Виды и классификации моторных масел

1.

Составил: студент группы МАХ-42 Вячеславов Р. Н.
Проверил: к.т.н., доцент Смирнов П.И.
8 февраля 2022 г.

2.

Моторные масла
Моторные масла используются в основном в ДВС и выполняют
следующие функции:
иметь хорошую адгезию к металлическим деталям;
смазка и разделение трущихся поверхностей;
охлаждение;
удаление и удержание в себе загрязнений и продуктов износа;
поддержание оптимального диапазона вязкости в течение как можно
длительного периода времени;
хорошие вязкостно-температурные свойства;
достаточная прокачиваемость при низких температурах;
высокая термостойкость, отсутствие разложения и сильного
изменения вязкости при длительном воздействии высоких
температур.
При этом они должны при относительно невысокой стоимости медленно
окислятся со временем и под воздействием рабочих процессов в ДВС,
мало пенится, не давать низко – и высокотемпературных отложений, не
выпадать в осадок, нейтрально относится к эластомерам и пластикам.

3.

Состав моторного масла
Современное товарное моторное масло состоит из бесприсадочного базового масла, модификатора вязкости и
пакета присадок.
Основа любого базового масла – это нефть, вернее продукты ее перегонки. Синтетические базовые масла так же
производятся на основе продуктов перегонки нефти. Добавляя к этой основе указанные выше компоненты заводыпроизводители получают товарные масла

4.

Минеральные масла
Начиная с начала появления промышленности и до
сравнительно недавнего периода, масла для машин и
механизмов были минеральными, или даже являлись
смесью с растительными маслами.
Для растительных и базовых минеральных масел
свойственны следующие недостатки
- быстрое окисление и старение;
- подверженность угару;
- слишком высокая вязкость при низкой температуре;
- слишком низкая при высокой, рабочей.
Такие масла сложно было назвать "всесезонными".
Пробег между заменами, к тому же, составлял всего-то
около 2-5 тысяч километров.
Причина таких свойств - происхождение смазочного
материала. В результате отделения от нефти легких
фракций образуется своеобразный коктейль из молекул
разных типов и длин.
Минеральное масло – очень разнородное по
молекулярному составу масло.
(интересно, что старейшая торговая марка
Castrol - это акроним образованный от "Castor
oil" - касторовое масло)

5.

Полусинтетические масла
Для стабилизации свойств, со временем, в минеральное масло стали
добавлять разнообразные присадки в объеме до 20-30% , но
удовлетворительного результата с такой основой все равно достичь
не получалось.

6.

Синтетические масла
Решением
стало
появление
синтетических масел (чаще всего - ПАО)
- продуктов целенаправленного синтеза
молекул с заданными свойствами,
получаемых чаще всего из децена углеводородного
сырья,
напоминающего сжиженный газ.
Такое базовое масло имеет высокий
(более 120) индекс вязкости (точку
застывания около -50 и ниже), хорошо
противостоит окислению, практически
не содержит серы, имеет низкую
летучесть.
На этом достоинства заканчиваются.
Недостатков у такого сырья также
хватает: слабые смазывающие свойства,
сравнительная
агрессивность
к
резиновым
уплотнениям,
высокая
стойкость
высокотемпературных
отложений, что становится важным,
например, при попадании масла в камеру
сгорания.

7.

Модификатор вязкости
Степень совершенства вязкостно-температурных свойств масла отражает его показатель – индекс вязкости (ИВ,
англ. VI), чем он выше, тем лучше.
Высокий ИВ свойственен чисто синтетическим маслам, однако их дороговизна и прочие указанные выше
недостатки ограничивают их применение в чистом виде.
Высокий ИВ получается следующим способом: смесь очень маловязких базовых масел (2-8 Ст при 100 °С)
доводится до необходимой вязкости при рабочей температуре путем добавления полимерного модификатора
вязкости.
Последний благодаря своей химической структуре практически не влияет на вязкость при низких и отрицательных
температурах, зато значительно загущает товарное масло при высоких температурах, не давая ему разжижаться до
состояния “масляной воды”. Это позволяет применять для создания всесезонных масел отнюдь не дорогостоящую
чистую синтетику, а вполне доступные гидрокрекинговые базовые масла. Однако, есть достаточно много
эксплуатационных примеров, говорящих о том, что в ряде случаев полимерный модификатор вязкости при
длительном воздействии высоких температур в ДВС или при изначально нестабильной рецептуре смеси БМ и
полимера может необратимо разрушаться, вызывая выпадение тяжелых осадков и приводить даже к выходу их
строя двигателя. В меньшей степени это характерно именно для масел с минимальным диапазоном вязкости по SAE.
Это преимущественно минеральные масла с любыми видами и структурами присадочных пакетов, характеризуемые
типично небольшими индексами вязкости, типа SAE 20, 30, 40, 50, 20W20, 15W40, 10W40, 10W30 и некоторыми
подобными. Почти всегда на них написано "минеральное", или "полусинтетическое".
Наиболее склонны к этому масла с высоким индексом вязкости и высоким значением высокотемпературной
вязкости. Типа SAE 0W40, 0W30, 10W60, 5W50, 5W40. Чуть менее склонны к указанному явлению масла с более
волатильной рецептурой, которые можно тянуть (на выбор производителя) по вязкости вверх от низкой, средней и
высокой исходной базы, а значит и вязкостных присадок может быть или очень мало, или снова очень много.

8.

Модификатор вязкости

9.

Присадки к моторным маслам
Масло само по себе выполняет практически все функции возложенные на него, однако с
определенного времени уровень этих качеств стал отставать от требований техники. Первые масла
для ДВС были бесприсадочными и активно применялись примерно до 30-ых годов прошлого века. По
классификации API это масла группы SA, недалеко от них масла группы SB – с минимумом
противоизносных присадок. В СССР они производились до 70-ых. В США продаются и используются
до сих пор. Стоит отметить, что так же до рубежа 1970-80 –ых моторное масло применялось в
трансмиссии (в МКПП, редукторах, раздаточных коробках и задних мостах), даже сейчас у некоторых
автомобилей встречаются рекомендации использования трансмиссионного масла в приводе
гидроусилителя руля, а у тракторов моторного в МКПП. Однако развитие техники и рынка шло в
направлении строгой специализации и жесткого ограничения использования каждого продукта в
соответствии с многочисленными допусками и сертификатами.
Итак, присадка к смазочному материалу - вещество, добавляемое к смазочному материалу для
придания ему новых свойств или усиления существующих. В современных присадочных пакетах к
моторным маслам используются следующие группы присадок.

10.

Антикоррозионные
Антикоррозионные присадки - присадки, препятствующие, ограничивающие или задерживающие
коррозию смазываемых металлических поверхностей. Чаще всего используются для защиты деталей
из цветных металлов при повышенных температурах. Ингибиторы коррозии представляют собой,
главным образом, полярные ПАВ.
Механизм их действия заключается в образовании на поверхностях защитных комплексов, либо
стабильных оксидных, гидроксидных и др. пленок, устойчивых к воздействию агрессивных сред.
Концентрация таких присадок не превышает, как правило, 1-3%.

11.

Антиокислительные
Антиокислительные присадки - присадки, препятствующие, ограничивающие или задерживающая
окисление смазочного материала. Механизм действия антиокислителей основан на переводе
образующихся свободных радикалов в стабильные соединения и разложении гидроперекисей.
Применяют диалкил- и диарилдитиофосфаты цинка, беззольные дитиофосфаты, дитиокарбонаты
различных металлов, производные фенола, ароматические амины.

12.

Моющие и диспергирующие
Моющие и диспергирующие присадки - предотвращают образование отложений продуктов
окисления на нагревающихся деталях, а также поддерживают загрязнения во взвешенном состоянии.
Современные смазочные масла содержат детергенты (моющие присадки) и диспрерсанты
(диспергирующие присадки). Присадки данной группы условно делятся на зольные и беззольные, т.е.
не дающие металлической золы после сгорания. Однако стоит отметить, что минеральные масла сами
по себе оказывают неплохое моющее воздействие на металлы.

13.

Противоизносные
Противоизносные присадки - присадки, препятствующая
или уменьшающая скорость или интенсивность
изнашивания трущихся поверхностей.
Присадки, работающие по принципу химического
модифицирования, в качестве активных элементов
содержат серу, фосфор (дитиофосфат цинка), галогены.
В тяжело нагруженных контактах деталей они
разлагаются, активные элементы взаимодействуют с
металлами, образуя тонкий, постоянно возобновляющийся
слой сульфидов, фосфидов и хлоридов железа.
Это препятствует образованию натиров, рисок, задиров,
усталостному выкрашиванию и уменьшает истирание
поверхностей трения.
Присадок на самом деле очень много, но среди них
выделяется ZDDP и алкилфосфаты кальция, которые
были придуманы более 75 лет назад и дожили до наших
дней (!).

14.

ZDDP (ZDTP)
ZDDP (иногда в литературе встречается как
ZDTP) – это цинкадиалкилдитиофосфат.
Уникальное вещество, растворимое в масле и
использующееся как противоизносная присадка
(аntiwear AW), антиоксидантная (antioxidant AO) и
EP-additive ( extreme pressure – предельные
нагрузки) – добавка работающая в условиях
тежелых нагрузок.

15.

Противозадирные
Противозадирные присадки - присадки, препятствующие, ограничивающие или задерживающие
заедание трущихся поверхностей. Способствуют образованию пленок, повышающих критическую
нагрузку, снижающих интенсивный износ и в значительной степени предотвращающих заедание при
сверхвысоких нагрузках. Действие противозадирных присадок заключается в химическом
взаимодействии продуктов их разложения с металлом при высоких температурах трения. В
большинстве отечественных и зарубежных противозадирных присадок в основном содержатся сера,
фосфор и галогены, наиболее часто хлор. Действие похоже на работу противоизносные присадок.

16.

Антифрикционные
Антифрикционные присадки - это присадки,
которые уменьшают трение между поверхностями.
Чаще всего это беззольные соединения, содержащие
активные полярные группы.
Обычно используют твердые тонко
диспергированные дисульфид молибдена,
коллоидальный графит, политетрафторэтилен,
ацетаты и бораты металлов, а также
маслорастворимые эфиры жирных кислот и
органические соединения молибдена.
Механизм действия основан на адгезии твердых
частиц на смазываемых поверхностях и образовании
сплошного слоя с низким коэффициентом трения.
Главный недостаток твердых модификаторов трения возможность их выпадения в осадок и улавливание на
масляных фильтрах при применении фракций
грубого помола.

17.

Депрессорные
Депрессорные присадки - присадки,
понижающие температуру застывания
жидкого смазочного материала.
Механизм
действия
связан
с
изменением формы и размеров
кристаллов парафинов, образующихся
при охлаждении масла.
В результате уменьшения площади
взаимодействия твердой и жидкой фаз
охлажденное масло остается текучим
до более низкой температуры.

18.

Вязкостные
Вязкостные присадки (загущающие, улучшающие индекс
вязкости) - присадки, понижающие степень изменения вязкости с
изменением температуры и увеличивающая в связи с этим индекс
вязкости масла. Чаще всего, это высокомолекулярные полимеры,
имеющие переменную растворимость в масле при разной
температуре, благодаря чему они повышают вязкость масла и
уменьшают изменение вязкости при изменении температуры.

19.

Противопенные
Противопенные присадки - присадки,
уменьшающие или препятствующие
образованию стойкой пены в жидком
смазочном материале.
Высокая кратность циркуляции масла в
ДВС и перепады давления при его
истечении также способствуют
пенообразованию.
Присутствие в тонких пленках масла,
образующего пузырьки, капелек
инородного нерастворимого вещества
способствует разрыву пузырьков и
уменьшению пенообразования.
Обычно используют диспергированные в
объеме масла силиконовые жидкости.

20.

Классификация
Существуют определенные стандарты, которые распространяются на все виды моторных масел, как
для легковой, так и для тяжелой техники, сельскохозяйственных комбайнов, и даже простых
бензиновых пил и триммеров.

21.

Классификация по API
Данную классификацию разработал американский институт нефти. Согласно этой системе, моторные
масла разделяются в зависимости от их эксплуатационных свойств, при этом учитывается
возможность применения моторного масла в том или ином ДВС
В классификации API учитывается состав масел, что позволяет разделить их по возможности
применения в двигателях с определенным типом топлива, и связано это разделение, прежде всего, с
типом присадок, которые применяются в маслах. Определенные присадки позволяют избежать
запустения и вспенивания масел в турбированных моторах.

22.

API SP
Cамая новая спецификация, это API SP – она была принята в мае 2020 года и на сегодняшний день
обозначает масла высшей категории. Масла API SP не только обладают улучшенными смазочными и
энергосберегающими свойствами, но и борются с эффектом LSPI – преждевременного воспламенения
топливной смеси в цилиндре, которое может возникать на низких оборотах у турбомоторов с
непосредственным впрыском топлива и привести к разрушению поршневых колец.
Слева схематично показан нормальный процесс сгорания топливной смеси в цилиндре, справа эффект LSPI, возникающий до завершения поршнем рабочего такта и приводящий к разрушению
поршневых колец

23.

Классификация по API
На сегодняшний момент, действует следующая классификация базовых масел предложенная американским
институтом нефти API:
Группа I — базовые масла, которые получены методом селективной очистки и депарафинизации растворителями
(обычные минеральные). Индекс вязкости 80-120, сера более 0,03 %.
Группа II — высокодепарафинированные базовые масла, с низким содержанием ароматических соединений и
парафинов, с повышенной окислительной стабильностью (масла, прошедшие гидрообработку - улучшенные
минеральные). Индекс вязкости 80-120, сера менее 0,03 %.
Группа III — базовые масла с высоким индексом вязкости, полученные методом каталитического гидрокрекинга
(НС-технология). В ходе специальной обработки улучшается молекулярная структура масла, масло приближается по
своим свойствам к синтетическим базовым маслам IV группы. Именно масла этой группы относят к т.н.
“полусинтетическим”, но остаются минеральными). Индекс вязкости более 120, сера менее 0,03 %.
Группа IV – синтетические базовые масла на основе полиальфаолефинов (ПАО). Полиальфаолефины, получаемые в
результате химического процесса, имеют характеристики единообразной композиции, очень высокую
окислительную стабильность, высокий индекс вязкости и не имеют молекул парафинов в своем составе.
Группа V – другие базовые масла, не вошедшие в предыдущие группы. В эту группу входят другие синтетические
базовые масла и базовые масла на растительной основе — на основе эфиров или эстеров, сложных продуктов
взаимодействия спиртов и кислот.
С точки зрения стандартных лабораторных испытаний, базовое масло в товарном определяется (вычисляется) очень
приблизительно и лишь по косвенным признакам. Иногда в техническом паспорте (TDS) эта информация
раскрывается, как и в случае с пластичными смазками, но очень редко.

24.

Классификация по SAE
Маркировка обозначает вид моторного масла по вязкости. Он указывает, какое масло лучше выбрать потребителю:
летнее, зимнее или всесезонное. Более жидкое масло будет актуально для эксплуатации в холодном климате. Густое
пригодно к эксплуатации в мягком климате и рекомендовано для изношенных двигателей. На примерах можно
понять, какая маркировка будет соответствовать для вашей машины:

25.

Классификация по SAE
Американский институт нефти (API) недавно объявил
об утверждении улучшенных стандартов
производительности для моторных масел для обеспечения
большей защиты и топливной эффективности для
автомобилей и грузовиков с бензиновым двигателем.
Два из новых стандартов, ILSAC GF-6A и GF-6B,
являются последними в линейке более строгих
спецификаций производительности, выдвинутых
международным Консультативным комитетом по
стандартизации смазочных материалов (ILSAC).
Третий стандарт для моторного масла, API SP, стандарт
представления машинного масла API самый новый.
Новые стандарты устанавливают более строгие
требования к характеристикам моторного масла для
двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Все три стандарта могут быть лицензированы в рамках
системы лицензирования и сертификации моторного масла
API, начиная с 1 мая 2020 года.
Разработка ILSAC GF-6A, GF-6B и API
SP производилась в течение семи лет.
Испытания проводились для демонстрации того, что
масла могут отвечать более жестким требованиям, в том
числе по SAE 0W-16.

26.

SAE J300
Использование маловязких масел в
современных двигателях обеспечивает
экономию топлива. Понятно, что чем
меньше вязкость масла, тем меньше
энергии двигателя уходит на
прокручивание агрегатов - энергия
экономится за счёт меньшего
сопротивления среды и уменьшения
потерь на разогрев атмосферы.
Обновлённая уже в 2015 году
спецификация выглядит вот так:
Целью обновления стандарта является
содействие автомобильным производителям в
борьбе за повышение эффективности
потребления топлива. В настоящее время
снижение потребления топлива является
одним из ключевых ориентиров для OEM.
Цифра 16 в 0W-16 выбрана, чтоб избежать
путаницы c уже существующим стандартом
SAE 15W-X.

27.

Метод капельной пробы масла
Суть метода заключается в следующем:
После остановки работающего прогретого до рабочей температуры двигателя с масляного щупа или иным способом
на лист бумаги капают одну-две капли масла в разных местах.
Далее дают этому листу бумаги высохнуть и рассматривают получившееся изображение.
Отметим, что хотя метод и применяется достаточно давно и существуют авторские патенты на варианты его
реализации, а некоторые достаточно серьезные фирмы выпускают автоматизированное оборудование для обработки
результатов пробы или портативные тест-наборы, все же он не стандартизирован.
Это значит, что нет общепринятой методики ни его применения ни тем более трактовки и формализации результатов
его применения.
Имеющаяся в сети Интернет информация, а также текст инструкций фирм-производителей упомянутых наборов и
оборудования при пристальном анализе не выдерживают критики.
Поэтому считаем своим долгом предупредить, что определить этим способом степень срабатывания присадок,
количество воды, гликоля, загрязнений и прочего в масле, равно и получить хоть какую-то количественную
характеристику не представляется возможным.
ВАЖНО: это качественный доступный способ экспресс-оценки необходимости замены масла.
Как показала наша собственная практика и накопленная библиотека капельных проб различных автотракторных
масел этот способ хорошо применим на практике именно для моторных масел, редукторных и масел для МКПП, но
не применим для гидравлического масла, масла из системы ГУР, тормозной жидкости, масел для АКПП.
Вариантов его использования два. Во-первых, его можно использовать разово при замене масла при проведении
регламентного ТО для указанных выше агрегатов для того, чтобы сделать вывод о
своевременности/несвоевременности проводимой замены масла.

28.

Метод капельной пробы масла
Правильнее использовать его в следующем порядке для установления требуемой в данных условиях эксплуатации
периодичности ТО. Для этого базовую, установленную заводом-изготовителем техники, периодичность ТО делят
на 4 интервала: 0-25, 25-50, 50-75 и 75-100% наработки. Далее, по достижению наработки в часах или км пробега
соответствующей границам указанных интервалов по приведенным выше рекомендациям делают капельную пробу
и анализируют ее. При приближении результата капельной пробы к граничному для масла состоянию
(необходимость близкой замены) следует сократить интервал между анализами и делать пробу чаще. После
получения пробы, соответствующей необходимости срочной замены масла, следует незамедлительно это сделать
(вместе с другими связанными с этим регламентными работами). При неизменности марки и характеристик
применяемого масла и условий работы техники – наработка, полученная в ходе наблюдений, и будет фактической
регламентной нормой для проведения ТО. В процессе наблюдения над результатами получаемых капельных проб
масла, ориентируйтесь на рисунок.
С точки зрения выбраковочных характеристик нужно ориентироваться на два основных критерия:
пигментация (насыщенность) и состояние краев пробы.

29.

Метод капельной пробы масла
Насыщенность пробы для бензиновых ДВС достаточно плавно нарастает с наработкой масла по причине
накопления последним продуктов сгорания топлива у ДВС работающих на газе это практически не наблюдается по
понятным причинам, у дизельных ДВС ситуация двоякая.
Если двигатель имеет механическую систему впрыска, то капельные пробы масла очень быстро чернеют и остаются
такими до самого конца, для ДВС с современными электронными система дозирования топлива (common rail и др.)
— пробы близки к аналогичным у бензиновых моторов. В любом случае накопление продуктов сгорания в масле
зависит от вида топлива, количества сгоревшего топлива и качества его горения и приводит к пропорциональному
снижению запаса диспергирующих, моющих, смазывающих, нейтрализующих свойств моторного масла. В
следствие этого может быть использовано для выбраковки работающего масла, косвенно это мы на практике можем
оценить по пигментации капельной пробы по сравнению с ранее сделанными и при наличии опыта оценки.
Края пробы для масел с маленькой наработкой и слабой интенсивностью использования, равно как и не бывших в
эксплуатации — ровные, гладкие. Края капельных проб по мере увеличения наработки начинают приобретать
резкую очерченность границ и рваный характер. Это скорее всего так же косвенно говорит о срабатывании пакета
присадок, ухудшении свойств масла и утрате легко текучего чистого компонента мало работавшего масла, который
на пробах масел с небольшой наработкой дает хорошо видимое светлое окаймление.
В итоге можно сделать следующий вывод по мере срабатывания свойств и пакета присадок и увеличения наработки
моторного масла мы будем отмечать уменьшение вплоть до полного исчезновения светлого ободка чистого масла,
увеличение насыщенности цвета пробы и переход окаймления от гладкого плавного края к рваному резко
очерченному. Это и будет являться признаком необходимости замены масла.
Вывод: капельная проба масла является хорошим практическим способом качественной
оценки степени работоспособности масла (особенно моторного), однако требует наличия опыта
оценки и правильной методики применения. В первую очередь необходимо использовать
последовательное получение капельных проб и оценку динамики ее изменения.

30.

Внимание!!!!
Спасибо за внимание!