Условията, в които работят маслата, и какво представляват присадките
Условия на експлоатация на маслата
По време на своята експлоатация моторните масла са подложени на изключително големи механични натоварвания, на физически и химически въздействия. Една от най-важните по отношение на трайните промени в характеристиките на маслото химически реакции е окисляването и в този контекст от особена важност са съответните стабилизиращи присадки. При реакцията на маслото с кислорода в двигателя се образуват вредни за конструктивните му компоненти киселини, които от своя страна водят до корозия на металните части, до критична промяна на вискозитета, образуване на отлагания и налепи. С течение на времето подобни субстанции могат да запушат маслопроводите, а налепите могат да доведат до затруднено движение и слепване на клапаните. Процепите в буталата, предназначени за връщане на маслото към картера, могат да се запушат, а това от своя страна води до увеличен разход на масло и образуване на нагар по буталото. Подобни наслагвания могат да се образуват и по капаците на клапанните механизми, по решетката на маслената помпа и пр. Поради тези причини при рафинирането част от продуктите, като някои ароматни, ненаситени и нафтенови въглеводороди, склонни да се окисляват по-лесно, се отделят, а устойчивостта срещу окисляване се подобрява с добавянето на въпросните специални присадки.
Друг изключително съществен елемент при създаването на качествени и устойчиви масла е фактът, че в съвременните двигатели с вътрешно горене върху масления слой се упражняват големи сили на натоварване, които могат да променят молекулярната му структура. Оказва се, че най-уязвими в това отношение са присадките за подобряване на вискозитета. В повечето случаи промените в молекулярната структура са „еластични” и частиците се възстановяват след прекратяване действието на силите, но при продължителни големи термични и механични натоварвания, несъответстващи на експлоатационните възможности на маслото, е напълно възможно да бъде прескочена определена критична граница и промените да станат трайни. Най-устойчиви на въздействието на тези сили са висококачествените синтетични масла.
Замърсяванията на маслото също водят до влошаване на работата му. Най-честите замърсители са песъчинки, мръсотия и прах от въздуха, сажди, неизгоряло гориво, кондензирала при горивния процес вода, метални частици, които масленият филтър не може да задържи, продукти на корозията и части от самото масло, които са се разградили в процеса на работа. Всеки от тези продукти сам по себе си е изключително вреден и същевременно ясно демонстрира колко високотехнологични течности са маслата, които продължават да вършат чинно своята работа дори и след дълги километри пробег и насищане с подобни замърсители, като съществена роля в тази устойчивост имат присадките. При това трябва отново изрично да отбележим че маслото е прецизно балансиран комплекс и че тези присадки нямат нищо общо с продаваните в магазините „адитиви”.
Присадки с различни функции
Маслата трябва да могат да изпълняват предназначението си и при наличие на замърсители, като вода, прах, продукти на горенето и на други химични реакции. Голяма част от попадналите в маслото едри частици се улавят в масления филтър, но по-малките остават в маслото, постепенно влошават качеството му, стават предпоставка за износване и в крайна сметка се превръщат в една от причините за неговата смяна.
Присадките в маслата играят съществена роля за осигуряване на стабилността им при високи температури, противодействат на замърсяването с вода, гориво и вредни киселинни продукти на горенето. Те включват метални и полимерни дисперсанти (от англ. disperce - разпръсквам, разсейвам), антикорозионни и антиокислителни присадки, противоизносни и противозадирни, подобрители на вискозитета и присадки за предотвратяване на формирането на кристали при ниски температури, деемулгиращи и антипенни. Присадките са скъпи субстанции със специфично предназначение, които се прибавят в точно определено количество за постигане на определен баланс с изключителна важност – дори и малките отклонения могат да променят значително експлоатационните качества на маслото. Количествата и съотношението се определят от производителите след интензивни лабораторни експерименти и динамометрични тестове на двигателите. Точният вид и количество на веществата, които формират присадките, е известен само на производителите, затова няма известен случай в който производителите на масла да препоръчват или адмирират използването на допълнителни присадки – напротив, те смятат, че се нарушава въпросният баланс на внимателно композираните съставки и в крайна сметка може да се получат нежелани химични реакции и съединения.
За да се предотврати триенето на метал в метал там, където е възможно кратковременно това да се случи, се използват различни съединения, като споменатите на цинк и фосфор – те оформят тънък граничен филм, позволяващ дори кратковременно директно триене на частите без катастрофални последици. Действието им се базира на химическото взаимодействие на продуктите от тяхното разпадане с триещите се метални повърхности. Противоизносните и противозадирни присадки обаче не функционират пълноценно при студен двигател, което е една от основните причини за изключително интензивното износване на двигателя след студен старт. При това те губят свойствата си с течение на времето, което също е една от основните причини за необходимостта от смяна на маслото.
Абразивното износване, причинено от присъствието на различни твърди частици и продукти на окисляването в маслото, се избягва с помощта на филтрите, а действието на по-малките частици се елиминира чрез противоизносни модификатори.
Опасността идва главно от възможността частиците да започнат да се слепват и да увеличат размерите си, при което се получават утайки, лакови отлагания и нагар. Така наречените детергенти (почистващи) и дисперсанти (хомогенизатори) се поставят в маслото, за да „неутрализират” тези частици, позволявайки им да циркулират свободно в течността. Молекулите на присадките са изградени от две основни части – дълги въглеводородни опашки и полярни глави. Опашката поддържа дисперсантите, разтворени в маслото, а полярната глава привлича частиците замърсители.
Още една съществена задача на моторното масло е намаляването на отлаганията и предотвратяването на корозивните процеси, за които се грижат детергентите. Корозивното износване се причинява от киселинни продукти на горенето, смоли и други съединения, които попадат върху буталните пръстени, а специалните присадки се грижат за тяхното неутрализиране. Премахването на оловните антидетонатори в бензините и намаляването на нивата на сярата изключително много улесни работата на маслата, но стабилността им си остава ключов въпрос и в голяма степен се определя от склонността към окисляване, на което по принцип се противодейства с антикорозионни присадки, които разрушават веригите на свободните радикали и прекисите, участващи в окислителния механизъм.
Химиците решават проблемите с противоречивите изисквания към условията на смазване при ниски и високи температури чрез добавяне на подобрители на вискозитета – полимери с дълги молекулни вериги и молекулно тегло между 10 000 и 1 000 000. Тези молекули притежават способността да се „издуват” с увеличаване на температурата, запазвайки вискозитета на маслото на достатъчно високо ниво при високи температури.
Към споменатите присадки трябва да се добавят и антипенните, които при разбъркването, клатенето и загребването на масло от картера от страна на мотовилките пречат на маслото да се „разбълбуква”. Появата на въздушни мехури в резултат от това значително би влошила ефективната работа на мазилната система. Деемулгиращите присадки пък помагат за отделянето на случайно навлязла вода в системата.
Low SAPS, какво е това?
Проектирането на целия този комплекс от субстанции е много сложен процес и включва доста теоретична и практическа работа, състояща се в множество лабораторни и динамометрични тестове, и затова обикновено производителите на масла работят в тясно сътрудничество с компаниите, изработващи двигателите. Същевременно фирмите, които произвеждат присадки, никак не са много – на практика 90 процента от тях се произвеждат от Lubrizol, Chevron Oronite (подразделение на ChevronTexaco), Infineum (подразделение на ExxonMobil) и Afton.
Най-голямото предизвикателство за инженерите през последните години става необходимостта от създаване на масла, чиито присадки не замърсяват новите филтри за азотни окиси и DPF филтрите. Тъй като някои съдържащи се в присадките вещества, включително съединения на метали, сяра (присъстваща в състава на антиоксидантите, в противозиносните присадки, в детергентите и в базовите масла), фосфор (в противоизносните присадки) и сулфатна пепел (това са соли на сярната киселина, в случая калциеви фосфорни и серни сулфати, съдържащи се в противоизносните модификатори), се оказват противопоказни съответно за DeNOx катализаторите, трипътните катализатори и за филтрите за твърди частици и ги запушват, налага се да се търсят техни заместители. Маслата, в които тези вещества са с по-ниско съдържание, получиха названието Medium и Low SAPs (от английските Sulphated Ash, Phosphorous and Sulphur). Това са масла, които според създателите им са плод на най-драстичните промени в молекулната архитектура на маслата в последните години. В тях се използват модифицирани присадки, поради което трябва да се употребяват само в държави, в които се предлагат нискосерни горива, тъй като тези масла нямат способността да абсорбират големи количества сяра. В конвенционалните масла се съдържат около 80 процента базово масло, 4-6 процента вискозитетен модификатор и 12-14 процента пакет от присадки.
Видът на първата част и пакетът от вторите две определят качествата на маслото. В пакета присадки се съдържат около 33 процента детергенти (неметални компоненти), около 55 процента дисперсанти (базирани на метали), 10 процента противоизносни (базирани на метали) и около 2 процента антиоксиданти (неметални).
(следва)
Текст: Георги Колев