CC BY
82УДК 543:547.91
Е.Д. Шпак, В.И. Митрофанова
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МОТОРНОГО МАСЛА
Целью исследования является анализ автомобильного моторного масла разных производителей, в результате которого определяются физико-химические показатели, позволяющие установить качество исследуемых образцов.
Ключевые слова: моторное масло, анализ, физико-химические показатели, плотность, вязкость, механические примеси, качество продукта.
PHYSICAL AND CHEMICAL INDICATORS OF ENGINE OIL QUALITY
The aim of the study is to analyze automobile engine oils of different manufacturers, resulting in defined physical and chemical indicators to determine the quality of the studied samples.
Key words: engine oil, analysis, physical and chemical indicators, density, viscosity, mechanical impurities, product quality.
Залог долговечной и безотказной работы автомобильных двигателей - использование качественных моторных масел (ММ), характеристики которых в максимальной степени соответствовали бы заданным заводом-производителем параметрам [1]. Назначение моторного масла - смазывать трущиеся детали двигателя внутреннего сгорания (ДВС), обеспечивая заданный ресурс при точном соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей.
К современным моторным маслам предъявляют ряд серьезных требований: высокая моющая способность по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающая чистоту деталей и минимальный износ узлов двигателя (достаточные противоизносные свойства); отсутствие коррозионного воздействия на детали двигателя как в процессе работы, так в длительных перерывах; пологость вязкостно-температурных характеристик; обеспечение холодного пуска и прокачиваемости в данных условиях; отведение теплоты от узлов трения, удаление из зоны трения продуктов трения и износов и др. [4, 5].
Любое моторное масло состоит из базовой масляной основы и пакета специальных присадок, добавляемых к этой основе. Присадки отвечают за стабильность масляной пленки и вязкость масла (вязкостные), очистку деталей двигателя (моющие) и т.д. [2, 3]. Благодаря таким присадкам смазочная жидкость получает уникальные свойства и характеристики.
По своей масляной основе, играющей важную роль, ММ подразделяются на минеральные, полусинтетические, синтетические.
Моторные масла - продукты переработки нефти. Так, минеральные масла изготавливают из нефти путем очистки соответствующих фракций от нежелательных веществ. Различают дистиллят-
ные (основа зимних и всесезонных масел) и остаточные (основа летних масел) фракции минерального масла. Первые получают при вакуумном разделении мазута на фракции, вторые - остатки перегонки. На одном из этапов производства в масляную основу, как уже отмечалось, добавляют различные присадки и добавки, улучшающие физико-химические и механические свойства ММ.
По общепризнанным мировыми производителями принципам ММ классифицируют следующим образом:
SAE - Общество автомобильных инженеров;
API - Американский институт нефти;
АСЕА - Ассоциация европейских производителей автомобилей;
ILSAC - Международный комитет по стандартизации и апробации ММ.
Каждая из классификаций использует свой принцип. Так, классификация SAE разделяет все масла в зависимости от их вязкостно-температурных свойств (вязкость - одно из важнейших свойств ММ, изменяющаяся в зависимости от температуры) на следующие классы: зимние - 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W; летние - 10, 20, 30, 40, 50, 60; всесезонные масла обозначаются сдвоенным номером, -например, 0W-30, 5W-40 [1, 3].
Отечественные масла проходят сертификацию по ГОСТ. По кинематической вязкости масла делятся на классы: летние - 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24; зимние - 3, 4, 5, 6 и т.д.; всесезонные - 3/8, 4/6, 4/8, 4/10, 5/10, 5/12, 5/14, 6/10, 6/14, 6/16 (первая цифра указывает на зимний класс, вторая - на летний). Во всех перечисленных классах чем больше числовое значение, тем больше вязкость [1, 3].
Для исследования качественных показателей были отобраны шесть образцов ММ (произвольная выборка и простой опрос автомобилистов, а также мониторинг отзывов в Интернете):
1-й образец - Лукойл Авангард 10W-40 CA-4/SG (Россия);
2-й образец - Лукойл Супер 10W-40 SG/CD (Россия);
3-й образец - Лукойл Люкс 10W-40 SL/CF (Россия);
4-й образец - Mobil Super 5W-40 (марка принадлежит объединенной американской компании ExxonMobil, производят масло в разных странах, в том числе во Франции, Швеции и Финляндии);
5-й образец - ESSO Ultron 5W-40 (марка принадлежит американской корпорации EXXON (ExxonMobil), производство в разных странах);
6-й образец - Castrol EDGE 10W-40 (марка принадлежит компании Castrol Ltd, Великобритания, производство в разных странах).
Физико-химический анализ был проведен согласно нормативным требованиям ГОСТ 10541-78 [7] и по соответствующим методикам. В основу анализа положены испытания по плотност-но-вязкостным характеристикам - определение кинематической вязкости и плотности; по вязкостно-температурным характеристикам - определение температуры вспышки в открытом тигле. Кроме того, в исследуемых образцах было определено содержание механических примесей.
Исходя из основного назначения ММ, вязкость является одним из важнейших свойств, определяющая его назначение и функции. Она зависит от химического состава и структуры соединений в смазке.
Определение кинематической вязкости проводилось по ГОСТ 33-82, оборудование и реактивы использовали согласно данному нормативному документу [12]. Сущность метода заключается в измерении времени истечения определенного объема жидкости под влиянием силы тяжести в капиллярном вискозиметре.
За итог испытания принимают среднее арифметическое результатов определений кинематической вязкости в двух вискозиметрах, если расхождение между ними не превышает ±1,2.
Определение плотности исследуемого продукта проводили с погрешностью не более
0,001 г/см3 по ГОСТ 3900-85 с помощью ареометра [10]. За результат испытания принимается сред-
нее арифметическое двух определений. Два результата определений, полученные одним исполнителем, признаются достоверными (с 95% доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает 0,0005 г/см3 для прозрачных продуктов, 0,0006 г/см3 - для темных и непрозрачных продуктов.
Результаты испытаний и расчетов представлены в табл. 1.
Таблица 1
Значения кинематической вязкости и плотности образцов моторного масла
№ образца р, г/см3 при 20 °С V, мм2/с
Среднее значение Значение по ГОСТ 10541-78 Среднее значение Значение по ГОСТ 10541-78
при 40 °С при 100 °С при 40 °С при 100 °С
1 0,894 не более 0,890 64,3 9,3 94,3 9,5-10,5
2 0,890 87,3 13,8 88,3 не менее 12
3 0,881 89,6 12,4 90,3
4 0,863 96,0 14,1 95,7
5 0,861 95,6 13,9
6 0,862 95,2 14,5
Важными являются вязкостно-температурные свойства, так как ММ в двигателях подвергаются действию повышенных температур. При нагревании ММ испаряются, смешиваясь с воздухом, образуют взрывную смесь. К вязкостно-температурным показателям качества с этой точки зрения относится температура вспышки в открытом тигле. Такое испытание проводилось по методике ГОСТа 4333-87 [9]. За результат испытания принимали среднее арифметическое значение результатов двух определений, округленное до целого числа и выраженное в градусах Цельсия. Два результата испытаний признаются достоверными (с 95% доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает 5°С.
Результаты испытаний и расчетов представлены в табл. 2.
Таблица 2
Значения температуры вспышки
№ образца Значение температуры вспышки, t °С Нормируемый показатель температуры вспышки, °С по ГОСТ 10541-78
1 190
2 211
3 210 не ниже 190
4 216
5 196
6 183
Механические примеси заносятся при переработке нефти, при очистке масляных дистиллятов и при хранении, транспортировке и заправке машин. Наиболее опасные примеси - песок и другие твердые частицы, вызывающие износ деталей ДВС. Сущность метода заключается в фильтровании испытуемых продуктов с предварительным растворением медленно фильтрующихся продуктов в бензине или толуоле, с последующим взвешиванием. За результат испытания принималось среднее арифметическое двух параллельных определений (при доверительной вероятности 95%), расхождения между которыми не превышают 0,01%). Массовая доля механических примесей до 0,005%) включительно оценивается как их отсутствие [8]. Результаты анализа представлены в табл. 3.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы по качеству анализируемых образцов моторных масел: четыре образца полностью соответствуют нормативным требованиям и, таким образом, являются качественными маслами. Тогда как образец 1 - Лукойл Авангард 10W-40 CA-4/SG по плотности, кинематической вязкости и содержанию механических примесей, образец 6 -Castrol EDGE 10W-40 по кинематической вязкости - не соответствуют нормативным требованиям.
Следовательно, эти образцы не являются по данным показателям качественными продуктами и пред-
ставляют опасность для работы автомобильного двигателя.
Таблица 3
__Значения содержания механических примесей_
№ образца Содержание механических примесей, % Нормируемый показатель содержания механических примесей, % по ГОСТ 10541-78
1 0,063 не более 0,02
2 0,018
3 0,009
4 0,013
5 0,005
6 0,004
1. Классификация моторных масел. - Режим доступа: http://avtonam.ru/fluids/klassifikaciya-i-oboznachenie-motornyx-masel/. - 16.02.19.
2. Моторные масла. - 20.07.2017. - Режим доступа: http://k-a-t.ru/dvs_smazka/2-masla/index.shtml. -16.09.2018.
3. Маркировка моторных масел. - Режим доступа: https://etlib.ru/blog/432-markirovka-motornyh-masel-18.02.19.
4. Моторные масла и их характеристики. - 17.04.2016. - Режим доступа: https://obzorus.com/motornye-masla-i-ih-harakteristiki/. - 16.09.2018.
5. Основные функции моторного масла. - Режим доступа: http://krutimotor.ru/funktsii-i-naznachenie-motor-nogo-masla-v-dvigatele/#i. - 18.02.19.
6. Характеристики линейки моторных масел Мобил. - Режим доступа: https://proautomasla.ru/mobil/ultra-10w40.html.- 18.02.19.
7. ГОСТ 10541-78. Масла моторные универсальные и для автомобильных карбюраторных двигателей. Технические условия (с измен. № 1-11 1995). Введ. 1980-01-01. -М.: Изд-во стандартов.
8. ГОСТ 6370-83. Метод определения механических примесей. Введ. 1984-01-01. -М.: Изд-во стандартов (с измен. 1994), 1994.
9. ГОСТ 4333-87. Методы определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле. - Взамен ГОСТ 4333-48; введ. 1988-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1997.
10. ГОСТ 3900-85 Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. Введ. 1987-01-01. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200003577.- 09.03.19.
11. ГОСТ 17479.1-2015 Масла моторные. Классификация и обозначение. Введ. 1987-01-01. - Режим доступа: http://digest.wizardsoft.ru/documents/gov/gost-17479-1 -2015-masla-motornye-klassifikatsiya-i-oboznachenie. -28.02.19.
12. ГОСТ 33-82. Метод определения кинематической и расчет динамической вязкости. Введ. 1983-01-01. -М.: Изд-во стандартов (с измен. 1997), 1997.
13. Беляев, C.B. Моторные масла и смазка двигателей. Учебное пособие. - Петрозаводск, 1993.
14. Гнатченко, И.И. Автомобильные масла, смазки, присадки. Справочное пособие. - M.: АСТ, 2000.
