Из чего делают моторное масло?

Все современные моторные масла состоят из базовых масел и присадок, улучшающих их свойства. В качестве основы обычно используют:

• Дистиллятные и остаточные компоненты различной вязкости (углеводороды), а также их смеси
• Углеводородные компоненты, полученные методами гидрокрекинга и гидроизомеризации
• Синтетические продукты (высокомолекулярные углеводороды, полиальфаолефины, сложные эфиры и др.).

Большинство всесезонных масел получают путем загущения маловязкой основы макрополимерными присадками.

В этой статье мы рассмотрим историю получения моторных масел, а также основные этапы производства этих материалов.

История

В 1866 году американский профессор Джон Эллис начал изучать свойства сырой нефти в медицинских целях. При этом он обнаружил, что вещество обладает хорошими смазочными свойствами.

На основе нефти Эллис изготовил смазочную жидкость и протестировал ее в клапанном механизме парового двигателя. По результатам эксперимента ученый обнаружил, что детали стали двигаться намного плавнее и свободнее, уменьшился их износ и увеличилось время работы силовой установки.

В 1873 году Джон Эллис запатентовал свое открытие – моторное масло под брендом Valvoline.

Для смазывания первых двигателей внутреннего сгорания использовались минеральные и даже растительные масла. В годы Первой мировой войны для радиальных авиамоторов широко использовались касторовые и рициновые масла. В СССР они применялись до конца 1920-х годов из-за дефицита нефтепродуктов. Благодаря высокой вязкости такие масла хорошо смазывали механизмы, но быстро засоряли их нагарами и смолистыми отложениями. Из-за этого двигатели приходилось разбирать для очистки каждые 500… 600 км.

Со временем доминирующее положение заняли минеральные масла, получаемые из нефти путем вакуумной дистилляции.

Вплоть до 1930-х – 40-х годов моторные масла не включали в себя каких-либо добавок и назывались автолами (были аналогами обычным машинным маслам, используемым для смазки станков).

Качество первых масел определялось степенью их очистки – хорошо очищенные составы имели золотисто-медовый или янтарный оттенок, были прозрачными и содержали меньше вредных для двигателя примесей.

Изначально для очистки масел использовалась концентрированная серная кислота, расщеплявшая непредельные углеводороды и азотистые основания. Остатки кислоты нейтрализовывались щелочью. Затем масло дополнительно очищалось белой глиной, которая адсорбировала высокомолекулярные асфальто-смолистые соединения.

С 1920-х – 30-х годов масло начали очищать селективными растворителями (фенольными, фурфурольными). Это позволяло получать продукты еще более высокого качества.

Тем не менее, даже самые «чистые» масла без присадок быстро окислялись, особенно при работе в зоне поршневых колец. Это вызывало накопление в двигателе лака, нагара и шлама, закоксовывание (пригорание) поршневых колец, а также коррозию постелей коренных подшипников коленчатого вала.

Накопление отложений приводило к снижению компрессии, ухудшению теплоотвода, повышению износа и целому ряду других негативных явлений. Само масло быстро старело и плохо фильтровалось. Именно поэтому интервалы между заменами моторной жидкости были очень малы – менее 1000 км пробега (а в авиации – несколько десятков часов).

Систему смазки двигателей приходилось периодически промывать маловязким (веретенным) маслом, а сам агрегат регулярно разбирать для удаления отложений в камере сгорания, на поршнях и в масляном картере.

Основной мерой борьбы с закоксовыванием колец и образованием отложений стало легирование масел присадками – специальными химическими соединениями, улучшающими его свойств в периоды эксплуатации и хранения.

Первые масла с присадками появились в начале 1930-х годов и предназначались для дизельных двигателей. Считается, что первую коммерческую присадку к моторному маслу выпустила в 1935 году компания Chevron под брендом Oronite. Это была детергентная моющая добавка на основе фосфонатов. Она препятствовала появлению отложений на поршневых кольцах, работающих в тяжелых условиях.

Впоследствии появились и другие типы присадок: противоокислительные, противоизносные, противозадирные, антикоррозионные, противопенные и пр.

Важнейшее значение имело появление диспергирующих присадок (диспергентов). Они предотвращали выпадение в осадок загрязнений, содержащихся в масле, и образование в нем крупных смолистых частиц. Это позволило оснастить систему смазки двигателя полнопоточным масляным фильтром, через который при каждом обороте проходило 100 % масла.

В результате интервал между заменами моторной жидкости удалось увеличить в несколько раз – с 1-2 до 6…10 тыс. км пробега (при нормальных и легких условиях эксплуатации).

Присадки-депрессоры позволили создать зимние масла, сохраняющие текучесть при низких температурах, а полимерные модификаторы вязкости сделали возможными всесезонные моторные масла, которые сохраняли свои свойства в широком диапазоне температур, сочетали низкую температуру застывания и высокотемпературную вязкость.

Современный процесс изготовления моторных масел

Производство моторного масла, как и любого другого, начинается с обработки сырья – нефти. До того, как попасть на завод смазочных материалов, она проходит ряд очисток на нефтеперерабатывающих предприятиях. В первую очередь, из нефти выпаривают самые легкие бензольные соединения: спирт, керосин, бензин различного октанового числа.

После многочисленных обработок нефть превращается в мазут. Пройдя вакуумную очистку, он расщепляется на минеральное масло (базовое сырье) и гудрон. Последний не пропадает, а идет на производство асфальта. Таким образом, производство моторных масел в России косвенно помогает развивать строительство автодорог.

Первый этап

На первом этапе производства моторного масла происходит процесс гидроконверсии базового сырья с участием водорода. Частицы этого газа очищают масло от примесей азота и сернистых соединений. Полученный таким способом продукт относится ко 2-й группе. Это отличает моторное масло российского производства от других, ведь не все компании применяют метод гидроконверсии.

В ходе данного процесса моторная жидкость приобретает свой цвет, прозрачность и специфический запах.

Второй этап

На втором этапе в будущее моторное масло добавляют нужные присадки. Их набор зависит от сорта, сезонности продукта, типа двигателя, в которых он будет применяться.

Для каждой присадки требуется своя температура растворения. Некоторым достаточно 0 °С, другим – +100 °С, третьи растворяются только при +120 или +150 °С. Однако при этом многие присадки разрушаются при экстремально высоких температурах. То есть в то время, пока растворяется присадка, требующая +120 °С, другая может начать расщепляться уже при +100 °С. Это обстоятельство заставляет производителей вводить добавки по одной, попеременно нагревая и остужая масло.

Самые дешевые минеральные масла изготавливаются из нефти, которую подвергают фильтрации и стандартной прогонке. Синтетические, самые дорогие, производятся на основе веществ, полученных путем сложных химических манипуляций из газа и нефти. Полусинтетические масла – гибриды вышеописанных составов.