Как делают моторное масло
Небольшой американской городок Полсборо неподалеку от Филадельфии сложно найти на карте. Между тем именно он стал колыбелью одной из технологических революций в автомобильной промышленности – именно здесь, в Исследовательском центре компании Mobil Oil (ныне ExxonMobil) было разработано первое массовое и доступное во всем мире полностью синтетическое моторное масло Mobil 1.
Дмитрий Мамонтов
Сразу за дверью в здании исследовательского центра обнаруживается настоящая автозаправка Mobilgas со скучающим манекеном-автозаправщиком, застывшим в ожидании клиентов. Его явно занесло сюда не без помощи машины времени из первой половины XX века. «Давно здесь сидит!» — с улыбкой комментирует один из проходящих мимо сотрудников. Вот уж точно — настоящий безмолвный свидетель технологической революции. На самом деле, по словам нынешнего руководителя подразделения моторных масел Mobil 1 Научно-исследовательского центра ExxonMobil (ExxonMobil Research & Engineering) Дуга Декмана, эта революция давно уже приобрела постоянный характер: «Каждые несколько лет производители автомобильных двигателей, подгоняемые более жесткими экологическими требованиями, выдают нам новые спецификации на моторные масла, а нам приходится постоянно работать на опережение, ориентируясь на все более жесткие стандарты».
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Масло, пришедшее с холода
В 2005 году Билл Максвелл, тогдашний руководитель группы разработки моторных масел Mobil 1, поведал «TechInsider» историю появления этого революционного продукта на рынке («Масло не для бутерброда», «ПМ» № 4’2005). Первое синтетическое масло компании Mobil Oil (ExxonMobil) на основе полиальфаолефинов (ПАО), вышедшее в 1974 году, буквально перевернуло автомобильную промышленность. В первую очередь оно предназначалось для холодных условий, в частности для Аляски. Запуск в мороз считается тяжелым испытанием для любого автомобильного двигателя, и масло, сохранявшее свою текучесть даже при очень низких температурах (при которых традиционное минеральное масло застывало), было высоко оценено по всему миру. С другой стороны, при повышении температуры масло не должно слишком разжижаться, иначе оно не сможет образовать защитную пленку на деталях мотора. Поэтому один из важных компонентов пакета присадок, модификатор вязкости (полимерный загуститель), — это то самое вещество, которому всесезонные масла обязаны своей «комбинированной» вязкостью.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Длинные молекулы загустителя сворачиваются в клубок при низкой температуре, что никак не сказывается на текучести маловязкой основы. Зато при повышении температуры «клубки» разворачиваются, при этом вязкость масла значительно повышается.
Высокая вязкость в горячем состоянии важна для защиты тяжелонагруженных моторов, особенно спортивных, однако сейчас, как говорит Дуг Декман, у автомобильной промышленности другие приоритеты: «Основная современная тенденция — это переход от многолитровых атмосферных двигателей к компактным малолитражным моторам увеличенной эффективности, с прямым впрыском, турбонаддувом, гибридными трансмиссиями, системами старт-стоп и отключением отдельных цилиндров. Для таких двигателей, «заточенных» под экономию топлива и снижение выбросов токсичных и парниковых газов, требуются низковязкие масла — SAE0w20, 5w20. Сейчас это наименьшая вязкость, в стандарте SAE просто не предусмотрено меньших значений. Поэтому в настоящее время в среде специалистов обсуждают предложения о введении номенклатуры для ультранизких вязкостей моторных масел. Это ставит перед нами другую проблему — защиты деталей двигателя при высоких температурах, которую мы, впрочем, вполне успешно решаем».
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Методом проб и находок
Список компонентов в составе моторного масла не является секретом. Основа — это базовое масло, минеральное (полученное тем или иным способом из нефти) или синтетическое (ExxonMobil использует ПАО). К базовому маслу добавляются пакеты присадок, закупаемые у специализирующихся на этом компаний, таких как Lubrizol, Infineum, Ethyl или Oronite. Все это хорошо известные вещества, а вот их количество в составе готового масла и есть главная коммерческая тайна.
Редкая профессия
После помещений, заставленных новейшей измерительной аппаратурой, лаборатория испытательного подразделения, где работает Барри Хиллс, производит странное впечатление. Здесь нет ни спектрометров, ни вискозиметров экзотических конструкций, ни хроматографов, ни других образчиков высоких технологий. Барри – старший эксперт по оценке нагара и лаковых отложений на поршнях, а для своей работы он использует только лупу с подсветкой и держатель поршней, поскольку никакие измерительные приборы не способны выполнить эту задачу. Визуальная оценка требует обширных знаний и очень высокой квалификации (которую к тому же периодически нужно подтверждать), поскольку, чтобы вывести итоговую цифру по десятибалльной шкале, приходится принимать в расчет около двухсот различных показателей чистоты поршней. В исследовательских подразделениях ExxonMobil экспертов с такой квалификацией всего трое, так что это по-настоящему редкая профессия. «Настолько редкая, — говорит Барри, — что когда мы направляемся на какую-нибудь конференцию, компания даже запрещает нам лететь в одном самолете. Ведь подготовка подобного квалифицированного специалиста занимает около 5 лет».
Чтобы подобрать баланс присадок, проводятся десятки тысяч экспериментов, измерений и испытаний в лабораториях, которые занимают немалую часть огромного здания. Здесь на самом современном оборудовании смешивают базовые масла, подбирают пакеты присадок и отдельные компоненты: модификаторы вязкости, обеспечивающие оптимальную текучесть масла при высоких и низких температурах, противоизносные и противозадирные присадки, защищающие детали от износа, модификаторы трения, способствующие снижению расхода топлива, детергенты и дисперсанты, очищающие поверхность двигателя от нагара, а также антиоксиданты, предотвращающие окисление масла, и антикоррозионные присадки. И базовое масло, и готовые составы — «кандидаты» проверяются на совместимость с различными материалами — с металлами (сталь, медь, алюминий), полимерами и резиной, из которых состоят сальники и уплотнители (полоски резины выдерживают в нагретом до 150 °C масле, после чего измеряют набухание, эластичность и разрывное усилие).
Из чего делают моторное масло
Вопрос: Синтетическое моторное масло делается из нефти?
Справка эксперта MITASU OIL: Любое моторное масло состоит из базового масла и набора специальных добавок. Рассмотрим процесс получения базового масла. Обычные базовые масла для создания моторных масел создаются из сырой нефти, добываемой из земли. Нефть состоит из смеси молекул, образующих цепочки и кольца разного размера и формы. Длинные цепочки атомов углерода создают вязкие жидкости, которые текут медленно, в то время как короткие цепочки – жидкости, которые текут более свободно.
На нефтеперерабатывающем заводе сырая нефть сначала подвергается процессу разделения вакуумной перегонки по вязкостным характеристикам. Из длинных сложных цепочек углерода создают асфальтовые материалы, используемые в качестве смолы для кровельных и дорожных работ. Очень короткие цепочки и кольца соединения углерода являются неустойчивыми и идеальны для производства бензина и других нефтепродуктов, включая моторные масла.
Вопрос: Воздействию каких технологий подвергается сырая нефть для получения качественного базового масла?
Справка эксперта MITASU OIL: Для получения качественного базового масла используется несколько основных технологий, о которых мы расскажем чуть ниже. Стоит отметить, что все технологии нефтепереработки призваны во первых максимально очистить первичные нефтепродукты, а во-вторых, придать некоторые свойства и особенные характеристики. И хотя нефтеперерабатывающие технологии являются достижениями передовой науки, некоторое количество загрязняющих веществ, таких как сера и реактивные углеводороды не могут быть полностью удалены из первичных нефтепродуктов, в конечном итоге все эти загрязняющие вещества могут попасть в двигатель автомобиля. К примеру, в процессе очистки из нефти удаляются нежелательный воск, соединения серы и азота, извлекаются или преобразуются в более стабильные соединения ненасыщенные углеводороды.
Вопрос: Что это за технологии?
Справка эксперта MITASU OIL: Чтобы минимизировать негативные последствия пользования первичных нефтепродуктов используются следующие технологии их последующей обработки:
- Гидроочистка – замещает некоторые из ненасыщенных углеводородов с помощью присоединения водорода под воздействием давления и высоких температур. Процесс гидроочистки также помогает удалить значительную часть серы и некоторых соединений азота, улучшает цвет, окисление и термическую стабильность получаемого нефтепродукта. Для создания современного базового масла недостаточно одной технологии гидроочистки;
- Экстракция – отделяет природные насыщенные и ненасыщенные углеводороды химическим путем с помощью селективных растворителей. Получаемые базовые масла отличаются невысоким индексом вязкости;
- Гидрокрекинг – процесс, в котором сложные молекулы углеводородов перестраиваются в необходимую более стабильную комбинацию насыщенных молекул. Результат от так называемого жесткого гидрокрекинга намного лучше, чем можно достичь с технологиями гидроочистки и экстракции растворителем. Для получения базовых масел с высоким индексом вязкости используется каталитический гидрокрекинг.
- Гидроизомеризация – депарафинизация нефтепродуктов, при использовании вместе с гидрокрекингом преобразует все нестабильные соединения сложных молекул в наиболее стабильную из возможных форму. Преобразования нефтепродуктов настолько химически значительны, что получаемые с помощью данных технологий базовые моторные масла имеют статус и качество полностью синтетических.
Вопрос: Таким образом, из одного продукта (нефти) можно получить целый ряд различных базовых масел: от минеральных, до полностью синтетических?
Справка эксперта MITASU OIL: Действительно, современные технологии позволяют получать из нефтепродуктов как синтетические, так и минеральные автомобильные масла с различными вязкостными и температурными характеристиками. Полностью синтетические моторные масла состоят из высокопроизводительных синтетических базовых масел. Полусинтетические масла обычно используют некоторые высокопроизводительные базовые масла в сочетании с минеральными маслами. Минеральные моторные масла содержат в своей основе обычные минеральные базовые масла. Однако все современные моторные масла вне зависимости от их базовой основы используют специальных пакет добавок (присадки).
Вопрос: Какие специальные добавки используются при создании формул моторных масел?
Справка эксперта MITASU OIL: Моторное масло должно выполнять целый ряд функций в широком диапазоне условий работы двигателя. Для того, чтобы получить стабильность заданных характеристик моторное масло обогащается набором специальных добавок (присадок). Их суммарный объем в моторном масле может достигать 15 – 20 %.
Для удовлетворения высоких требований современных спецификаций (таких как API SN и SM) MITASU OIL CORPORATION, Japan использует высокоочищенные базовые масла, в том числе поли-альфа-олефины (PAO), которые наряду с технологическими пакетами присадок позволяют компании выпускать моторные масла, адаптированные к нуждам всех современных двигателей. Синтетические моторные масла MITASU имеют такие распространенные среди обычных моторных масел вязкостные характеристики, как 0W-20, 5W-20, 5W-30 а также линейку расширенных классов, таких как 0W-30, 5W-50 и другие.
Минеральное, полусинтетическое или синтетическое моторное масло: что выбрать?
Существует ряд важных отличий между тремя типами моторного масла. Какой продукт выбрать, чтобы обеспечить двигателю защиту от преждевременного износа, коррозии и грязевых отложений, а также быть уверенным в работе масла независимо от температурных перепадов?
Минеральное моторное масло – это продукт переработки сырой нефти с минимальным количеством присадок. Особенностью минерального масла является то, что оно недостаточно хорошо подходит для эксплуатации при значительных перепадах температур, так как может застыть в двигателе в сильный мороз. Это может стать причиной износа при холодных запусках двигателя. Более того, молекулы минерального моторного масла неоднородны. В результате в какой-то момент они начинают разрушаться, и масло быстро теряет свои функции. Именно поэтому «минералка» требует более частой замены, в среднем каждые 5 000 километров пробега.
Полностью синтетические моторные масла состоят из химически синтезированных и/или прошедших глубокую химическую переработку и очистку материалов. В процессе его производства не только удаляется больше примесей из сырой нефти, но и обрабатывается каждая отдельная молекула масла в соответствии с потребностями современного двигателя внутреннего сгорания, чтобы сделать молекулы в масле однородными и свести к минимуму трение в двигателе. Эти масла превосходят по своим физическим и химическим свойствам минеральные и полусинтетические продукты, обладают наибольшей текучестью и обеспечивают максимально надежную защиту двигателя даже в экстремальных условиях. Синтетическое масло менее подвержено процессам окисления и деструкции под воздействием температур. Благодаря своим характеристикам оно сохраняет возможность намного дольше обеспечивать защиту двигателя от износа. В случае с моторными маслами Mobil 1™ интервал замены может составлять до 20 000 км пробега. Кроме того, некоторые синтетические моторные масла из легендарной линейки Mobil 1 помогают экономить топливо и снижать уровень воздействия выхлопных газов на окружающую среду.
Создание полусинтетических моторных масел характеризуется смешиванием минеральной основы с «синтетикой» и добавлением пакета присадок. Соотношение синтетических и минеральных масел в составе «полусинтетики», как правило, составляет в среднем около 70% и 30% соответственно. При использовании таких масел стоит учитывать важный момент – минеральная составляющая делает полусинтетическое масло более чувствительным к температурному режиму в сравнении, например, с синтетическими маслами. «Полусинтетика» начинает густеть уже при температуре ниже −10ºС, а также разрушаться и окисляться под воздействием высоких температур.
В двигателях современных автомобилей рекомендуется применение именно синтетического моторного масла. В чём же преимущества?
1. Синтетическое масло обеспечивает чистоту двигателя
При циркуляции в двигателе моторное масло может накапливать загрязнения, образующиеся, например, в результате сгорания топлива или деструкции масла. Если использовать минеральное моторное масло, со временем внутри мотора из них могут образоваться шламовые отложения, из-за которых снизится эффективность работы двигателя, а в итоге — сократится срок его службы. Синтетическое моторное масло более эффективно борется с образованием шлама, не позволяя загрязнениям откладываться на металлических поверхностях двигателя, оставаясь при этом стабильным.
2. Синтетическое масло предотвращает износ двигателя
Детали двигателя находятся в постоянном контакте друг с другом, двигаясь при этом с высокой скоростью. Защитным барьером между ними является моторное масло, которое смазывает металлические поверхности. Синтетическое масло сохраняет возможность обеспечивать защиту от износа намного дольше, чем другие типы масел.
3. Синтетическое масло имеет отличную текучесть при низких температурах
Когда автомобиль стоит на месте какое-то время с неработающим двигателем, например, ночью, моторное масло густеет. Но когда включается зажигание, моторное масло начинает прокачиваться по соответствующим каналам, защищая детали двигателя от трения. Синтетическое масло создано по специальной технологии, которая позволяет ему сохранять отличную текучесть даже при очень низких температурах.
4. Синтетика обеспечивает лучшую работу двигателя при высоких температурах
Во время работы двигатель нагревается. Со временем под воздействием высоких температур минеральное моторное масло может разрушаться и ухудшать смазывающие свойства, что приведет к износу двигателя. Синтетическое масло обладает высокой термостойкостью, что позволяет обеспечить достаточный уровень смазки при высоких температурах.
5. Синтетическое масло защищает важные детали турбонагнетателя
Автопроизводители стремятся учесть пожелания потребителей и выпускают автомобили с более компактными двигателями, чтобы экономить больше топлива, но при этом устанавливают турбонагнетатели, чтобы прибавить мощности. В современных турбированных двигателях рабочая среда более агрессивная, нежели в обычных. Именно поэтому крайне важно, чтобы моторное масло могло максимально быстро добраться до вала сразу же после пуска двигателя. Синтетическое масло защищает и обеспечивает чистоту таких деталей намного эффективнее, чем другие типы масел.
Виды моторных масел
Качественная работа мотора авто обеспечивается при правильно подобранном моторном масле. Необходимо обратить пристальное внимание на то какое масло заливается в мотор. Здесь мы разберём основные виды моторных масел, рассмотрим их основные различия.
По способу производства авто-масла делятся на три категории: минеральные, полусинтетические и синтетические.
Минеральное масло
Производится из переработанной сырой нефти, очищенной от вредных примесей. Самое недорогое масло. Обладает высокой степенью вязкости, содержит некоторые присадки. Идеально для двигателей машин, пробег которых составляет более 100.000 километров.
Плюсы: низкая цена, идеально для старых авто. 
Минусы: требуется частая замена, не может работать при низких температурах.
Полусинтетическое масло
Делается из минеральной основы с добавлением синтетических присадок. Минеральная составляющая — примерно 60%, а синтетическая 40%. Свойства лучше чем у минерального масла, а цена ниже чем у синтетического.
Плюсы: золотая середина между минеральным маслом и синтетикой. Минусы: достаточно частая замена, низкий температурный диапазон работы.
Синтетическое масло
Создаётся путём переработки — первичной перегонки нефти и добавления разных присадок. Получается оптимальное по характеристикам масло, которое отличается хорошей текучестью, устойчивостью к разным температурам, имеет долгий срок службы.
Плюсы: долгий срок службы, хорошая текучесть. Минусы: высокая цена.
Ещё авто-масла можно разделить на три группы по времени их использования: летние, зимние и всесезонные.
Летнее масло
Масло повышенной вязкости на минеральной, либо синтетической основе. Обеспечивает защиту двигателя при температурах выше 0°C. Обычно используется в жаркий сезон. На холоде густеет, могут появиться вредные для мотора осадки.
Плюсы: идеально для эксплуатации в тёплое время года. Минусы: не подходит для холода.
Зимнее масло
Масло повышенной текучести, чаще всего на синтетической основе. Обеспечивает надежную смазку зимой, легко проникая по каналам двигателя ко всем его частям, нуждающимся в смазке. Рекомендуется использовать это масло при температуре ниже 2°C.
Плюсы: идеально для холодных условий эксплуатации. Минусы: не подходит для использования в жару.
Всесезонное масло
Как правило это масло на синтетической основе с присадками. Производителями достигается максимальная устойчивость масла к разным температурам. За счёт универсальности использования стоят такие масло дороже сезонных.
Плюсы: оптимальная вязкость, подходит для каждого сезона. Минусы: высокая цена.
Существуют также классификации моторных масел по различным стандартам. Об этом в отдельных статьях:
- Классификация моторных масел по ACEA
- Классификация моторных масел по API
- Классификация моторных масел по ILSAC
- Классификация моторных масел по ГОСТ