Введение
Масло, используемое для смазки двигателей внутреннего сгорания. Моторное масло, масло для двигателя или смазочный материал для двигателя – это любое из различных веществ, используемых для смазки двигателей внутреннего сгорания. Обычно они состоят из базовых масел, улучшенных различными присадками, в частности, противоизносными присадками, моющими присадками, дисперсантами, а для многосортных масел – улучшителями индекса вязкости. Основная функция моторного масла заключается в снижении трения и износа движущихся частей и очистке двигателя от шлама (одна из функций дисперсантов) и лака (моющих присадок). Оно также нейтрализует кислоты, образующиеся в топливе и при окислении смазочного материала (моющими присадками), улучшает герметичность поршневых колец и охлаждает двигатель, отводя тепло от движущихся частей. Помимо вышеупомянутых основных компонентов, почти все смазочные масла содержат ингибиторы коррозии и окисления. Моторное масло может состоять только из базового масла в случае немоющего масла, или из базового масла плюс присадки для улучшения моющих свойств масла, его характеристик при экстремальном давлении и способности предотвращать коррозию деталей двигателя. Для производства моторных масел используются базовые масла, состоящие из углеводородов на нефтяной основе, полиальфаолефинов (ПАО) или их смесей в различных пропорциях, иногда с добавлением до 20% по массе сложных эфиров для лучшего растворения присадок.
Motor oil, engine oil, or engine lubricant is any one of various substances used for the lubrication of internal combustion engines. They typically consist of base oils enhanced with various additives, particularly antiwear additives, detergents, dispersants, and, for multi grade oils, viscosity index improvers. The main function of motor oil is to reduce friction and wear on moving parts and to clean the engine from sludge (one of the functions of dispersants) and varnish (detergents). It also neutralizes acids that originate from fuel and from oxidation of the lubricant (detergents), improves the sealing of piston rings, and cools the engine by carrying heat away from moving parts. In addition to the aforementioned basic constituents, almost all lubricating oils contain corrosion and oxidation inhibitors. Motor oil may be composed of only a lubricant base stock in the case of non detergent oil, or a lubricant base stock plus additives to improve the oil's detergency, extreme pressure performance, and ability to inhibit corrosion of engine parts. Motor oils are blended using base oils composed of petroleum based hydrocarbons, polyalphaolefins (PAO), or their mixtures in various proportions, sometimes with up to 20% by weight of esters for better dissolution of additives.
История
6 сентября 1866 года американец Джон Эллис основал компанию Continuous Oil Refining Company. Изучая потенциальные целебные свойства сырой нефти, доктор Эллис не обнаружил реальной лекарственной ценности и был разочарован, однако его заинтриговали возможные смазывающие свойства нефти. В конечном итоге он оставил медицинскую практику, чтобы посвятить себя разработке высоковязкого смазочного материала на нефтяной основе для паровых двигателей – которые в то время использовали неэффективные смеси нефти, животных и растительных жиров. Прорыв произошел, когда ему удалось создать масло, эффективно работающее при высоких температурах. Это привело к уменьшению количества клапанов, забитых отложениями, и коррозии цилиндров.
Использование
Моторное масло – это смазочный материал, используемый во двигателях внутреннего сгорания, приводящих в действие автомобили, мотоциклы, газонокосилки, генераторы и множество других машин. В двигателях есть детали, которые движутся относительно друг друга, и трение между ними приводит к потере полезной энергии, преобразуя кинетическую энергию в тепло. Это также вызывает износ деталей, что может привести к снижению эффективности и ухудшению работы двигателя. Правильная смазка уменьшает расход топлива, снижает потери мощности и увеличивает срок службы двигателя. Моторное масло создает разделительную пленку между поверхностями смежных движущихся деталей, минимизируя прямой контакт между ними, уменьшая тепло трения и снижая износ, тем самым защищая двигатель. В процессе работы моторное масло передает тепло посредством теплопроводности, циркулируя по двигателю. В двигателе с циркулирующим маслонасосом это тепло отводится потоком воздуха, обдувающим внешнюю поверхность масляного поддона, через масляный радиатор и посредством масляных газов, удаляемых системой вентиляции картерных газов (PCV). В то время как современные циркулирующие насосы обычно используются в легковых автомобилях и других двигателях аналогичного или большего размера, система смазки с полным потерей масла остается популярным вариантом для небольших и миниатюрных двигателей. В бензиновых двигателях верхнее поршневое кольцо может подвергать моторное масло температурам до 160 °C (320 °F). В дизельных двигателях верхнее кольцо может подвергать масло температурам выше 315 °C (599 °F). Моторные масла с более высоким индексом вязкости меньше теряют вязкость при этих высоких температурах. Покрытие металлических деталей маслом также защищает их от воздействия кислорода, подавляя окисление при повышенных рабочих температурах и предотвращая ржавчину или коррозию. В моторное масло также могут добавляться ингибиторы коррозии. Многие моторные масла содержат моющие и диспергирующие присадки, которые помогают поддерживать двигатель в чистоте и минимизировать образование масляного осадка. Масло способно улавливать сажу, образующуюся при сгорании, вместо того, чтобы она откладывалась на внутренних поверхностях. Сочетание этого и частичного прогорания приводит к тому, что отработанное масло темнеет после определенного периода эксплуатации. Трение металлических деталей двигателя неизбежно приводит к образованию микроскопических металлических частиц в результате износа поверхностей. Эти частицы могут циркулировать в масле и вызывать износ движущихся деталей. Поскольку частицы накапливаются в масле, оно обычно циркулирует через масляный фильтр для удаления вредных частиц. Масляный насос – шестеренный или лопастной, приводимый в действие двигателем – перекачивает масло по всему двигателю, включая масляный фильтр. Масляные фильтры могут быть полнопроточными или байпасными. В картере автомобильного двигателя моторное масло смазывает вращающиеся или скользящие поверхности между шейками коленчатого вала (основными и шатунными подшипниками) и шатунами, соединяющими поршни с коленчатым валом. Масло собирается в масляном поддоне, расположенном в нижней части картера. В некоторых небольших двигателях, таких как двигатели газонокосилок, ковши на концах шатунов погружаются в масло внизу и разбрызгивают его по картеру для смазки внутренних деталей. В современных автомобильных двигателях масляный насос забирает масло из масляного поддона и подает его через масляный фильтр в масляные каналы, из которых масло смазывает основные подшипники, поддерживающие коленчатый вал, и подшипники распределительного вала, приводящие в действие клапаны. В типичных современных автомобилях давление масла, подаваемое из масляных каналов в основные подшипники, поступает в отверстия в шейках коленчатого вала. Из этих отверстий масло перемещается по каналам внутри коленчатого вала к отверстиям в шейках шатунов для смазки шатунных подшипников и шатунов. В некоторых более простых конструкциях для смазки контактных поверхностей между поршневыми кольцами и внутренними поверхностями цилиндров использовалось разбрызгивание масла быстро движущимися деталями. Однако в современных конструкциях также предусмотрены каналы в шатунах, которые подают масло от шатунных подшипников к соединениям шатуна с поршнем и смазывают контактные поверхности между поршневыми кольцами и внутренними поверхностями цилиндров. Эта масляная пленка также служит уплотнением между поршневыми кольцами и стенками цилиндров, отделяя камеру сгорания в головке цилиндра от картера. Затем масло стекает обратно в масляный поддон. Моторное масло также может служить охлаждающей жидкостью. В некоторых двигателях масло распыляется через форсунку внутри картера на поршень для охлаждения определенных деталей, подвергающихся высоким термическим нагрузкам. С другой стороны, теплоемкость масляного резервуара должна быть заполнена, то есть масло должно достичь своего расчетного температурного диапазона, прежде чем оно сможет защитить двигатель при высоких нагрузках. Обычно это занимает больше времени, чем нагрев основной охлаждающей жидкости – воды или ее смесей – до рабочей температуры. Для информирования водителя о температуре масла некоторые старые и высокопроизводительные или гоночные двигатели оснащены масляным термометром. Продолжительная работа двигателя внутреннего сгорания без достаточного количества моторного масла может привести к его повреждению, сначала из-за износа, а в крайних случаях – до "заклинивания" двигателя, когда отсутствие смазки и охлаждения приводит к внезапной остановке двигателя. Заклинивание двигателя может привести к серьезным повреждениям его механизмов.
Масло для двигателей, не используемое в транспортных средствах
Примером может служить смазочное масло для четырехтактных или четырехцикловых двигателей внутреннего сгорания, таких как те, что используются в портативных электрогенераторах и газонокосилках "walk behind". Другой пример – двухтактное масло для смазки двухтактных или двухцикловых двигателей внутреннего сгорания, применяемых в снегоочистителях, бензопилах, модельных самолетах, бензиновом садовом оборудовании, таком как триммеры, воздуходувки и культиваторы почвы. Часто эти двигатели не подвергаются таким широким диапазонам рабочих температур, как в транспортных средствах, поэтому для них могут использоваться масла с одной вязкостью. В небольших двухтактных двигателях масло может быть предварительно смешано с бензином или топливом, часто в богатой пропорции бензина к маслу 25:1, 40:1 или 50:1, и сгорать вместе с бензином в процессе работы. Более крупные двухтактные двигатели, используемые в лодках и мотоциклах, могут иметь более экономичную систему впрыска масла, вместо предварительного смешивания масла с бензином. Система впрыска масла не используется в небольших двигателях, применяемых в таких устройствах, как снегоочистители и моторы для троллинга, поскольку она слишком дорога для небольших двигателей и занимает слишком много места на оборудовании. Свойства масла будут варьироваться в зависимости от специфических потребностей этих устройств. Двухтактные масла, не дающие дыма, состоят из сложных эфиров или полигликолей. Экологическое законодательство для рекреационных морских судов, особенно в Европе, способствовало использованию двухциклового масла на основе сложных эфиров.
Границы вязкости
Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE) разработало числовую систему кодирования для оценки моторных масел по их вязкостным характеристикам, известную как SAE J300. Этот стандарт широко используется во всем мире, и к организациям, применяющим его, относятся API и ACEA. Классификация включает односортные масла, такие как SAE 30, и многосортные масла, такие как SAE 15W-30. Многосортное масло состоит из зимнего класса, определяющего вязкость при низких температурах, и летнего класса, определяющего вязкость при рабочих температурах. Моторное масло, содержащее полимерный улучшитель индекса вязкости (VII), должно быть классифицировано как многосортное. Деградация VII под воздействием сдвига вызывает опасения при использовании на мотоциклах, где трансмиссия может использовать то же смазочное масло, что и двигатель. По этой причине иногда рекомендуется использовать масло, специально разработанное для мотоциклов. Необходимость использования более дорогостоящего масла для мотоциклов также подвергается сомнению как минимум одной потребительской организацией.
Содержание
Масло и масляный фильтр необходимо периодически заменять; эта процедура называется заменой масла. Несмотря на то, что существует целая индустрия, связанная с регулярной заменой масла и техническим обслуживанием, замена масла – относительно простая операция по обслуживанию автомобиля, которую многие автовладельцы могут выполнить самостоятельно. Она включает в себя слив масла из двигателя в поддон, замену фильтра и заливку свежего масла. В двигателях масло подвергается воздействию продуктов сгорания, и в процессе эксплуатации в масле накапливаются микроскопические частицы кокса из черной сажи. Кроме того, трение металлических деталей двигателя приводит к образованию микроскопических металлических частиц из-за износа поверхностей. Эти частицы могут циркулировать в масле и вызывать абразивный износ деталей. Масляный фильтр удаляет многие частицы и осадок, но со временем может забиться при длительном использовании. Моторное масло, и особенно его присадки, также подвергаются термической и механической деградации, что снижает вязкость и щелочное число масла. При снижении вязкости масло хуже смазывает двигатель, увеличивая износ и риск перегрева. Щелочное число – это способность масла противостоять образованию кислот. Если щелочное число падает до нуля, образуются кислоты, вызывающие коррозию двигателя. Некоторые производители двигателей указывают требуемый класс вязкости масла, но различные масла с разной вязкостью могут показывать лучшие результаты в зависимости от условий эксплуатации. Многие производители предъявляют различные требования и имеют собственные спецификации для моторного масла. Это обусловлено требованиями EPA, согласно которым клиенту следует рекомендовать масло того же класса вязкости, которое использовалось при испытаниях на расход топлива (MPG). Эта исключительная рекомендация привела к отказу от информационных таблиц, показывающих диапазон температур и соответствующие классы вязкости масла. В целом, если производитель не указал иное, более густое масло не обязательно лучше, чем более жидкое; густые масла склонны дольше оставаться на деталях между движущимися поверхностями, что ускоряет их деградацию по сравнению с более жидким маслом, которое лучше циркулирует, обеспечивая своевременную замену. Холодная погода увеличивает вязкость обычного масла, поэтому производители рекомендуют использовать более жидкое масло в регионах с холодными зимами. Замена масла обычно планируется в зависимости от срока эксплуатации или пробега автомобиля. Это приблизительные показатели, определяющие оптимальный момент для замены масла, учитывающие время работы масла при повышенной температуре, количество циклов нагрева двигателя и интенсивность его эксплуатации. Пробег предназначен для оценки времени работы при высокой температуре, а срок эксплуатации – для корреляции с количеством поездок и количеством циклов нагрева. Масло не деградирует значительно, если оно находится в холодном двигателе. Однако, если автомобиль используется для коротких поездок, масло не прогревается до полной температуры и в нем накапливаются загрязняющие вещества, такие как вода, из-за недостаточного нагрева для ее испарения. Масло в таком состоянии может вызвать проблемы. Важно также качество используемого масла, особенно синтетического (синтетические масла более стабильны, чем обычные). Некоторые производители учитывают это (например, BMW и VW со своими стандартами Longlife), а другие – нет. Интервалы замены, основанные на времени, учитывают водителей, совершающих короткие поездки, которые приводят к большему накоплению загрязняющих веществ. Производители рекомендуют не превышать установленные интервалы замены масла по времени или пробегу. Многие современные автомобили указывают более длительные интервалы замены масла и фильтра, но при "тяжелых" условиях эксплуатации требуется более частая замена. Это относится к коротким поездкам, когда масло не достигает рабочей температуры, достаточной для испарения конденсата, избыточного топлива и других загрязнений, приводящих к образованию "шлама", "лака", "кислот" или других отложений. Многие производители используют компьютерные системы для оценки состояния масла на основе факторов, влияющих на его деградацию, таких как обороты двигателя, температура и длина поездки; некоторые системы оснащены оптическим датчиком для определения прозрачности масла. Эти системы обычно известны как системы контроля интервала замены масла (Oil Life Monitoring, OLM). Некоторые станции экспресс-замены масла рекомендуют интервалы в 8000 км или каждые три месяца, но, по мнению многих автопроизводителей, это не обязательно. Это привело к кампании, проводимой Калифорнийским агентством по охране окружающей среды (California EPA), против "мифа о 8000 км", продвигающей рекомендации автопроизводителей по интервалам замены масла вместо рекомендаций индустрии замены масла. При замене масла водитель может корректировать вязкость в зависимости от температуры окружающей среды, выбирая более густое масло для летней жары и более жидкое – для зимнего холода. Масла с низкой вязкостью широко используются в современных автомобилях. К середине 1980-х годов рекомендованные классы вязкости снизились до 5W-30, в основном для повышения топливной экономичности. Типичным современным примером является использование Honda 5W-20 (а в новейших автомобилях – 0W-20). Конструкция двигателей развивается, чтобы позволить использовать масла с еще более низкой вязкостью без риска чрезмерного металлического износа, особенно в механизмах распределительного вала и клапанов. В соответствии с тенденцией автопроизводителей к снижению вязкости для повышения топливной экономичности, 2 апреля 2013 года Общество инженеров автомобилестроения (SAE) представило класс вязкости SAE 16, что стало отходом от традиционной системы нумерации, кратной 10, для классов вязкости при высокой температуре, варьирующихся от низкой вязкости SAE 20 до высокой вязкости SAE 60.
Масло для мотоциклов
В структуре классификации масел API больше не предусмотрена специальная поддержка для мотоциклов с мокрым сцеплением в описаниях масел, и масла API SJ и более поздних версий предназначены для использования в автомобилях и легких грузовиках. Следовательно, мотоциклетные масла подлежат своим собственным, уникальным стандартам. Подробности см. в разделе JASO ниже. Как упоминалось выше, мотоциклетные масла часто по-прежнему соответствуют устаревшему стандарту SF/SG.
ILSAC
Международный комитет по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC) также устанавливает стандарты для моторных масел. Стандарт GF-4, введенный в 2004 году, применяется к маслам классов вязкости SAE 0W-20, 5W-20, 0W-30, 5W-30 и 10W-30. В целом, ILSAC сотрудничает с API при разработке новейших спецификаций для бензиновых масел, добавляя к своим спецификациям дополнительное требование – испытания на топливную экономичность. Для GF-4 требуется проведение испытания топливной экономичности по методике Sequence VIB (ASTM D6837), которое не является обязательным для категории обслуживания API SM. Ключевым новым испытанием для GF-4, также обязательным для API SM, является Sequence IIIG, которое включает в себя запуск двигателя GM 3.8L V6 при 3600 об/мин и температуре масла 150 °C (302 °F) в течение 100 часов. Это значительно более жесткие условия, чем те, для которых разрабатывались масла, соответствующие спецификациям API: особенно часто температуру масла выше 100 °C (212 °F) поддерживают турбированные двигатели, а также большинство двигателей европейского или японского производства, особенно малообъемные, но высокопроизводительные. Испытание IIIG примерно на 50% сложнее, чем предыдущее испытание IIIF, используемое для масел GF-3 и API SL. Моторные масла с символом API starburst, выпущенные после 2005 года, соответствуют требованиям ILSAC GF-4. Стандарт вступил в силу в октябре 2010 года. Отрасли был предоставлен год на переход своих масел на GF-5, и в сентябре 2011 года ILSAC прекратил лицензирование GF-4. После почти десяти лет использования GF-5, ILSAC опубликовал окончательные спецификации GF-6 в 2019 году, а лицензионные продажи производителям и компаниям, занимающимся перемаркировкой, начались 1 мая 2020 года. Существует два стандарта GF-6: GF-6A, являющийся развитием и полностью обратно совместимым с GF-5, и GF-6B, предназначенный специально для масла класса вязкости SAE 0W-16.
АСЕА
Тесты классификации эксплуатационных характеристик/качества A3/A5, разработанные ACEA (Association des Constructeurs Européens d'Automobiles) и применяемые в Европе, вероятно, более строгие, чем стандарты API и ILSAC. CEC (Координационный Европейский Совет) является организацией, разрабатывающей методики испытаний топлива и смазочных материалов в Европе и за ее пределами, устанавливая стандарты через свои европейские отраслевые группы: ACEA, ATIEL, ATC и CONCAWE. ACEA не проводит сертификацию масел, не выдает лицензии и не регистрирует сертификаты соответствия. Производители масел самостоятельно несут ответственность за проведение всех испытаний и оценку масел в соответствии с общепринятыми стандартами и практикой в индустрии моторных смазочных материалов. Популярные категории включают A3/B3 и A3/B4, которые определяются как "Стабильное, сохраняющее свои характеристики моторное масло, предназначенное для использования в бензиновых и дизельных двигателях легковых автомобилей и легких коммерческих фургонов с увеличенными интервалами замены". A3/B5 подходит только для двигателей, разработанных для работы с маслами низкой вязкости. Масла категории C предназначены для использования в двигателях, оснащенных каталитическими нейтрализаторами и сажевыми фильтрами, а категория E – для тяжелых дизельных двигателей.
ЯСО
Японская организация по стандартизации автомобилей (JASO) разработала собственные стандарты производительности и качества для бензиновых двигателей японского производства. Для четырехтактных бензиновых двигателей применяется стандарт JASO T904, который особенно важен для мотоциклетных двигателей. Стандарты JASO T904 MA и MA2 предназначены для классификации масел, одобренных для использования с мокрым сцеплением, при этом смазочные материалы MA2 обеспечивают более высокое сцепление. Стандарт JASO T904 MB указывает на масла, не предназначенные для использования с мокрым сцеплением, и поэтому они применяются в скутерах, оснащенных вариаторами. Добавление модификаторов трения в масла JASO MB может способствовать повышению топливной экономичности в этих условиях. Для двухтактных бензиновых двигателей используется стандарт JASO M345 (FA, FB, FC, FD), который охватывает такие характеристики, как низкое содержание золы, смазывающая способность, моющие свойства, низкий уровень дымности и предотвращение засорения выхлопной системы. Эти стандарты, особенно JASO MA (для мотоциклов) и JASO FC, разработаны для решения вопросов, связанных с требованиями к маслам, которые не рассматриваются в классификациях API. Одним из элементов стандарта JASO MA является тест на трение, предназначенный для определения пригодности масла для использования с мокрым сцеплением. Масло, соответствующее стандарту JASO MA, считается подходящим для работы с мокрым сцеплением. Масла, предназначенные специально для мотоциклов, будут иметь маркировку JASO MA.
АСТМ
В докладе Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM) за 1989 год было заявлено, что их 12-летняя работа по созданию нового стандарта вязкости при высокой температуре и высокой скорости сдвига (HTHS) не дала результатов. Ссылаясь на SAE J300, который является основой для современных стандартов классификации, в докладе отмечалось:
Бурный рост не-ньютоновских многосортных масел сделал кинематическую вязкость практически бесполезным параметром для определения "реальной" вязкости в критически важных зонах двигателя. Некоторые выражают разочарование тем, что двенадцатилетние усилия не привели к пересмотру документа SAE J300 "Классификация вязкости моторных масел", чтобы отразить вязкость при высоких температурах для различных марок. По мнению автора, этот пересмотр не произошел, поскольку на рынке автомобильных смазочных материалов нет случаев отказа оборудования, однозначно связанных с недостаточной вязкостью масла HTHS.
The rapid growth of non Newtonian multigraded oils has rendered kinematic viscosity as a nearly useless parameter for characterising "real" viscosity in critical zones of an engine There are those who are disappointed that the twelve year effort has not resulted in a redefinition of the SAE J300 Engine Oil Viscosity Classification document so as to express high temperature viscosity of the various grades In the view of this writer, this redefinition did not occur because the automotive lubricant market knows of no field failures unambiguously attributable to insufficient HTHS oil viscosity.
Спецификации производителя
Некоторые современные производители двигателей или транспортных средств требуют использования специальной формулы масла, известной как спецификации масла, для обеспечения дополнительного уровня защиты для специальных конструкций двигателей, материалов и условий эксплуатации. Начиная с конца 1990-х годов, BMW, например, представила спецификацию LL 98 (Long Life 1998), которая требует специальных присадок в маслах, одобренных для соответствия этой спецификации. BMW регулярно разрабатывает новые спецификации для удовлетворения растущих требований стандартов EPA по выбросам и норм расхода топлива (MPG), а также для новых двигателей. Известно, что использование масла с несоответствующей спецификацией может привести к преждевременному засорению и другим неисправностям системы PCV (положительной вентиляции картера), системы VVT (изменения фаз газораспределения), прокладок и уплотнений, а также других компонентов двигателя внутреннего сгорания. Некоторые из присадок в этих спецификациях предназначены для обеспечения смазки и чистоты систем. Примеры других спецификаций BMW: LL 01, LL 01 fe, LL 12, LL 14+, LL 17 fe. Европейские производители автомобилей стали пионерами в разработке спецификаций масла, но азиатские и американские производители также присоединились к этому процессу, что создало необходимость для станций замены масла, ремонтных мастерских и дилерских центров иметь в наличии широкий ассортимент масел, чтобы избежать механических и финансовых потерь. Примеры спецификаций VW: VW 500.00, VW 501.01, VW 502.00, VW 503.00, VW 503.01, VW 504.00, VW 505.00, VW 505.01, VW 506.00, VW 507.00, VW 508.00/509.00. Спецификации Mercedes Benz включают: MB 226.5, MB 226.51, MB 229.1, MB 229.31, MB 229.5, MB 229.51, MB 229.52.
Другие добавки
В дополнение к улучшителям индекса вязкости, производители моторного масла часто включают другие добавки, такие как моющие и диспергирующие присадки, чтобы помочь поддерживать двигатель в чистоте, минимизируя образование отложений, ингибиторы коррозии и щелочные присадки для нейтрализации кислых продуктов окисления масла. Большинство коммерческих масел содержат минимальное количество диалкилдитиофосфата цинка в качестве противоизносной присадки для защиты контактирующих металлических поверхностей цинком и другими соединениями в случае металлического контакта. Количество диалкилдитиофосфата цинка ограничено для минимизации негативного воздействия на каталитические нейтрализаторы. Другим важным аспектом для систем доочистки выхлопных газов является отложение золы масла, которое увеличивает сопротивление выхлопным газам и со временем снижает экономию топлива. Так называемый "химический пакет" ограничивает концентрацию серы, золы и фосфора (SAP). Существуют и другие коммерчески доступные присадки, которые пользователь может добавлять в масло для предполагаемого дополнительного эффекта. Некоторые из этих присадок включают: противоизносные присадки, такие как диалкилдитиофосфат цинка (ZDDP) и его альтернативы из-за ограничений по содержанию фосфора в некоторых спецификациях. Также добавляются сульфонаты кальция для защиты моторного масла от окислительного разложения и предотвращения образования шлама и лаковых отложений. Обе эти группы присадок составляли основу пакетов присадок, используемых производителями смазочных материалов до 1990-х годов, когда возникла потребность в беззольных присадках. Основным преимуществом была очень низкая цена и широкая доступность (сульфонаты изначально были побочным продуктом производства). В настоящее время существуют беззольные смазочные материалы, которые могут соответствовать требованиям предыдущего поколения только с использованием более дорогих базовых масел и более дорогих органических или органометаллических присадок. Некоторые новые масла не предназначены для обеспечения уровня защиты предыдущих поколений с целью снижения производственных затрат. Некоторые присадки, содержащие дисульфид молибдена, как утверждается, уменьшают трение, образуют связь с металлом или обладают противоизносными свойствами. Частицы MoS2 могут свариваться с поверхностью стали, и некоторые компоненты двигателя даже обрабатывались слоем MoS2 в процессе производства, в частности вкладыши цилиндров. (Например, Trabant). Они использовались во время Второй мировой войны в авиационных двигателях и стали коммерчески доступны после Второй мировой войны до 1990-х годов. Они были коммерциализированы в 1970-х годах (ELF ANTAR Molygraphite) и до сих пор доступны (Liqui Moly MoS2 10W-40). Основным недостатком дисульфида молибдена является антрацитовый черный цвет, поэтому масло, обработанное им, трудно отличить от загрязненного маслом с металлическими стружками из поврежденного коленчатого вала. В 1980-х и 1990-х годах потребителям были доступны присадки с суспендированными частицами PTFE, например, "Slick50", для повышения способности моторного масла обволакивать и защищать металлические поверхности. Эффективность этих продуктов вызывает споры, поскольку они могут коагулировать и засорять масляный фильтр и узкие масляные каналы в двигателе. Предполагается, что они работают в условиях пограничной смазки, которых, как правило, избегают в хорошо спроектированных двигателях. Кроме того, тефлон сам по себе обладает ограниченной способностью прочно прилипать к обрезной поверхности, в отличие, например, от дисульфида молибдена. Многие патенты предлагают использовать перфторполимеры для уменьшения трения между металлическими деталями, такие как PTFE (тефлон) или микронизированный PTFE. Однако препятствием для применения PTFE является его нерастворимость в смазочных маслах. Их применение сомнительно и в основном зависит от конструкции двигателя: двигатель, который не может поддерживать адекватные условия смазки, может получить пользу, в то время как правильно спроектированный двигатель с достаточной толщиной масляной пленки не заметит никакой разницы. PTFE – очень мягкий материал, поэтому его коэффициент трения хуже, чем у закаленной стали, контактирующей под обычными нагрузками. PTFE используется в составе скользящих подшипников, где он улучшает смазку при относительно небольших нагрузках до тех пор, пока давление масла не достигнет уровня, необходимого для гидродинамической смазки. Некоторые масла, содержащие дисульфид молибдена, могут быть не подходят для мотоциклов, в которых смазка сцепления совмещена со смазкой двигателя.
Antiwear additives, like zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP) and its alternatives due to phosphorus limits in some specifications. Calcium sulfonates additives are also added to protect motor oil from oxidative breakdown and to prevent the formation of sludge and varnish deposits. Both were the main basis of additive packages used by lubricant manufacturers up until the 1990s when the need for ashless additives arose. Main advantage was very low price and wide availability (sulfonates were originally waste byproducts). Currently there are ashless oil lubricants without these additives, which can only fulfill the qualities of the previous generation with more expensive basestock and more expensive organic or organometallic additive compounds. Some new oils are not formulated to provide the level of protection of previous generations to save manufacturing costs. Some molybdenum disulfide containing additives to lubricating oils are claimed to reduce friction, bond to metal, or have anti wear properties. MoS2 particles can be shear welded on steel surface and some engine components were even treated with MoS2 layer during manufacture, namely liners in engines. (Trabant for example). They were used in World War II in flight engines and became commercial after World War II until the 1990s. They were commercialized in the 1970s (ELF ANTAR Molygraphite) and are today still available (Liqui Moly MoS2 10 W 40). Main disadvantage of molybdenum disulfide is anthracite black color, so oil treated with it is hard to distinguish from a soot filled engine oil with metal shavings from spun crankshaft bearing. In the 1980s and 1990s, additives with suspended PTFE particles were available, e. g., "Slick50", to consumers to increase motor oil's ability to coat and protect metal surfaces. There is controversy as to the actual effectiveness of these products, as they can coagulate and clog the oil filter and tiny oil passages in the engine. It is supposed to work under boundary lubricating conditions, which good engine designs tend to avoid anyway. Also, Teflon alone has little to no ability to firmly stick on a sheared surface, unlike molybdenum disulfide, for example. Many patents proposed use perfluoropolymers to reduce friction between metal parts, such as PTFE (Teflon), or micronized PTFE. However, the application obstacle of PTFE is insolubility in lubricant oils. Their application is questionable and depends mainly on the engine designone that can not maintain reasonable lubricating conditions might benefit, while properly designed engine with oil film thick enough would not see any difference. PTFE is a very soft material, thus its friction coefficient becomes worse than that of hardened steel to steel mating surfaces under common loads. PTFE is used in composition of sliding bearings where it improves lubrication under relatively light load until the oil pressure builds up to full hydrodynamic lubricating conditions. Some molybdenum disulfide containing oils may be unsuitable for motorcycles which share wet clutch lubrication with the engine.
Экологические последствия
Из-за своего химического состава, широкого распространения по всему миру и воздействия на окружающую среду, отработанное моторное масло считается серьезной экологической проблемой. Большинство современных моторных смазочных материалов содержат нефтяные базовые масла, которые токсичны для окружающей среды и сложны в утилизации после использования. Более 40% загрязнения водных путей Америки вызвано отработанным моторным маслом. Отработанное масло считается крупнейшим источником нефтяного загрязнения в портах и водных путях США, в основном из-за неправильной утилизации. Наибольший вклад в загрязнение океанов моторным маслом вносят стоки ливневой канализации и поверхностный сток с городских улиц, часто вызванный неправильной утилизацией моторного масла. Даже небольшое количество отработанного масла может образовать пленку на поверхности воды, угрожая рыбам, водоплавающим птицам и другим водным организмам. Токсическое воздействие отработанного масла на пресноводные и морские организмы варьируется, однако значительные долгосрочные эффекты были выявлены при концентрациях 310 ppm у нескольких видов пресноводных рыб и даже при 1 ppm у морских организмов.
Синтетические масла
Синтетические смазочные материалы были впервые произведены в значительных количествах в качестве замены минеральным смазочным материалам (и топливу) немецкими учеными в конце 1930-х и начале 1940-х годов из-за недостатка сырой нефти, необходимой для ведения боевых действий во Второй мировой войне. Значительным фактором, способствовавшим их росту популярности, стала способность смазочных материалов на синтетической основе сохранять текучесть при очень низких температурах, например, на Восточном фронте Германии, где смазочные материалы на нефтяной основе затвердевали из-за более высокого содержания воска. Использование синтетических смазочных материалов расширилось в 1950-х и 1960-х годах благодаря свойству, противоположному по температурному спектру – способности смазывать авиационные двигатели при высоких температурах, при которых минеральные смазочные материалы разрушались. В середине 1970-х годов синтетические моторные масла были разработаны и впервые применены в автомобильной промышленности. Та же система SAE для классификации вязкости моторных масел применяется и к синтетическим маслам. Синтетические масла получают из базовых масел групп III, IV или V. К синтетическим относятся классы смазочных материалов, такие как синтетические эфиры (группа V), а также "другие", такие как GTL (газ-в-жидкость, на основе метана) (группа III+) и полиальфаолефины (группа IV). Более высокая чистота и, следовательно, лучший контроль свойств теоретически означает, что синтетическое масло обладает лучшими механическими свойствами при экстремально высоких и низких температурах. Молекулы делаются достаточно большими и "мягкими", чтобы сохранять хорошую вязкость при высоких температурах, а разветвленная структура молекул препятствует затвердеванию и обеспечивает текучесть при низких температурах. Таким образом, хотя вязкость все же снижается с повышением температуры, эти синтетические моторные масла имеют более высокий индекс вязкости по сравнению с традиционными маслами на нефтяной основе. Их специально разработанные свойства обеспечивают более широкий температурный диапазон при высоких и низких температурах и часто включают более низкую температуру застывания. Благодаря улучшенному индексу вязкости, синтетические масла требуют меньшего количества улучшителей индекса вязкости, которые являются наиболее уязвимыми к термической и механической деградации компонентами масла при старении, и поэтому они не деградируют так быстро, как традиционные моторные масла. Однако они все равно загрязняются твердыми частицами, хотя эти частицы лучше удерживаются во взвешенном состоянии, и масляный фильтр со временем все равно заполняется и забивается. Поэтому периодическая замена масла и фильтра необходима и при использовании синтетического масла, но некоторые производители синтетических масел утверждают, что интервалы между заменами масла могут быть увеличены, в основном из-за снижения деградации, вызванной окислением. Испытания показывают, что полностью синтетическое масло превосходит обычное масло в экстремальных условиях эксплуатации и может работать лучше в стандартных условиях. Однако в подавляющем большинстве случаев применения в транспортных средствах смазочные материалы на основе минеральных масел, обогащенные присадками и имеющие более чем столетний опыт разработки, по-прежнему остаются преобладающими смазочными материалами для большинства двигателей внутреннего сгорания.
Масла на биологической основе
Масла на биологической основе существовали задолго до разработки масел на нефтяной основе в 19 веке. Они вновь привлекли внимание с развитием биотоплива и стремлением к экологически чистым продуктам. Разработка моторных масел на основе рапса началась в 1996 году с целью создания экологически безопасных продуктов. Университет Пердью финансирует проект по разработке и испытанию таких масел. Результаты испытаний показывают удовлетворительные характеристики испытанных масел. Обзор текущего состояния биомасел для двигателей и базовых масел в мире, а также в США, демонстрирует, что биосмазочные материалы перспективны как для увеличения текущих запасов смазочных материалов на нефтяной основе, так и для их замены во многих случаях. Национальный центр сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США разработал технологию смазки Эстолид, изготовленную из растительных и животных масел. Эстолиды показали значительный потенциал в широком спектре применений, включая смазочные материалы для двигателей. Работая совместно с Министерством сельского хозяйства США, калифорнийская компания Biosynthetic Technologies разработала высокоэффективное биосинтетическое масло типа "drop-in" на основе технологии Эстолид для использования в моторных маслах и промышленных смазочных материалах. Это биосинтетическое масло, разработанное при участии Американского нефтяного института (API), потенциально способно значительно снизить экологические проблемы, связанные с использованием нефти. Независимые испытания показали, что биосинтетические масла входят в число продуктов с наивысшим рейтингом по защите двигателей и механизмов; они также являются биоразлагаемыми, нетоксичными, не накапливаются в морских организмах и произведены из возобновляемого сырья. Кроме того, моторные масла и смазочные материалы, изготовленные на основе биосинтетических базовых масел, могут быть переработаны и повторно переработаны вместе с маслами на нефтяной основе. Американская компания Green Earth Technologies производит биомоторное масло под названием G Oil, изготовленное из животных масел.
Будущее
Новый процесс разложения полиэтилена, распространенного пластика, используемого во многих потребительских упаковках, преобразует его в воск, подобный парафину, с подходящими молекулярными свойствами для последующего превращения в смазочный материал, избегая дорогостоящего процесса Фишера-Тропша. Пластик расплавляется и затем подается в печь. Тепло печи разрушает молекулярные цепочки полиэтилена, превращая его в воск. В заключение воск подвергается каталитической обработке, изменяющей его молекулярную структуру и образующей прозрачное масло. Биоразлагаемые моторные масла на основе сложных эфиров или смесей углеводородных эфиров появились в 1990-х годах, а затем, начиная с 2000 года, появились составы, соответствующие критериям "био-неттоксичности" европейской директивы о препаратах (EC/1999/45). Это означает, что они не только биоразлагаемы в соответствии с методами испытаний OECD 301x, но и токсичность для водных организмов (рыб, водорослей, дафний) превышает 100 мг/л. Другим классом базовых масел, подходящих для моторных масел, являются полиалкиленгликоли. Они обеспечивают нулевое содержание золы, свойства "био-неттоксичности" и характеристики, подходящие для обедненных смесей.
Перерафинированное моторное масло
Масло в моторном масле действительно разрушается и сгорает по мере использования в двигателе, а также загрязняется частицами и химическими веществами, что снижает его эффективность как смазочного материала. Переработка очищает отработанное масло от загрязнений и отработанных присадок. Затем этот очищенный "базовый компонент" смешивается с первичным базовым компонентом и новым пакетом присадок для получения готового смазочного материала, который может быть столь же эффективным, как и смазочные материалы, изготовленные только из первичного масла. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) определяет переработанные продукты как содержащие не менее 25% переработанного базового компонента, однако другие стандарты значительно выше. В соответствии с кодексом государственных контрактов штата Калифорния, переработанное моторное масло определяется как масло, содержащее не менее 70% переработанного базового компонента.
Упаковка
До появления современных полиэтиленовых пластиковых бутылок, которые начали появляться в начале 1980-х годов, моторные масла продавались в розничной торговле в стеклянных бутылках, металлических банках и жестяных банках с картонной оберткой. Для удобства розлива масла отдельно от банок изготавливали многоразовые носики с пробойником, подобным консервному ножу, позволявшим проделать отверстие в крышке банки и легко выливать масло. Сегодня в США моторное масло обычно продается в бутылках объемом и реже – в больших пластиковых контейнерах, начиная примерно с 200 мл, поскольку большинство небольших и средних двигателей требуют около 300 мл моторного масла. В остальном мире оно чаще всего доступно в розничной упаковке объемом 1 л, 3 л, 4 л и 5 л. Крупным потребителям (например, станциям экспресс-замены масла) масло обычно поставляется оптом, в автоцистернах или в бочках.
Опасности
Попадание моторного масла внутрь организма человека считается опасным. Проглатывание небольшого количества неиспользованного моторного масла обычно вызывает жидкий стул или диарею. Моторное масло также может попасть в дыхательные пути при проглатывании (аспирация). Это может привести к: кашлю, свистящим хрипам или затруднению дыхания. При контакте кожи с моторным маслом возможно обезжиривание. Моторное масло может воспламениться при воздействии открытого огня.