Синергия

Канули в Лету времена, когда неприхотливые низкооборотные двигатели с невысокой степенью сжатия могли «переваривать» незатейливые минеральные масла с минимальным числом присадок.

Особенности работы современных двигателей влекут за собой (вот она, обратная сторона прогресса!) усиленное образование нагара и шлама – особенно в городском режиме «stop and go». При работе на маслах «давно забытых дней» высокофорсированный двигатель долго не протянет. Моторист, взявшийся его реанимировать, ужаснется: поршневые кольца закоксованы, вкладыши и шейки коленчатого вала задраны, кулачки изношены сверх всякой меры, толкатели истерзаны питтингом...

К счастью, наличие присадок не допустит столь удручающей кончины современного ДВС. Но присадки своеобразно и не всегда одинаково взаимодействуют с компонентами базового масла и друг с другом. Специалисты выделяют три случая такого взаимодействия:

– Антагонизм. Разумеется, он недопустим.

– Нейтральное отношение друг к другу.

– Синергия. В этом случае совместный эффект действия пакета превосходит сумму эффектов отдельно взятых присадок.

Ясно, что производители присадок, выполняющие заказы масляных компаний, стремятся к синергии своих продуктов с базовыми маслами.

Дисперсанты. Не слипнется…

Поговорим о составе пакета. Начнем с присадок, имя которым ­– беззольные дисперсанты.

Задача дисперсантов ­– удерживать загрязнения масла в мелкодисперсном состоянии. Не дать им выпасть в осадок! Иначе сетка маслоприемника будет забита, в картере появятся отложения, масляные каналы с небольшими сечениями окажутся закупоренными сгустками, напоминающими по консистенции майонез.

Но дисперсанты не только поддерживают частицы во взвешенном состоянии – они способствуют их измельчению! И не допускают коагуляции, благодаря чему масляный фильтр долгое время остается работоспособным. Масло может гонять мельчайшие частицы грязи «по кругу» чуть ли не бесконечно – они не слипаются, не оседают, не пригорают. Что сказать на это? Правильно, пусть себе гоняет.

Детергенты. Мойщики…

Их задача – предотвращение образования нагара и лаковых отложений на наиболее нагретых участках деталей. В первую очередь назовем верхнюю часть поршня – твердый нагар на ней способствует полировке цилиндра при перекладке. А рядом – поршневые канавки. Образование нагара в них вызовет закоксовывание поршневых колец. 

Внутренняя поверхность днища вблизи поршневого пальца просто обязана быть чистой, иначе отвод теплоты от поршня резко ухудшится. А ведь эта область непрерывно омывается маслом – в некоторых двигателях разбрызгиванием, а в некоторых принудительно, под давлением. Известен также принцип омывания днища, называемый «коктейль шейкер», по аналогии с действиями бармена, готовящего коктейль. Но, так, или иначе, масла здесь бывает много, а вот отложений быть не должно.

Обычно в масло вводят не один детергент, а их комбинацию. Каждый детергент обладает щелочными свойствами, нейтрализующими действие кислот, что образуются в масле. Но скорости нейтрализации у детергентов различные, поэтому их комбинация служит дольше.

Отметим, что быстрое потемнение масла после его замены не должно настораживать владельца автомобиля. Потемнение означает, что дисперсанты и детергенты хорошо выполняют свои задачи.

Антиоксиданты. Против окисления масла

Масло в двигателе работает в виде тонких пленок. А вырвавшись из-под гнета давления, весьма интенсивно перемешивается с воздухом.

Значит, поводов для контакта с кислородом у него более чем достаточно. А чем чреват такой контакт, да еще в условиях высоких температур? Правильно, окислением масла.

Но кислород воздуха не единственная причина такого окисления. Свою лепту вносят продукты сгорания топлива и уже окисленное масло.

Для замедления этого губительного процесса в пакет включают антиокислительные присадки. Другое их название – антиоксиданты или антиокислители. 

Антиокислители имеют разные механизмы действия. Если в пакет включают несколько антиокислительных присадок, их подбирают в определенных сочетаниях, дабы достичь наилучшего эффекта.

Если в масло не вводить антиокислительные присадки, его вязкость по мере окисления будет возрастать. То, что это приведет к повышенному расходу топлива из-за роста потерь на трение, еще полбеды. Хуже другое: масло потеряет работоспособность, его пусковые свойства станут совершенно неудовлетворительными.

Но и это еще не все: окисленное масло оказывает коррозионное воздействие на антифрикционный слой вкладышей. Результат очевиден: несущая способность подшипников снижается, и двигатель приходится отправлять в ремонт.

Антипена

Масло в двигателе циркулирует непрерывно. Каждый элементарный объем прокачивается через систему смазки множество раз. Понятно, что это приводит к образованию пены.

Кроме того, в дизелях применяются насос-форсунки с гидравлическим приводом. Масло в таких узлах работает под очень высоким давлением. Как только давление становится равным атмосферному, происходит эффект «откупоривания бутылки шампанского». Вспомним: если открыть теплую бутылку, да еще предварительно потрясти ее, растворимость газов в вине уменьшается, шампанское «вскипает», образует пену.

Пена в масле не только снижает несущую способность масляного клина в подшипниках, но и способствует окислению самого масла.

Пенообразование особенно опасно для двигателей с гидротолкателями клапанов и гидронатяжителями цепей ГРМ, что понятно – работоспособность этих узлов в присутствии пены резко снижается.

Для борьбы с пенообразованием в масло добавляют тысячные доли процента силиконов. В масле они не растворяются, однако настолько тонко диспергируются, что в каждом элементарном объеме масла непременно оказывается некоторое количество постороннего нерастворенного вещества.

Далее все просто: пузырек пены «прокалывается» этим инородным телом, и перестает существовать. Так подавляется пенообразование.

Не работать на износ

«Прекрасная защита от износа и задиров».  За этой сугубо рекламной фразой тоже стоят современные присадки – противоизносные.

Их вводят в масла в обязательном порядке. Эти присадки  особенно важны для деталей, работающих под высокими удельными давлениями. Классический пример – пара «кулачок-толкатель».

Выход здесь один – модификация поверхностей трения. Тогда в паре взаимодействуют не металл с металлом, а их модифицированные слои. Тангенциальные усилия и коэффициент трения при этом снижаются.

Снижать трение

Разработчики масел вводят в свои продукты модификаторы трения, называемые также антифрикционными присадками. Их задача – снижение  коэффициентов трения в условиях граничного (поршень и кольца в «мертвых точках») и смешанного (кулачок-толкатель)  режимах смазки.

Что такое модификатор трения? Это соединение, образующее на поверхности детали мономолекулярный слой с очень длинными радикалами (своеобразными «хвостами»), обращенными в объем масла. Причем эти «хвосты» обладают свойством легко деформироваться в направлении приложения силы трения.

Проиллюстрировать сказанное можно на следующем примере. Перед нами чистильщик обуви, вооруженный двумя сапожными щетками. Прежде чем приступить к полировке туфель, он легко трет одну щетку о другую, и смотрите – на туфлю ложится ворс, сориентированный в нужном направлении!

Так вот, «мягкий ворс» мономолекулярных слоев модификатора уменьшает трение – например, в зоне верхней мертвой точки поршня, где нарушается гидродинамический режим смазки.

Модификаторы трения добавляют к энергосберегающим маслам, поскольку они способны обеспечить экономию топлива в несколько процентов.

У нас не заржавеет

Далее речь пойдет о присадках, защищающих детали двигателя от коррозии. Но сначала небольшое уточнение. Так уж сложилось, что терминология специалистов-масленщиков несколько специфична.

Например, термины «коррозия» и «корродирование» разработчики масел и присадок относят к цветным металлам и сплавам, а «ржавление» – к стали и чугуну. Соответственно они различают антикоррозионные и антиржавейные присадки к моторным маслам.

Первые призваны защищать цветные металлы и сплавы, а вторые – черные металлы и сплавы на их основе. Понятно, что эти присадки содержат разные ингредиенты.

Для предотвращения нежелательных процессов, ускоряющих коррозионно-механический износ, в масло вводят специальные ингибиторы. Механизмы их действия таковы: они либо нейтрализуют коррозионно-активные вещества в самом масле, либо образуют на деталях защитную пленку, закрепляясь на поверхности металла. В обоих случаях скорости коррозионных процессов, а следовательно, износа и разрушения поверхностей, существенно снижаются.

Присадки-загустители

Кроме стандартного пакета присадок, в базовое масло вводят вязкостные присадки для получения всесезонного товарного продукта, а также депрессорные присадки.

Присадки, улучшающие вязкостно-температурные свойства моторных масел, называют загустителями. Как правило, это маслорастворимые органические полимеры, а механизм их действия основан на изменении формы макромолекул в зависимости от температуры.

Без загустителей создание всесезонных товарных масел просто немыслимо. Судите сами: эти присадки способны существенно увеличивать вязкость продукта при положительных температурах и весьма незначительно – при отрицательных.

Чем это хорошо для двигателя, понятно: во-первых, обеспечивается хорошие пусковые свойства при низких температурах; во-вторых – гарантируется достаточная несущая способность масляного слоя при высоких, даже экстремальных, тепловых нагрузках.

Не попадаться в сети

В холода масло застывает и теряет текучесть. Этому способствует парафиновая «сетка», которая разрастается в объеме масла по мере снижения температуры.

Чтобы этого не произошло, в масло вводят специальные присадки, называемые депрессорными. Они воздействуют на конгломераты парафина и не позволяют им расти.

А нельзя ли уменьшить долю парафинов в самом масле, может, и не понадобятся тогда депрессорные присадки?

Нет, делать этого не следует, поскольку парафиновые углеводороды обладают хорошими смазывающими свойствами и успешно противостоят окислению масла. Лучше уж ввести депрессорную присадку в количестве десятых долей процента и сохранить тем самым текучесть масла и нормальную несущую способность масляного клина.

А если...

Продолжим мысль: «... если в масло не вводить присадок?»

Если в масле не будет моющих присадок, то уже через десяток-другой часов работы двигателя поршневые кольца прочно залягут в канавках – извлечь  их оттуда удастся, лишь сломав. Торцевой зазор окажется выбранным за счет грязи, компрессия будет потеряна. Словом, двигатель просто-напросто перестанет работать.

Если в масле не будет дисперсантов, при работе в режиме «stop and go» внутренности двигателя обрастут низкотемпературными отложениями (шламами).

Если исключить из пакета антиокислительные присадки, пробеги между заменами масла станут ничтожными. А ведь сегодня ведущие автомобильные компании допускают срок замены масла через 30-50 тыс. км.

Если в масле не будет антикоррозионных присадок, подшипники коленчатого вала, изготовленные из цветных сплавов, попросту разрушатся.

Таких «если» наберется немало – ровно по числу присадок, вводимых в современное масло.

Фото автора, рисунки Татьяны Мошкалевой