, расход масла на угар и внешние утечки, прокачиваемость по смазочной системе, пусковые качества двигателя, реализация жидкостного или граничного трения в различных фрикционных узлах (а тем самым их износ). Вязкость нефтяных масел при изменении температуры в диапазоне от –20 0 С до 100 0 С уменьшается в тысячу и более раз. Такие масла невозможно использовать для круглогодичной эксплуатации двигателя: если оно обеспечивает возможность работы при высоких температурах, то невозможно запустить двигатель при низких температурах и наоборот.

Для эксплуатации двигателя при высоких рабочих температурах и надежного пуска его при низких температурах с 1951 г. начали выпускаться всесезонные масла. Снижение зависимости вязкости таких масел от температуры достигается сочетанием маловязкой базовой основы (которая отвечает за пониженные вязкостные свойства масла при низких пусковых температурах) и специальных полимерных вязкостных присадок, обеспечивающих необходимую вязкость при повышенных рабочих температурах.

Современные моторные масла представляют собой сбалансированный коллоидный раствор многих функциональных присадок в базовом нефтяном или синтетическом масле и лишь благодаря этому способны справляться со своими обязанностями в двигателе. Основные типы присадок, которые должно содержать стандартное моторное масло, и их назначение представлены в таблице 1.

Таблица 1: Типы присадок, содержащихся в моторных маслах, и их назначение

Зачем же нужны дополнительные присадки (добавки) к маслу? Один из наиболее убедительных доводов неприемлемости различных дополнительных присадок к маслам заключается в следующем. Сегодня компании по производству моторных масел входят в число наиболее богатых корпораций в мире и тратят многомиллионные средства на научные исследования с целью совершенствования своих продуктов. Почему же такие фирмы не вводят рекламируемые на рынках “чудо-препараты” в состав своих масел непосредственно при их изготовлении?

Потому что они там действительно не нужны. В равной степени как здоровому человеку ни к чему вводить в кровь лекарства или глотать таблетки, так и стандартным моторным маслам достаточно содержащихся в них компонентов для обеспечения работы исправных стандартных двигателей. Автомобильные двигатели действительно могли бы работать с такими маслами при рекомендуемых сроках замены до миллиона километров пробега (как утверждает реклама моторных масел), если бы эксплуатировались эти двигатели в идеальных условиях на стендах или, в крайнем случае, по американским и европейским автобанам при высококачественном топливе да всегда при исправном состоянии топливной системы, систем зажигания и газораспределения.

Применение дополнительных присадок к стандартным моторным маслам необходимо рассматривать как способ повышения защиты двигателя при эксплуатации его в экстремальных условиях или при уже ухудшенном техническом состоянии.

Невозможность стандартного моторного масла обеспечивать свои основные защитные функции в двигателе (смазывающие, герметизирующие и моющие) определяется двумя негативными процессами: накоплением отходов и срабатываемостью содержащихся в масле присадок. Скорости этих процессов зависят от технического состояния двигателя и от условий эксплуатации. Чем жестче условия эксплуатации - тем выше температура тяжелонагруженных поверхностей трения, а значит, тем больше локальный перегрев масляного слоя в таких областях и тем быстрее нужно менять масло.

На рис. 8 показано как ухудшаются антифрикционные свойства синтетического масла MOBIL 1 в тяжелонагруженных парах трения после перегрева. Из этих данных видно, что продолжительная работоспособность даже лучших из синтетических моторных масел ограничивается температурой примерно 200 0 С.

Локальный перегрев масляного слоя в узлах трения до критических температур происходит как из-за повышения нагрузки на фрикционном контакте (и соответственно увеличения мощности трения), так и из-за ухудшения теплоотвода от сопряжения. В изношенных двигателях теплоотвод от нагруженных пар трения ухудшается вследствие быстрого загрязнения масла, избыточных отложений на поршнях, стенках цилиндров и каналах системы охлаждения.

Разность температур охлаждающей жидкости и масла в картере таких двигателей достигает 30- 50 0 , а соотношение между объемной температурой масла в картере и контактной температурой наиболее нагруженных шатунных подшипников коленвала примерно такое же. Поэтому при рабочей температуре охлаждающей жидкости близкой к температуре ее кипения (около 110 0 С) масляный слой в наиболее нагруженных сопряжениях перегревается до критических температур и начинает работать в режиме граничного трения с интенсивным расходованием антифрикционных присадок. При такой эксплуатации после нескольких десятков часов работы двигатель неизбежно заклинит вследствие резкого возрастания величины коэффициента трения в этих сопряжениях.

Рис.8 Ухудшение антифрикционной способности синтетического моторного масла MOBIL 1 ( SAE 0W-40 API SJ/CF ) после его перегрева (пара трения Ст. ШХ15 –Ст. ШХ15 при контактном давлении 500 МПа):

•1 - масло в исходном состоянии,
•2- после перегрева ( 200 0 С , 20 час)

Для предотвращения катастрофических для двигателя последствий полезны мероприятия, способствующие снижению мощности тепловыделения на контакте (в результате уменьшения трения) или увеличению теплоотвода от тяжелонагруженных пар трения. Но такие мероприятия могут иметь и отрицательные побочные эффекты.

Если вы не применяете специальных масел для гоночных автомобилей (с повышенным содержанием противоизносных, противозадирных и антифрикционных присадок), но любите ездить с максимальной нагрузкой и резкими ускорениями, то уменьшить вероятность заклинивания двигателя можно добавлением в стандартное моторное масло дополнительных присадок антифрикционного типа.

Многие дополнительные присадки к маслам, продаваемые в России и Украине, представляют собой масляные концентраты индивидуальных стандартных присадок к моторным маслам (производства преимущественно фирм США). Так, например, в качестве антифрикционной и противоизносной присадки практически во всех моторных маслах в настоящее время применяется диалкилдитиофосфат цинка. В разных маслах изменяется лишь его процентное содержание (обычно 1- 2 %). Сегодня на рынках России и Украины предлагается много препаратов, содержащих диалкилдитиофосфат цинка. При использовании этих присадок необходимо соблюдать повышенные меры предосторожности –диалкилдитиофосфат цинка токсичен. Кроме того, увеличение содержания диалкилдитиофосфатов цинка в масле приводит к отложениям на клапанах и свечах зажигания, отравлению каталитических нейтрализаторов отработанных газов, а также к коррозии и повышенному износу медь - и свинецсодержащих деталей двигателя (бронзовых втулок, антифрикционных вкладышей подшипников). Однако из двух зол приходится выбирать меньшее.

Рис.9 Влияние абразивных приработочных и химически полирующих препаратов на противоизносные и антифрикционные свойства масел в тяжелонагруженных фрикционных сопряжениях (испытания на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490-75; материал Ст. ШХ15, удельное давление 500 МПа, частота вращения 1800 об/мин)

•1- базовое масло И-20 без присадок ,
•2- моторное масло М-8В,
•3- масло М-8В с добавкой 1 % приработочного препарата ХАДО,
•4- моторное масло М-8В с добавкой 1 % присадки ER

После более или менее продолжительной эксплуатации двигателя ухудшается качество поверхности узлов трения вследствие износа и усталостного выкрашивания. Разбирать двигатель не хочется, нет времени и денег не хватает, а удовольствия от езды все меньше - уменьшились тяга и приемистость, появились подозрительные звуки. Помочь в этой ситуации могут специальные приработочные составы, содержащие мелкодисперсные абразивные частицы.

Однако введение абразивных приработочных добавок может привести на стадии обкатки к возрастанию коэффициента трения в наиболее нагруженных фрикционных парах (рис.9 диаграмма 3) вплоть до их заклинивания. Поэтому при использовании таких добавок нужно руководствоваться разумными требованиями, аналогичными требованиям на период обкатки нового автомобиля. Минимальные нагрузки и тщательное многократное удаление продуктов износа и абразива из двигателя после их применения уменьшат вероятность возникновения нештатной ситуации.

Таблица 2: Дополнительные товарные присадки к моторным маслам

Периодическую приработку двигателя можно проводить также с использованием химически полирующих составов типа ER (рис.9 диаграмма 4). Пусть приработка в этом случае идет медленнее, чем с использованием абразивных составов, но меньше и вероятность непредвиденных ситуаций. Химически полирующие составы несколько увеличивают износ, но одновременно уменьшают величину коэффициента трения в тяжелонагруженных сопряжениях. Однако и такие добавки не желательно вводить в масло постоянно, поскольку они могут увеличивать коррозию и износ деталей двигателя, содержащих цветные металлы.

Для исправного двигателя использование качественного масла и сокращение срока его замены представляется более оптимальным вариантом, чем передозировка масла дополнительными присадками. Более того, такие добавки (особенно в виде твердых частиц - тефлона, дисульфида молибдена и графита) могут нарушать коллоидную стабильность масла и приводить к интенсивному высаждению твердых частиц и стандартных присадок, содержащихся в масле, преимущественно на фильтрующих элементах двигателя. Поэтому эти добавки, уменьшая величину коэффициента трения в тяжелонагруженных сопряжениях, ухудшают моющие свойства стандартных моторных масел и могут приводить к снижению давления масла в системе.

Применяя дополнительные присадки, усиливающие чистящее действие масла, необходимо уменьшать срок замены масла - ведь, снимая отложения с деталей двигателя, они одновременно ускоряют накопление этих отходов в масле и загрязнение фильтрующих элементов.

Для изношенных двигателей применение дополнительных присадок к маслу оправданно при взвешенном и разумном отношении к этому способу воздействия на механизм. Дополнительные присадки к моторным маслам позволяют замедлить деструктивные процессы в двигателе и продолжить эксплуатацию автомобиля. Однако эффективность использования таких присадок зависит от точности диагностики механизма и от грамотности их применения.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка смазочных масел можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок смазочных масел в России».

www.newchemistry.ru