Масло не для бутерброда: Залог автомобильного здоровья
В середине 1960-х годов ВМФ США начал ставить на вооружение новые палубные истребители — F4 Phantom, весьма совершенные самолеты практическим потолком более 15 тысяч метров. Однако уже с самого начала эксплуатации выявился довольно неприятный дефект: при посадке колеса шасси часто заклинивало, и самолет шел по палубе буквально «юзом». Благодаря использованию аэрофинишера (системы посадочных тросов) серьезных катастроф удалось избежать, но такие ситуации добавили летчикам немало седых волос. Проведенное расследование показало, что при полете на высоте больше 10 км, где температура опускается до -600С, смазка в подшипниках колес сильно густела. Дефект проявлялся только при посадке на палубу авианосца: снижение самолета в этом случае происходило довольно быстро, и смазка не успевала оттаять (при посадке на обычный аэродром снижение было более плавным).
Министерство обороны США предложило нескольким нефтехимическим компаниям разработать состав, не густеющий даже при очень низких температурах. Химики успешно решили эту проблему, создав полностью синтетическую смазку. Но палубные истребители исчислялись сотнями штук, а дорогостоящую технологию надо было окупать, поэтому для нового продукта стали искать другие рынки сбыта.
К тому моменту синтетические масла довольно широко применялись в реактивных двигателях самолетов, а кое-кто из пилотов заливал «отработку» в моторы своих автомобилей. Пионером стал в 1972 году продукт компании AMSOIL (основанной бывшим пилотом — подполковником Элом Аматуцио): первое синтетическое моторное масло для автомобилей на американском рынке, прошедшее сертификацию API.
Но настоящей революцией в маслах стал шаг компании Mobil Oil (ныне ExxonMobil), которая в 1974 году выпустила в продажу первое массовое и доступное по всему миру синтетическое моторное масло на основе полиальфаолефинов (PAO). Предназначалось оно в первую очередь для очень холодных условий — в частности, для Аляски. Появление именно этого продукта перевернуло всю автомобильную индустрию.
В основе масла
Основа любого моторного масла — так называемое базовое масло. В начале 1990-х годов API, чтобы облегчить производителям выбор основы и упростить смешивание различных масел, ввел классификацию базовых масел по их основным свойствам: индекс вязкости (чем больше этот показатель, тем меньше меняется вязкость при изменении температуры), содержание серы и содержание предельных насыщенных углеводородов (парафинов).
В группу I входят масла, полученные из нефти с помощью одной из старых технологий очистки — экстракционной. Это смесь различных углеводородов, поэтому свойства ее нестабильны — она сильно густеет при охлаждении и быстро окисляется при высоких температурах. Но все это перевешивается главным достоинством — низкой ценой. Современные базовые масла значительно более высокой степени очистки, полученные путем гидрообработки (от гидроочистки до каталитического гидрокрекинга) нефти, в зависимости от свойств попадают в группу II или III. Все эти три группы относятся к минеральным маслам, то есть полученным тем или иным способом из нефти.
Базовые масла, полученные путем химического синтеза, называются синтетическими. По химическому составу они совершенно однородны, что обеспечивает высокую стабильность их свойств. Такие масла на основе полиальфаолефинов (PAO) относятся к IV группе. PAO как основа масла имеет замечательные свойства, кроме одного: высокой цены.
Группа V включает базовые масла на всех других основах (не входящих в группы I-IV), это могут быть как распространенные полиэфирные масла, так и гликолевые, не применяющиеся в качестве моторных.
Маркетинговые войны
10−15 лет назад преимущества синтетического масла были очевидны: высокий индекс вязкости, температурная стабильность и стойкость к окислению не оставляли шансов «минералке» занять «люксовую» нишу рынка. Однако нефтехимические компании нашли выход! Дело в том, что в связи с совершенствованием технологии очистки нефти границы между группами, определяемые свойствами масел, постепенно размываются (неофициально были даже введены промежуточные группы I+, II+, III+). Минеральные масла групп III и III+ уже вплотную приблизились по своим свойствам к синтетическим маслам IV группы (и при этом цена их значительно ниже!).
Первым «нарушителем конвенции» стала компания Castrol — в 1997 году она в своем флагманском продукте Castrol Syntec тихо заменила PAO на другую основу, полученную так называемым методом гидроизомеризации, разработанным компанией Shell. При этом надпись «синтетическое» на упаковке моторного масла осталась без изменений. Один из крупнейших производителей масел на основе PAO — компания Mobil Oil — обратилась в Американский национальный совет по вопросам рекламы (NAD) с жалобой на такую маркетинговую политику. Обсуждение длилось два года, но в итоге было принято важное решение: слово «синтетическое» на канистре не означает способ получения, а является лишь термином, описывающим потребительские свойства масла. В этом есть определенный смысл — даже организации вроде SAE или API (см. врезку) в своих спецификациях указывают лишь набор качеств, но не происхождение.
Как же отличить настоящее синтетическое масло от «синтетического по названию»? Вообще говоря, без химического анализа — практически никак. По своим свойствам они очень похожи, и синтетическое масло на основе PAO выделяет лишь указание об этом на упаковке (если производитель пожелает это сделать). Ну и цена — масло на основе PAO обычно стоит процентов на 30 дороже.
Большой секрет
Основа составляет лишь 70−80% масла, остальные 20−30% — присадки. В то время как основа обеспечивает лишь смазку, в задачу присадок входит буквально все остальное. Присадки делятся на три группы: модифицирующие (изменяют свойства масел), присадки для защиты механизмов и присадки для защиты самого масла.
Модификатор вязкости (полимерный загуститель) — это то самое вещество, которому всесезонные масла обязаны своей «комбинированной» вязкостью. 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.
Противоизносные и противозадирные присадки обеспечивают защиту поверхности деталей двигателя, в то время как модификатор трения делает именно то, что следует из его названия — снижает трение (именно он обеспечивает большую часть экономии топлива при использовании современных масел).
В процессе работы двигателя на его деталях неизбежно образуется нагар и отложения. Детергенты смывают их, очищая, а дисперсанты не дают образовываться комкам, поддерживая мельчайшие посторонние частицы во взвешенном состоянии (крупные частицы улавливаются масляным фильтром).
И наконец, антиоксиданты защищают масло от окисления, а антикоррозионные присадки предотвращают коррозию деталей двигателя. Это сложная задача, поскольку условия работы масла весьма суровы — высокие температуры и очень агрессивные продукты сгорания (в которых образуется, например, серная кислота).
«Крупные нефтехимические компании часто покупают присадки у специализирующихся на этом фирм — Lubrizol, Infinium, Ethyl или Oronite. Каждая присадка в отдельности, разумеется, не является секретом. А вот баланс всего пакета — это как раз и есть самая охраняемая в индустрии тайна. Чтобы составить пакет, мы проводим десятки тысяч лабораторных экспериментов и накатываем тысячи миль на моторных стендах, — рассказал "TechInsider" Билл Максвелл, ведущий технический эксперт исследовательского подразделения компании ExxonMobil, в течение вот уже 15 лет возглавляющий группу разработки синтетических масел Mobil 1. — При этом базовое масло за 30 лет с момента появления "синтетики" осталось тем же, менялась только технология и, разумеется, пакет присадок. В результате, например, продаваемое в настоящее время наше флагманское синтетическое масло Mobil 1 является уже 6-м поколением масел на основе PAO».
В борьбе за чистоту
В целом, современные масла очень хорошо справляются с возложенными на них задачами: защитой двигателя, самого масла и даже экономией горючего. Но автопроизводители постоянно ужесточают свои требования — моторы становятся все совершеннее, а интервал между заменами масла — все длиннее (для бензиновых двигателей сейчас он может достигать 30 тысяч, а для дизельных — 50 тысяч километров). Основа постепенно окисляется (синтетические масла на основе PAO подвержены этому в меньшей степени), а присадки срабатываются. А ведь на протяжении всего этого срока масло должно работать и защищать двигатель!
Но самая главная проблема, не дающая производителям моторных масел почивать на лаврах, — экология. В Европе вводятся все более жесткие ограничения на токсичность выхлопных газов. Это заставляет конструкторов устанавливать в автомобили сложные системы рециркуляции выхлопных газов — а это значит, что большинство продуктов сгорания остаются в двигателе, и рано или поздно все они попадут в масло (разумеется, при этом возрастают и требования к составу топлива). А широкое распространение каталитических нейтрализаторов выхлопных газов накладывает еще одно дополнительное ограничение: ни само масло, ни продукты его сгорания не должны влиять на работу катализаторов. Поэтому основные усилия производителей масел сосредоточены сейчас именно в этой области. Что же будет происходить в ближайшем будущем, когда Европейский союз введет еще более жесткие стандарты на токсичность выхлопа? На этот вопрос «TechInsider» ответил Билл Максвелл, который работает в области создания моторных масел уже более 30 лет: «Ответом ExxonMobil на введение в этом году нормы Евро-4 стало создание масла Mobil 1 ESP (Emission System Protection). Эта технология обеспечивает защиту систем снижения токсичности выхлопных газов. Но в 2008 году Европа планирует ввести нормы Евро-5, а в 2012 — еще более жесткие Евро-6. Так что создателям новых моторных масел придется нелегко. Но, к счастью, в это время я уже буду на пенсии».
Выражаем благодарность компании ExxonMobil и агентству PRP за помощь при подготовке статьи.