Моторные масла - наиболее массовые (около 60 % от общего потребления всех масел), к ним предъявляются повышенные эксплуатационные требования. Они используются во всех двигателях внутреннего сгорания (ДВС), и в зависимости от конструкции и рабочего режима ДВС требования к моторным маслам также различаются. Долговечность узлов трения, работающих при высоких контактных нагрузках и температурах, достигающих 200-250 °С, а также при низких температурах окружающего воздуха (до минус 60 °С), в значительной степени зависит от марки выбираемого масла. Неудачный выбор может привести к снижению долговечности подшипников газотурбинных авиационных двигателей в 2-8 раз, зубчатых передач в 1,5— 5,0 раз. Поэтому для двигателей применяются только масла, указанные в технической документации завода-изготовителя. Именно моторные масла определяют развитие технологий масляного производства.
К моторным маслам предъявляются разнообразные и жесткие эксплуатационные требования: обеспечивать минимальный износ трущихся деталей и наименьшие затраты мощности на преодоления трения; иметь высокий индекс вязкости; очищать трущиеся детали, предохранять их от коррозии; не образовывать низкотемпературных отложений и высокотемпературных нага-рообразований; обладать высокой текучестью для прокачки и проникновения масла в зазоры и сопряжения в узлах трения; сохранять свои свойства как при долгом хранении, так и при длительной работе двигателя.
Моторные авиационные масла применяют для авиационных карбюраторных ДВС и газотурбинных двигателей (ГТД). Это высококачественные, дорогие масла для ответственных летательных аппаратов. В качестве примера приводим авиационные масла следующих марок:
МС-14 - масло селективной очистки, вязкость не менее 14 мм2/с при 100 °С, температура застывания - минус 30 °С, применяется в шарнирах винтов вертолетов, а также в качестве базового для некоторых моторных масел и смазок;
МС-20 - высоковязкое остаточное масло селективной очистки из малосернистых нефтей без присадок для шарниров винтов вертолетов, карбюраторных авиационных ДВС, в качестве компонентов в маслосмесях для турбовинтовых двигателей, вязкость не менее 20,5 мм2/с при 100 °С, температура застывания - минус 18 °С;
МК-8 - маловязкое дистиллятное масло кислотно-контактной очистки, вязкость не менее 8,3 мм2/с при 50 °С, температура застывания - минус 55 °С, температура вспышки в закрытом тигле не ниже 140 °С, термоокислительная стабильность повышается добавлением 0,6 мае. % присадки ионола (для МК-8п), применяется в ГТД авиационной и наземной техники;
МС-8п - маловязкое дистиллятное масло селективной очистки из сернистых восточных нефтей, содержащее антиокислительные и противоизносную присадки и деактиватор металла, свойства схожи с маслом МК-8п, рабочая температура масла не превышает 150 °С (так же как и для ранее описанных марок масел);
ИМП-10 - синтетическое масло с присадками для теплонагруженных реактивных авиадвигателей, используется при рабочей температуре до 200 °С, вязкость не менее 3 мм2/с при 100 °С, температура застывания - минус 50 °С, температура вспышки не ниже 190 °С, плотность не более 820 кг/м3 при 20 °С, уникальное авиационное масло представляет собой смесь продукта гидрокрекинга и гидроизомеризации парафина со сложным эфиром себациновой кислоты и изооктилового спирта, содержит антиокислительную и противоизносную присадки и деактиватор металла;
ВТ-301 - синтетическое масло - кремнийорганическая жидкость с антиокисли-тельной присадкой, имеет высокую термоокислительную стабильность при 250-280 °С, вязкость не менее 8,5 мм2/с при 100 °С, температура застывания - минус 60 °С, плотность 1090-1110 кг/м3 при 20 °С, масло эксплуатируется в двигателе без замены в течение всего ресурса двигателя.
Моторные масла для карбюраторных и дизельных ДВС применяются в автомобилях, тракторах, танках, тепловозах, сельскохозяйственной, дорожной, судовой и другой технике (ГОСТ 8581-78, ГОСТ 12337-84, ГОСТ 10541-78). Классификация и маркировка моторных масел установлена в ГОСТ 17479.1-85. Основное классификационное свойство всех моторных масел - кинематическая вязкость при 100 °С, изменяющаяся для разных классов масел от 6 до 20 мм2/с (без загущения). Обозначение моторных масел состоит из групп знаков: первая буква М - моторные, вторая (цифрами) класс кинематической вязкости, третья (прописными буквами) - принадлежность к группе масел по эксплутационным свойствам. По вязкости моторные масла делят на классы, дробные классы; указывают в числителе класс вязкости при температуре минус 18 °С, в знаменателе - вязкость при 100 °С (табл. 2.17). По качеству моторные масла делят на шесть групп (от А до Е), в каждой из которых имеются разные масла вязкостью в интервале 6-20 мм2/с при 100 °С.
Масла группы А (М-8А и М-10А) выпускают без присадок или с небольшим их содержанием. В масла группы Б (марки от М-6Б[ до М-10Б[ и марок от М-8Б2 до М-20Б2) добавляют до 6 мае. % присадок и используют их только в малофорсированных карбюраторных (индекс 1) и дизельных (индекс 2) ДВС. Масла группы В (марки от M-6Bj до М-10В, и от М-8В2 до М-20В2) содержат до 8 % присадок, а группы Г (марки от М-6Г1 до М-10Г, и марки от М-8Г2 до М-20Г2) - до 14 % композиций присадок. Последние две группы масел предназначены для среднефорсированных дизельных и высокофорсированных карбюраторных ДВС соответственно. Для теплонапряженных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых условиях, производят масла группы Д (марок от М-8Д до М-20Д) с содержанием композиций присадок до 15-18 %. Масла группы Е (марки от М-12Е до М-20Е) применяют для малооборотных дизельных ДВС с лубрикаторной (насосной) системой смазки, работающих на тяжелом топливе с содержанием серы до 3,5 мае. %. Универсальные масла как для карбюраторных, так и дизельных ДВС индексов 1 или 2 обозначений не имеют. Универсальное масло, принадлежащее к двум группам, имеет двойное буквенное обозначение: первое - дизельный и второе - карбюраторный ДВС (например, в марке М-8-В, 8 - класс вязкости, В, - карбюраторный ДВС; в марке М-63/10-В: 63/10 - класс вязкости, В - универсальное; в марке М-43/8-В2Г! 43/8 - класс вязкости, В2Г( - для среднефорсированных дизельных ДВС (В2) и высокофорсированных карбюраторных Две (го).
Масло М-63/10В - моторное универсальное, всесезонное (летнее и зимнее), долгоработающее, используется в карбюраторных и безнаддувных дизельных ДВС. Изготавливается на основе базовых масел АСВ-6 (с температурой застывания минус 30 °С) и АСВ-5 (с температурой застывания минус 40 °С) с добавлением следующих присадок в количестве более 10 %: вязкостная (ПИБ), моющая и антиокислительная (сульфонаты и алкилсацилаты), беззольная моюще-диспергирующая (С-5А), противопенная, противоизнос-ная (диалкилдитиофосфат цинка), депрессорная (при изготовлении масла на основе только базового масла АСВ-6).
Масло М-53/10 Г! - моторное всесезонное на основе базового масла АСВ-6 с добавкой вязкостной присадки и высокоэффективных композиций других присадок, применяется в форсированных карбюраторных ДВС и в первую очередь в автомобилях ВАЗ при температурах окружающего воздуха от минус 30 до 30 °С (для температур от минус 20 до 45 °С применяют масло М-63/12Гj). В табл. 2.18 приведены основные физико-химические показатели некоторых моторных масел.
Моторные масла должны иметь низкие значения показателей: кислотность - в пределах 0,02-0,05 мг КОН/г; зольность - тысячные (реже сотые) доли процента (для масел с присадками - до десятых долей процента); коксуемость - не более 0,1-0,3 мае. %; содержание серы не более 0,14 мае. %; практическое отсутствие механических примесей (0,013-0,015 мае. %); отсутствие воды (следы) и водорастворимых кислот и щелочей. Масла должны быть нетоксичными и совместимыми с материалами сальниковых уплотнений.
Моторные масла зарубежного производства классифицируются обычно согласно американским нормам SAE (Society of Automotive Engineers) (табл. 2.19), API (American Petroleum Institute), европейским нормам ACEA и др. Сравнения некоторых марок моторных масел ряда стран приведены в табл. 2.20.
В табл. 2.21 приведены основные показатели качества некоторых российских и зарубежных моторных масел.
По данным обследований (1992 г.) более 400 американских автотранспортных компаний, примерно 10 % из них применяли синтетические моторные масла, 20 % - синтетические трансмиссионные масла. Экономия моторных масел, а также контроль состояния двигателя (износ узлов трения, необходимость остановки для технического обслуживания или ремонта и т.п.) достигаются в результате анализа масла, до 55 % автотранспортных предприятий проводят смену масла в двигателях на основании предварительных анализов масла: 60 % - на основании металлоспектрографического анализа на присутствие в масле металлических микрочастиц трущихся деталей, 29 % - на основании стандартного химического анализа масла и 11 % - на основании обоих способов. Большое внимание уделяется фильтрации топлив, масел (до 2-3 ступеней), охлаждающей жидкости, воздуха, для чего используется широкий ассортимент фильтров (например, фирма «Baldwin» производит 2100 типов фильтров для топлив, масел и жидкостей).
Беспрецендентное повышение требований технического и экологического характера заставляет производителей (прежде всего моторных масел) применять в качестве основы либо синтетические, либо изготовленные по нетрадиционным технологиям минеральные базовые масла с повышенным индексом вязкости - до 120-150 и более (ВИ-масла, высокоиндексные масла) и пониженным содержанием серы - не более 0,03 % и иногда даже - не более 0,001— 0,005 мае. %. Наряду с разработкой новых эффективных способов глубокого извлечения и повышения стабильности высокоиндексных масел из специально отсортированных масляных нефтей все большее значение в мировой практике приобретают синтетические масла и минеральные (нефтяные) базовые масла гидрокрекинга высокого давления и гидроизомеризации вакуумных газойлей, деасфальтитов и масляных дистиллятов любых нефтей, в том числе непригодных для получения высокоиндексных масел в процессах экстракции. На протяжении многих лет улучшение качества смазочных масел различного назначения достигалось в основном за счет применения новых более высокоэффективных присадок. В настоящее время наряду с этим не менее важным направлением в получении товарных масел стало значительное улучшение качества (прежде всего вязкостно-температурных свойств и испаряемости) базовых масел. Применение стабильной высокоиндексной базы обеспечивает такое улучшение эксплуатационных характеристик товарных масел, которое не достигается ни применением новых многофункциональных присадок, ни загущением масел высокополимерными добавками.
Первое промышленное синтетическое масло в США, выработанное в начале 1930-х годов, представляло собой полиолефиновое масло с индексом вязкости не ниже 100, а к 1950-м годам производились уже высококачественные синтетические масла с ИВ до 150. В Германии во время Второй мировой войны производились высококачественные синтетические полиолефиновые масла для авиадвигателей. К числу важнейших достижений зарубежных технологий последних лет относят технологии нефтехимического синтеза (путем каталитической олигомеризации высших альфаолефинов фракций С10-С12) полиальфаолефиновых синтетических базовых масел (ПАО-масел) с последующей их гидроочисткой, а также технологии гидрокрекинга (изокрекинга фирмы «Chevron») тяжелых вакуумных дистиллятов с изодепарафинизацией и гидроочисткой гидрокрекинговых нефтяных (минеральных) базовых масел. ПАО-масла различной вязкости имеют ИВ 130-150 и более и полностью совместимы с нефтяными маслами. ПАО-масла используют как базовые для получения низкозастывающих всесезонных в большей мере моторных масел для авиационных, вертолетных и автомобильных ДВС, а также для производства масел различного назначения (трансмиссионных, гидравлических, индустриальных и др.). В последние годы наблюдался пик разработок новых видов синтетических изопарафиновых супервысокоиндексных масел на базе процессов оксосинтеза по реакциям Фишера-Тропша на кобальтовых и железных катализаторах из газового сырья, так называемых синтойлов (Synthol-F-T и Rentech-F-T фирм «Sasol» и «Техасо»), В табл. 2.22 приведены нормативы классификации базовых масел Американского нефтяного института (API).
В России до сих пор вырабатывают, в основном, базовые масла лишь I группы, а производство полиальфаолефинов (IV группа) на привозном сырье в незначительных количествах организовано только на ряде предприятий, производство же синтойлов (масла V группы) вовсе отсутствует.
Разнообразие синтетических масел для ДВС и других специальных областей применения будет расти и в дальнейшем, но все же они не смогут в значительной мере сократить масштабы потребления нефтяных смазочных масел.
