Сага о масле. Глава 5. Мифы про зольность. Ч.1
Привет моим самым стойким читателям и любителям йоги для мозгов.
Один из самых неоднозначных параметров масла – зольность, т.е. сколько в масле минеральных солей. Чтобы было понятно – зольность масла это как жесткость воды. Что остается на чайнике после кипячения воды из-под крана? Правильно, налет. Налет из карбонатов. Так и масло – если выпарить при 600 град., останется горстка «золы». Содержание этой золы в процентах по массе и есть зольность.
Бывают масла полнозольные и с пониженным содержанием золы – средне- и малозольные.
Полнозольные масла (High SAPS) имеют зольность >1-1,1% от массы
Малозольные масла (Low SAPS) имеют зольность 0,5% и менее
Между ними – среднезольники (Mid SAPS) 0,6-0,9%.
Какое масло перед нами, можно понять по допуску:
АСEA A3 это полнозольники.
ACEA C3 и С2 это среднезольники.
ACEA C1 и С4 это малозольники.
С1, С2, С3, С4 часто обобщают в категорию «малозольники».
Какие лучше – в этом и разберемся.
Я уже поднимал эту тему, но по мере изучения вопроса появились новые важные нюансы.
Во-первых, не совсем ясно по аналогии как с яйцом и курицей: низкая зольность появилась как дань экологии в ущерб другим свойствам или это закономерный этап развития и совершенствования масляных рецептур?
Во-вторых, в Тырнете на эту тему много словоблудия, читать которое поначалу интересно, но… в конечном итоге совершенно бесполезно, ибо существует 2 мифа:
Миф Первый.
Зольность отражает содержание присадок – прежде всего моющих и противоизносных. Чем больше – тем лучше.
Миф Второй.
В двигатели с алюминиевыми блоками нужно лить только малозольные масла, потому что поверхность цилиндров для увеличения прочности (алюминий мягкий!) имеет то или иное покрытие, которое не любит серу и разрушается.
Разберемся во всем этом. Начну с мифа №2.
Предупреждаю, что знаний в области моторостроения у меня несравнимо меньше чем в химии, поэтому прошу не стесняться и поправлять если где-то написал неправильно.
Итак,
Часть 1. Про люминь.
Чтобы внутренняя поверхность цилиндров была прочная, ее можно покрыть никелем, кремнием, титаном или залить гильзы цилиндров из чугуна – вариантов придумано много:
1. Алюсил и ему подобные.
Просто догадаться из названия «Alusil», что это соединение алюминия Al с кремнием Si, технология придумана немцами из фирмы Kolbenschmidt. Аналогичное покрытие другой немецкой фирмы Mahle называется Silumal.
Вот так это выглядит:
… здесь видно как кристаллы кремния (на снимке выпуклые) лежат в кристаллической решётке алюминия. Как так выходит? Очень просто: в алюсиле доля кремния 17%, а по законам физики-химии при охлаждении расплава с содержанием кремния более 13% последний уже не может вступать в соединение с алюминием и откладывается в виде кристаллов в «пустотах» кристаллической решетки сплава.
Затем после механической обработки поверхность цилиндров дополнительно обрабатывают химическим травлением: кислота, взаимодействуя преимущественно с алюминием, «вымывает» его слой толщиной несколько микрон, оставляя на поверхности лишь кристаллы кремния. Это и защищает поверхность от износа.
2. Локасил (фирма Kolbenschmidt)
Технология такая: частицы кремния вкладываются в литейную форму и «впрессовываются» в блок цилиндров.
Темная полоса в стенке цилиндра – это «впрессованный» под давлением кремний.
3. Никасил и ему подобные.
На поверхность цилиндра наносится гальваническим способом слой никеля и карбида кремния (Ni-SiC). Технология называется Galnikal® (фирма Kolbenschmidt) и Nikasil® (фирма Mahle).
Преимущества – никелевый слой очень гладкий. Здесь нет графитовых жил как в чугуне и выступающих кристаллов кремния как в Алюсиле, а это значит что оптимальнее объем масла, остающегося на рабочей поверхности цилиндра. Посмотрите еще раз структуру поверхности Алюсила – и ясно, почему для алюсиловых двигателей допускается жор масла до 1л/1000км!
Есть и недостатки Никасила: затраты на гальванические ванны и утилизацию никелевых отходов. Но самое главное – и обсуждения на эту тему легко найти на форумах Тырнета – при коротких поездках масло не успевает прогреваться, на поверхности цилиндра появляется конденсат, образующаяся при сжигании топлива сера вступает в реакцию с конденсатом и получается серная кислота. Кислота приводит к коррозии и даже отделению никелевого слоя. Поэтому никасил в основном применялся в одноцилиндровых мотоциклетных движках и в единичных случаях в многоцилиндровых.
коррозия никасила
Как известно, сера содержится не только в бензине, но и в моторном масле, а масло частично может попадать в камеру сгорания, особенно на моторах с непосредственным впрыском и с большим пробегом из-за увеличения зазоров.
Не секрет, что у двигателя моей Фабии 1.2 CGPA алюминиевый блок цилиндров, но я точно не знаю, какое там покрытие. (Кто знает – пишите!) Поэтому… начинаем урок химии! Тема: сера и ее взаимодействия с алюминием, кремнием, никелем. =)
Алюсил, Локасил и им подобные: в данном случае поверхность цилиндра содержит Al и Si. Точнее их оксиды.
Al достаточно стоек к коррозии. Его стойкость повышается в сплавах с небольшим содержанием магния (в алюсиле как раз около 1% Mg). НО:
= коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка
= оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!
Сравним pH масел (результаты замеров из Авторевю):
Полнозольные с высоким щелочным числом имеют pH около 7-8, а малозольные с более низким щелочным – около 9. Таким образом, условия для образования оксидной пленки будут на любом масле, тем более что со временем кислотность масла неминуемо растет (pH соответственно падает).
Что касается серы и серной кислоты:
НО: реакция с разбавленной серной кислотой идет при концентрациях более 10% (максимальная растворимость наблюдается в 80 %-ной серной кислоте). А на поверхности цилиндра может быть такая концентрация?
А какое вообще содержание серы в масле?
Сразу примечание: сульфатная зола это не содержание сульфатов и сульфидов! Она так называется, потому что по ГОСТу 12417 масло сжигают до золы и потом обрабатывают серной кислотой, прокаливают и взвешивают. Зольность это показатель содержания металлосодержащих присадок (разные соли натрия, бария, кальция, магния, калия, цинка и др). К содержанию серы она не имеет прямого отношения, потому что соли это не только сульфаты!
На самом деле, сера в масле – это сера, которая содержится в базовом масле, + сульфаты, сульфиды, сульфонаты в присадках. Например, если масло сделано на базе с большой долей I группы (неглубокая очистка нефти), то при прочих равных в нем будет больше серы, чем в гидрокрекинге глубокой очистки VHVI или в масле на GTL. Базы ПАО вообще не содержат серу.
Я сравнил по анализам содержание серы в полнозольниках и малозольниках, да еще и на разных базах.
Преимущество ПАО масел по сравнению с кряковыми максимум до 0,028% серы по массе! Решим задачку сколько это в граммах:
Плотность масла около 850 г/л
Объем масла в моей машине 3 литра в этом объеме меньше серы на 0,00028*850*3 = 0,714 г.
Сравните: бензин Евро-3 содержит до 150 мг/кг серы, бензин Евро-4 до 50 мг/кг серы, Евро-5 – не более 10 мг/кг. Если, например, за 10тыс км сжечь 1000 кг бенза, то разница между евро-3 и евро-5 в содержании серы будет до 140 г
Вывод: качество бензина имеет куда большее значение, чем содержание серы в масле.
Можно бы подумать, что чем больше ПАО и меньше зольность, тем меньше серы и тем лучше масло вообще… Но это не всегда так.
Пройдемся по 5W-40:
Типичный и недорогой полнозольник –
Лукойл Люкс Синтетика 5W-40 SN зола сульфатная 1,18%, сера 0,259%. База гидрокряк.
Два полнозольника с очевидно разным качеством базы –
Liqui Moly Leichtlauf High Tech 5W-40 зола сульфатная 1,25%, сера 0,270%. База гидрокряк.
Gulf Formula GX 5W-40 зола сульфатная 1,25%, сера 0,414%. База гидрокряк.
Полнозольник, не похожий на других –
Ravenol VST 5W-40 зола сульфатная 1,03%, сера 0,296%. База с ПАО.
Как видим, закономерности… никакой нет.
А теперь внимание вопрос: реально ли даже с маслом Gulf с его неприлично большим содержанием серы аж 0,414% получить концентрацию серной кислоты >10%, пусть даже локально и с учетом малой толщины масляной пленки в районе поршневых колец? Имхо – вряд ли. Другое дело – если используется высокосернистый бензин, но это другая тема.
Вернемся от математики к химии.
Алюсил это, кроме Al, еще и Si. Кремний – инертное вещество. С серной кислотой реагирует плохо из-за оксидной пленки, только с концентрированной и только при температурах от 400 — 600 0C.
Таким образом, Алюсил и ему подобные по законам химии не должны страдать от серусодержащих масел.
Никасил и его родственники.
С никелем ситуация похожа на алюминий —
из Википедии 
Исходя из вышеизложенного, в движке чисто теоретически реально могут появиться условия для образования серной кислоты (скорее всего разбавленной) — но, учитывая ее высокую активность как кислоты, — для коррозии Никасила, тем более что, в отличие от Алюсила, здесь нет защитного слоя кремния. Поэтому обладателям двигателей с Никасиловым покрытием можно порекомендовать смотреть анализы и выбирать малосерные масла. Но еще раз подчеркну – малозольные не всегда малосерные.
Никасиловое покрытие, к примеру, имели движки 5-, 7-, 8-серий BMW M60 до 95 года и M52 до 98 года.
Я затронул лишь часть того, что можно знать по данной теме и не вникал в такие технологии, как плазменное напыление составов на основе железа, лазерное легирование тем же кремнием, нанесение на стенки цилиндров нитрида титана…
Но ИМХО-выводы можно сделать и без этого.
Если у вас двигатель с алюминиевым блоком и вы не знаете какое там покрытие цилиндров и из чего сделаны поршни и поршневые кольца, то жизненно необходимо заправляться бензином евро-4 и выше и выбирать малосерные масла. С последним сложнее, ибо результаты анализов не всегда достоверны, а в официальных документах на масла содержание серы не указывается. Зато указывается соответствие допускам. Требования допусков по содержанию серы такие:
API SM и SN – max 0,5% по массе
ILSAC GF-4 и GF-5 – max 0,5%
ACEA C3 – max 0,3%
Dexos1 – max 0,45%
Dexos2 – max 0,35%
MB 229.3 и 229.5 – max 0,5%
MB 229.31, 229.51 и 229.52 – max 0,3%
Т.е. если выберете среднезольные масла ACEA C3, Dexos2, MB 229.31, 229.51 и 229.52, то не ошибетесь и серы в них будет поменьше. Насколько важны эти доли процента… решать только вам, см задачку и цифИрки выше.
VW вообще не нормирует серу, при том что алюминиевые блоки широко использует. И при этом даже не упоминает в мануалах про необходимость использования малозольных масел, у меня например в инструкции написано ACEA А3, а это полнозольники! Я собссно сейчас такое и лью.
Т/О, Миф Второй про то, что алюминиевые двигатели и полнозольники несовместимы, считаю развенчанным.
Для того чтобы развенчать Миф Первый, нужно собраться с мыслями. Предупреждаю, следующие главы будут взрывом мозга. Не прощаюсь.
Что такое зольность моторного масла
Статья откроет читателям один из главных секретов моторного масла. Без этих знаний вряд ли получится выбрать подходящую смазку, которую не придется менять как минимум 15 тысяч км. Многие автомобилисты не изучают теорию. Для них зольность моторного масла — темный лес. Но показатель помогает продлить жизнь двигателя. Поэтому не следует отметать его в сторону. Для начала нужно дать определение понятию.
Виды зольности
Зольность — это процент содержания несгораемых примесей. В среднем, за 1000 км пробега уровень смазки снижается на 400 г. Куда она девается? Испаряется в камере сгорания. При этом на внутренней поверхности оседают абразивные частицы, способные привести к формированию задиров на поршнях. Все масла можно разделить на три категории:
Маркировка по ACEA
A1/B1*, A3/B3, A3/B4, A5/B5
*Удалено из списка стандартов в документе ACEA European Oil Sequences for Service-Fill Oils 2016.
Если с первой частью наименований все понятно, то расшифровка аббревиатуры SAPS не столь очевидна. Это всего лишь составляющие: сульфатная зола, фосфор и сера. Чтобы определить зольность смазки, достаточно взглянуть на маркировку, указанную на канистре. Там будет указан код допуска по классификации европейской ассоциации ACEA. Все они указаны в таблице.
Существует два вида зольности. Обычно их путают, смешивают в одну кучу. Но обращать внимание нужно только на одну характеристику — сульфатную. Именно ее категории указаны выше.
Зольность базового масла
Капельный тест косвенно показывает уровень зольности моторного масла
Характеристика указывает на то, насколько хорошо химики справились с очисткой базовой основы. Для синтетики этот показатель будет равен нулю. Ведь материалы на основе ПАО — полиальфаолефинов, синтезируют в реакторах. Гидрокрекинговые масла изготавливают из нефтепродуктов, поэтому зольность будет вполне заметна. Ее показатели находятся в пределах от 0,001 до 0,5 %.
Именно поэтому многие начинающие теоретики путаются и считают, что малозольное масло содержит меньше примесей. Хотя и малозольные, и полнозольные материалы порой изготавливают на одинаковой базе. По мнению дилетантов, базовое масло для производства проходит более тщательную очистку. Это не совсем верное представление. Зольность базового масла не влияет на чистоту. Технологические процессы полностью меняют состав.
Сульфатная зольность
При уменьшении щелочного числа растет кислотное
Чтобы масло стало малозольным или полнозольным, в него нужно добавить присадки. Их концентрация и состав определяют параметры сульфатной зольности. При слове «зольность» в голове возникает образ горстки грязного порошка, который остается после того, как что-то сожгли. Это не далеко от истины. Химики проводят в лабораторных условиях ровно этот эксперимент. Они разливают масла по баночкам и ждут, когда оно сгорит. Количество осадка преподносится, как показатель качества.
Теоретически вся грязь остается в моторе. Но температура силового агрегата не превышает 110 °C, а маслу нужно не менее 250 °C для воспламенения. Правда, камера сгорания раскаляется до 2000 °C, но в норме туда попадает ничтожная доля смазки, которая уходит в фильтр благодаря процессу самоочищения. Нет горения — нет золы.
Моющие свойства масла как раз зависят от показателя сульфатной зольности. Зависимость такова: чем выше зольность, тем больше щелочное число. Щелочь «гасит» кислоты, которые образуются во время протекания химических реакций внутри цилиндра. Чем выше зольность, тем больше в масле присадок, необходимых для нормальной работы двигателя. В их число входят добавки, обеспечивающие эффективную очистку силового агрегата от продуктов горения. Полезные вещества снижают силу трения, предотвращая фрикционный износ металлов. Обычно это металлосодержащие соли с фосфором, натрием, магнием и кальцием в составе.
Правила выбора
Маркировка уровня зольности моторного масла
Масло с большим показателем сульфатной зольности даже полезнее для мотора. Тогда автолюбителям нужно выбирать лишь полнозольные масла? Нет. Все дело в экологических стандартах. Класс «Евро-0» появился в далеком 1988 г. Ограничения были призваны снизить долю вредных выхлопных газов. В 2025 г. планируется ввод нормы «Евро-7», которая существенно усложнит выпуск машин с ДВС — двигателем внутреннего сгорания из-за слишком строгих ограничений.
Лидеры рынка автомобилестроения оказались перед выбором: сворачивать бизнес или искать пути решения. В результате инженеры создали простой и элегантный способ снизить токсичность газов за счет установки сажевых фильтров, каталитических нейтрализаторов и EGR — системы рециркуляции отработавших газов. В Full SAPS слишком много фосфора и серы, которые быстро выводит из строя «экологичные» узлы автомобиля. Вот каких рекомендаций следует придерживаться:
- Если нет катализатора и сажевого фильтра, в мотор можно смело заливать высокозольную смазку.
- В машине есть «экологичные» узлы? Лучше пользоваться рекомендациями производителя.
- Следует выбирать масла на базе ПАО. Гидрокрекинговые варианты не столь долговечны.
Многие автовладельцы знают, что полнозольные масла куда надежнее и ходят дольше. Но производители рекомендуют применять только малозольную смазку. Люди добавляют в Low SAPS присадки с фосфором и серой в составе, чтобы продлить срок службы. В результате катализатор и сажевый фильтр быстро выходят из строя. Лучше использовать масло без посторонних примесей.
Сейчас производители освоили технологию рециклинга. Отработку отправляют на производство, чистят и пропускают через цепочку химических реакций. В результате получается продукция с показателями, которые соответствуют нормативам. Но после заливки в двигатель, под воздействием высоких температур смазка быстро деградирует, добавки выпадают в осадок.
Автомобили на газу
Схема установки газобаллонного оборудования
Установка ГБО — газобаллонного оборудования, меняет характеристики мотора. Существенно повышается температура в камере сгорания. Казалось бы, решение простое: использовать полнозольные масла. Не все так просто. Высокий «градус» приводит к тому, что присадки быстро выгорают с образованием большого количества шлама. На клапанах появляется нагар. Это не единственная проблема. В камере сгорания образуются водяные пары, которые еще сильнее ухудшают эксплуатационные характеристики масла.
Что делать в такой ситуации? Заливать в силовой агрегат малозольное масло. Гидрокрекинговая основа не справится со своими задачами. Следует выбирать продукцию на базе ПАО. Смазка не боится высокой температуры. Для полной уверенности в безопасности двигателя стоит использовать эстеровые масла. Они образуют на поверхности деталей кривошипно-шатунного механизма стойкую пленку, которая притягивается к металлу, как магнитом.
Таблица совместимости
ACEA — ассоциация европейских производителей автомобилей, разделила все масла на три категории, в зависимости от конструктивных особенностей машины. Можно пользоваться этой строгой классификацией, но ниже будут рекомендации практического характера. Категории транспортных средств:
Статьи
Виды зольности масла и ее влияние на работу двигателя
Понятие зольности используется для характеристики содержания в веществе несгораемых примесей. Небольшое количество моторного масла в работающем двигателе неизбежно выгорает. Некоторая часть жидкости при этом испаряется, а продукты сгорания оседают на стенках цилиндров. Это и есть зола. Зольность зависит от ее количества и химического состава. Чем выше этот показатель, тем больше нагара оседает на стенках цилиндров и тем быстрее засоряются фильтры. Выделяют 2 вида зольности: обычную и сульфатную.
Обычная зольность — это процентное содержание неорганических примесей, образующихся в ходе сгорания моторного масла. Вычисляется это значение к массе смазочного материала. Об обычной зольности принято говорить применительно к базовым маслам или маслам без присадок, а также к различным смазочным средствам, предназначенным для применения не в автомобилях. Данный показатель находится в пределах 0,002 — 0,4%. Более низкое значение указывает на более высокую чистоту масла
Очевидно, что значение обычной зольности служит характеристикой степени очистки базового масла. Но на практике такой параметр большого значения не имеет, ведь в автомобиль заливается масло, содержащее комплекс присадок. Для таких смазочных материалов больше подходит понятие сульфатной зольности.
Сульфатная зольность (альтернативное название — уровень сульфатных шлаков) — это показатель для характеристики масел с присадками, содержащими органические соединения металлов. Речь идет о солях натрия, бария, кальция, калия и др. Когда в процессе работы такие масла выгорают, образуется большое количество золы. К ней добавляются смолистые отложения. Их особенно много в двигателях с очень продолжительным периодом работы, а также в моторах, где масло в последний раз меняли очень давно. Такие соединения имеют свойство откладываться на поверхности деталей. Эти отложения обладают высокими абразивными свойствами, что крайне пагубно отражается на продолжительности службы деталей.
Сульфатная зольность тоже выражается в процентах от массы масла. Но определяется она по особой процедуре, в ходе которой смазочный материал сжигают и прокаливают. В итоге получают твердый остаток, от которого и вычисляются проценты. Для этого используется серная кислота, чтобы выделить из общей массы сульфаты металлов. Эта особенность всей процедуры и дала название рассматриваемому виду зольности.
Стандарты, действующие на территории ЕС, начиная с Евро-4, вводят достаточно строгие ограничения по зольности моторных масел. Это продиктовано необходимостью снизить выброс в окружающую среду загрязняющих веществ, засорение сажевых фильтров и отложение сажи на поверхности деталей. Но выполнение таких требований заметно снижает ресурс работы двигателей внутреннего сгорания, что несомненно на руку автопроизводителям. Это позволяет им поддерживать продажи своей продукции на достаточно высоком уровне.
Российские же владельцы автомобилей, использующие отечественное топливо, должны учитывать, что масла с невысокой зольностью способствуют более быстрому износу вкладышей и пальцев. В то же время применение таких смазочных средств значительно снижает образование отложений на поршневых кольцах.
Следует отметить, что стандарты, действующие в США, требуют еще меньшего значения сульфатной зольности, чем соответствующие европейские правила. Дело в том, что американские производители применяют более качественные базовые масла. Это смазочные материалы, изготовленные по технологии гидрокрекинга, или же имеющие основу в виде полиальфаолефинов (3 и 4 группы).
Сульфатная зольность масла. О чём говорит этот показатель?
Вязкость масла, температура застывания, щелочное число и др. — это показатели, которые определяют физико-химические свойства смазочного материала и являются индикаторами качества.
Сегодня речь пойдёт об одном из важных показателей — сульфатной зольности масла.
Следует различать понятия: зола в масле и сульфатная зольность. Зола — это продукт сгорания, который образуется при эксплуатации базового масла, а вот сульфатная зольность — показатель смазочного материала, который характеризует несгораемый остаток. Сульфатная зольность зависит от содержания металлосодержащих присадок в готовом продукте.
Выделяют 3 вида масел в зависимости от зольности:
Применяют в газовых и дизельных двигателях, оснащенных системами доочистки выхлопных газов. Зольность не превышает 0,5% и маркируется по классификации ACEA как C1, C2, С4.
Масла этого вида применяются в двигателях, которые оснащены системами доочистки выхлопных газов, в основном сажевые фильтры (DPF). Если в такой двигатель залить полнозольные масла, то это негативно скажется на сроке службы фильтра. Зольность в средензольных маслах не превышает 0,8 % и маркируется по классификации ACEA как C2 или C3.
Полнозольные масла применяются в бензиновых и дизельных двигателях, которые не оборудованы системами доочистки выхлопных газов. Зольность масла находится в диапазоне от 1 до 1,6% и маркируется по классификации ACEA как ACEA A5/B5, A3/B4, A3/B3.
Итак, когда вы выбираете моторное масло, обратите внимание на зольность продукта, чтобы избежать неприятных ошибок. И, конечно, не пренебрегайте руководством по эксплуатации автомобиля.