Краткая история диспергентов и будущие потребности

Диспергаторы удерживают нерастворимые вещества и сажу во взвешенном состоянии в масле, чтобы их можно было удалить при следующей замене масла. Они предотвращают образование отложений вокруг двигателя и снижают эффективность его работы.  

В бензиновых двигателях может возникнуть проблема с образованием осадка при низких оборотах и температурах. В масле скапливаются полярные вещества, нерастворимые в масле, и загрязняющие вещества. Если их не контролировать, они вызывают образование осадка и лака в более холодных зонах двигателя, что создает проблемы при эксплуатации. 

Диспергаторы предотвращают увеличение вязкости, вызванное образованием сажи, в первую очередь в двигателях с жестким диском, но также и в некоторых двигателях с непосредственным впрыском бензина. В процессе сгорания образуется сажа, которая проникает в масло и приводит к его загустению. 

Двигатели, работающие на природном газе, могут быть очень чувствительны к уровню зольности смазочных материалов. Они бывают разных конструкций и работают на самых разных видах топлива. В смазочных материалах с низким содержанием золы или без нее используются беззольные диспергаторы, которые обеспечивают максимальную защиту от нерастворимых веществ и отложений. 

Жидкости для автоматических трансмиссий обычно обладают определенной степенью диспергируемости. Рикардо Блох (Ricardo Bloch), инженер-химик на пенсии из США, рассказал изданию Lubes’n’Greases, что функция диспергатора заключается в том, чтобы очищать сцепления от загрязнений, рассеивая побочные продукты окисления. Если сцепления заглушены или смазаны, трансмиссия не переключится вовремя. Эти факторы отличают эти диспергаторы от диспергаторов для картера.” 

Химический состав диспергатора

Обычными диспергаторами являются органические материалы, состоящие из маслорастворимого полимерного остатка, обычно полиизобутилена, и присоединенной полярной группы. Полярная группа состоит из соединительной группы, обычно малеинового ангидрида, и функциональной группы, обычно основанной на азоте. 

В наиболее распространенном традиционном типе диспергаторов в качестве маслорастворимой группы используется PIB. Молекулярная масса является ключевой переменной, определяющей диспергирующие свойства. “ ПИБ получают путем олигомеризации изобутилена и выпускают с различными молекулярными массами от нескольких сотен до десятков тысяч ”, - сказал Блох.

"Полимерная группа должна быть маслорастворимой, а полярная группа должна присоединяться к отходам в масле таким образом, чтобы они оставались в масляном растворе", - добавил он. "Если алкильная полимерная группа слишком мала, диспергатор используется не способен удерживать нерастворимый материал диспергированным.” 

Чтобы превратить PIB в диспергатор, к нему присоединяют малеиновый ангидрид (мостик) с образованием полиизобутиленянтарного ангидрида. Реакция с малеиновым ангидридом может быть "термической", с использованием высокореактивного PIB (HR-PIB) или ускоренной с использованием газообразного хлора. К молекуле PIB можно добавить более одного малеинового ангидрида, чтобы максимально увеличить функциональность каждой молекулы.

Затем PIBSA вступает в реакцию с амином, придавая ему функциональность. Тип и содержание азота в амине также могут варьироваться, и во многих диспергаторах это полиамин. Для улучшения свойств можно внести другие изменения, например, добавить бор.

В состав некоторых моторных масел входят модификаторы вязкости диспергаторов. В них используется не полимер PIB, а стандартный полимер, такой как сополимер олефинов, который вступает в реакцию с малеиновым ангидридом и становится функциональным. У них гораздо более длинные цепи, чем у обычных диспергаторов.

В полимерных диспергаторах используется алкилметакрилатный мономер для создания маслорастворимой полимерной группы. Карбоновая кислотная группа в мономере используется в качестве связующего звена для добавления азотсодержащих функциональных групп. Связующая группа и функциональные возможности регулярно присоединяются по всей полимерной цепи.

Свойства диспергатора PMA можно варьировать за счет выбора мономера на основе метакрилата, молекулярной массы полимера, а также типа и содержания азота в функциональной аминогруппе. Они сочетают в себе процесс улучшения вязкостных характеристик жидкости с контролем дисперсности. Технология PMA VM используется в трансмиссионных жидкостях из-за ее очень хороших свойств текучести при низких температурах по сравнению с другими типами VM. PMA могут быть объединены с остальным пакетом присадок в единый комплекс, обеспечивающий стабильные характеристики трансмиссии.

Краткая история диспергаторов

Диспергаторы начали широко использоваться в 1950-х годах в дополнение к более старым технологиям, связанным с применением диалкилдитиофосфатов цинка и металлических моющих средств для смазки картера. “ При движении автомобилей на короткие расстояния происходило образование осадка, которое было устранено за счет использования низкомолекулярных диспергаторов PIBSA/PAM,” Bloch. сказал.

В период с 1970 по 2000 год использование диспергаторов возросло, в частности, в связи с внедрением серии испытаний двигателей легковых автомобилей на низкотемпературный шлам и лак. Преобладающая технология диспергирования была основана на использовании PIB, который подвергался хлорированию с добавлением малеинового ангидрида, а затем вступал в реакцию с аминами. “ Диспергаторы PMA были представлены в 1960-х годах, а в конце 1970-х - диспергаторы OCP. ” - сказал Блох. “ Эти материалы хорошо справлялись с низким содержанием-температурный шлам и лак.”

С 2000 года обращению с сажей уделяется все больше внимания, поскольку дизельные двигатели занимают все большую долю рынка продаж легковых автомобилей по всему миру, а двигатели с жестким диском создают все большую нагрузку на сажу. “ В конце 1990-х годов сажа в дизельном топливе была следствием попыток производителей оборудования контролировать выбросы NOX,” Рольф Хартли (Rolfe Hartley) из американской компании Sangemon Consulting рассказал изданию Lubes’о пластичных смазках. “Замедление газораспределения двигателя снижает пиковые температуры сгорания, что приводит к неполному сгоранию и образованию сажи.”

Он добавил, что “ Система рециркуляции отработавших газов с охлаждением (EGR) также использовалась для снижения содержания NOX; однако это привело к попаданию в масло высококислотного конденсата, что усугубило сгущение сажи.” 

Была разработана технология диспергатора с более высокой молекулярной массой, которая показала лучшую способность к обработке сажи. Составители сбалансировали компоненты диспергатора для обработки низкотемпературного шлама и лака, а также высокотемпературной обработки сажи, что привело к увеличению скорости обработки диспергатором и смесей диспергаторов. 

В течение некоторого времени в маслах для 2-тактных судовых цилиндров использовались диспергаторы, хотя исторически моющие свойства были более важны. 

Использование диспергаторов VM в моторных маслах сократилось, поскольку летучесть базовых масел улучшилась благодаря внедрению базовых масел групп API II и III и усовершенствованиям традиционных диспергаторов. Протоколы испытаний диспергатора VM для двигателей сложны, поскольку уровень диспергируемости состава варьируется в зависимости от скорости обработки VM для каждой категории вязкости. Постоянная диспергирующая способность требует фиксированного уровня диспергатора VM и добавления второго недиспергатора VM для достижения заданной вязкости.

Повышенная экологическая осведомленность о содержании остаточного хлора в смазочных материалах привела к введению ограничений по содержанию хлора в спецификациях некоторых производителей смазочных материалов. “ Производители автомобильной техники были обеспокоены тем, что хлорированные соединения в смазочных материалах могут привести к образованию диоксинов в выхлопных газах, ” Консультант из Великобритании Тревор Гонтлетт рассказал Lubes’n’Смазки. “Диоксины очень стабильны; многие из них устойчивы, способны к биоаккумуляции и токсичны, в том числе являются мощными канцерогенами.” 

Для соблюдения этих ограничений по содержанию хлора были необходимы диспергаторы на основе HR-PIB, которые также показали свои преимущества в качестве моторного масла премиум-класса. В результате спрос на HR-PIB значительно вырос, и он заменил хлорированный PIB в качестве диспергатора.  

Будущие требования к диспергируемости

Современные требования к новым смазочным материалам для картера двигателя включают снижение выбросов и повышение топливной экономичности. Диспергаторы не оказывают существенного влияния на оборудование для контроля выбросов, такое как катализаторы выхлопных газов и сажевые фильтры, и не влияют на химические свойства сульфатной золы, серы и фосфора. Следовательно, они являются полезными компонентами в рецептурах, снижающих выбросы вредных веществ. Переход на масла с низкой вязкостью для повышения топливной экономичности является сложной задачей для диспергаторов, поскольку они в значительной степени загущают вязкость при низких температурах. Исследователи стремятся сохранить преимущества борьбы с осадком, лаком и сажей, одновременно снижая вклад полимеров в повышение вязкости. 

"Учитывая сегодняшний высокий уровень защиты, нет ожидаемой необходимости в повышении рассеивающей способности при низких или высоких температурах для новых технических характеристик североамериканских легковых автомобилей", - сказал Стив Хаффнер из американской компании SGH Consulting в интервью Lubes&n&8217; Смазки. Использование дизельных двигателей в легковых автомобилях значительно сокращается; в 2021 году на долю дизелей приходилось всего 17% продаж новых автомобилей в ЕС. 

"Уровень сажи в масле значительно снижен благодаря устройствам для последующей обработки выхлопных газов", - сказал Хартли. "Более низкий уровень сажи в масле означает, что дополнительная борьба с сажей не требуется".;

Все большее внимание уделяется гибридным двигателям, которые оснащены как двигателем внутреннего сгорания, так и электродвигателем. Сокращение времени работы двигателя или работа при низких температурах в гибридных двигателях могут привести к образованию конденсата и осадка, что дает возможность лучше контролировать дисперсность. 

Что касается жестких дисков, то, по словам Хаффнера, "ожидается, что уровень защиты на сегодняшний день равен или даже выше того, который требуется OEM-производителям в их новых двигателях, поэтому существующих диспергаторов или более оптимизированных версий будет достаточно".” 

Хартли согласился с этим. "Выбросы NOX в настоящее время контролируются селективным каталитическим восстановлением с помощью мочевины, что устраняет необходимость в замедлении газораспределения или использовании системы рециркуляции выхлопных газов в самых современных конструкциях двигателей", - сказал он. "Эти двигатели производят меньше сажи в масле и требуют меньшей дисперсности.” 

Хартли добавил: "Основная причина, по которой степень очистки жестких дисков диспергаторами остается высокой, заключается в том, что они должны быть обратно совместимы с более ранними конструкциями двигателей".;

Спрос на HR-PIB продолжает расти в связи со значительным сокращением использования хлорированных диспергаторов. Гонтлетт прокомментировал: "Для производителей существует проблема, связанная с тем, что хлор сам по себе является высокореактивным токсичным газом, который при довольно низких концентрациях может вызывать раздражение кожи, глаз и дыхательных путей. Поскольку он вступает в реакцию с железом и некоторыми полимерами, для его транспортировки, хранения и производства требуется специальное оборудование.”

Диспергатор VM для картера двигателя уменьшает количество обычного диспергатора в рецептуре для повышения топливной экономичности. Однако для марок с очень низкой вязкостью ВМ требуется практически или вообще не требуется, поэтому степень диспергирования может быть низкой. Потребительская устойчивость к ВМ-диспергаторам сохраняется. Продукция, как правило, уникальна, поэтому безопасность поставок является проблемой наряду с наличием дополнительных запасов ВМ на заводах по производству смесей.

Что касается масел для судовых двигателей, то переход на топливо с низким содержанием серы, более широкое использование дистиллятов и новые конструкции двигателей означают, что применение эффективных диспергаторов приобретает все большее значение. При разработке новых продуктов необходимо учитывать сохраняющуюся потребность в моющих средствах.

Для ATFs экономия топлива также является ключевым фактором, наряду с большей электрической и аппаратной совместимостью электронных трансмиссий. Вязкость становится очень низкой, что ограничивает потребность и возможность использования VM в электронных трансмиссиях.  Однако диспергирующие PMA все еще могут играть определенную роль в обеспечении лучшей защиты от окисления, возможно, при незначительных затратах на повышение электропроводности. Фрикционные свойства также могут потребоваться, если электронная трансмиссия оснащена сцеплениями или синхронизаторами.  

АВИАЦИОННОЕ МАСЛО VICTORY® 100AW

БЕЗЗОЛЬНЫЙ ДИСПЕРГАТОР, ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЕ МОТОРНОЕ МАСЛО С ПРОТИВОИЗНОСНОЙ ПРИСАДКОЙ ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Авиационное масло Phillips 66® Victory Aviation Oil 100AW - это беззольное моторное масло-диспергатор, однокомпонентное моторное масло, предварительно смешанное с соответствующей концентрацией противозадирной присадки (LW-16702), предписанной сервисными бюллетенями Lycoming 446E и 471B и инструкцией по техническому обслуживанию 1409C. Рекомендуется для использования в оппозитно-поршневых и радиально-поршневых авиационных двигателях, где возникает проблема с износом кулачкового механизма.

Существует два основных типа авиационных масел, одобренных FAA, которые используются в поршневых двигателях самолетов авиации общего назначения.

1. Минеральные масла прямого действия.

2. Беззольный диспергатор (AD)

Во многих двигателях Lycoming используется чистое минеральное масло для "обкатки" нового, восстановленного или капитально отремонтированного двигателя. Затем операторы должны переключиться на масло AD после завершения "обкатки". В тех двигателях, которые используют чистое минеральное масло после обычного периода обкатки (от 25 до 50 часов), более поздний переход на масло AD следует производить с осторожностью, поскольку разрыхленные отложения шлама могут засорить масляные каналы. Масляные фильтры необходимо проверять после каждого полета до тех пор, пока не исчезнут скопления осадка.

Двигатели Lycoming, которые необходимо заправлять маслом AD, включают все модели с турбонаддувом, O-320-H и O/LO-360-E.

Поскольку современные беззольные диспергирующие масла, одобренные FAA, уже содержат присадки, которые превосходят обычные минеральные масла, использование дополнительных присадок в двигателях Lycoming было весьма ограничено. Единственной присадкой, одобренной компанией Lycoming, является присадка к маслу Lycoming с каталожным номером LW-16702, которая предотвращает образование царапин и износ. Правила, регулирующие использование этой присадки к маслу, изложены в последних редакциях сервисных бюллетеней 446 и 471, а также в Инструкции по техническому обслуживанию 1409. Эти публикации разрешают использование LW-16702 для всех поршневых двигателей Lycoming, за исключением тех, в которых используется фрикционное сцепление и общая система моторного масла для трансмиссии и сцепления в сборе. Использование LW-16702 требуется в некоторых моделях двигателей. Это модели 0-320-H, O-360-E, LO-360-E, TO-360-E, LTO- 360-E, TIO и TIGO-541.

Чистое моторное масло имеет важное значение для продления срока службы двигателя, и проточный масляный фильтр является дополнительным преимуществом по сравнению со старыми методами фильтрации. Как правило, опыт эксплуатации показывает, что использование внешних масляных фильтров может увеличить время между заменами масла при условии замены фильтрующих элементов при каждой замене масла. Однако эксплуатация в запыленных помещениях, в холодном климате и при нечастых полетах с длительными периодами простоя потребует пропорционально более частой замены масла, несмотря на использование масляного фильтра. Масло и масляный фильтрующий элемент следует регулярно заменять через каждые 50 часов работы двигателя, а фильтр следует вскрывать, чтобы проверить материал, попавший в фильтр, на наличие признаков внутренних повреждений двигателя. В новых или недавно отремонтированных двигателях могут быть обнаружены мелкие частицы металлической стружки, но они не представляют опасности. Металл, обнаруженный после первых двух или трех замен масла, следует рассматривать как признак возникновения серьезной проблемы и провести тщательное расследование. Масляный фильтр не удаляет из масла такие загрязнения, как вода, кислоты или свинцовый осадок. Эти загрязнения удаляются при замене масла.

Масляный фильтр еще более важен для двигателей с высокой компрессией или большей мощностью. Некоторые авиастроительные компании добились больших успехов в разработке небольших четырехцилиндровых двигателей с низким уровнем сжатия без использования проточного фильтра. Вообще говоря, эти двигатели также способны обеспечить ожидаемый срок службы после капитального ремонта при условии постоянной замены масла, а также эксплуатации и технического обслуживания в соответствии с рекомендациями производителя планера и двигателя.

В последней редакции Инструкции по техническому обслуживанию Lycoming 1014 даны рекомендации по смазочным маслам, интервалам замены масла и обкатке двигателя. Пилоты и механики должны знать, какой вес, тип и марка масла используются в обслуживаемом двигателе. При каждой замене масла эта конкретная информация должна записываться в бортовой журнал двигателя. За исключением случаев, когда это является временной мерой в экстренных случаях, не следует смешивать различные масла. Постоянное неразборчивое смешивание масел может привести к проблемам с высоким расходом масла или засорению маслосъемных колец и маслосъемных экранов.

Расход масла - это очень важный показатель работоспособности двигателя, который необходимо отслеживать. Оператор и специалисты по техническому обслуживанию должны знать общую историю потребления масла в течение срока службы двигателя. Для двигателя при установке новых поршневых колец характерно, что расход масла может быть неравномерным или высоким; но после установки колец, как правило, в течение первых 25-50 часов, расход масла должен быть ниже максимальных значений, установленных производителем. Позднее, в течение срока службы двигателя, если в течение 25 часов произойдет заметное увеличение расхода масла, это может быть сигналом возможной опасности и потребовать проведения расследования. Следует внимательно осмотреть маслосъемные сетки и фильтр на предмет наличия следов металла. Обслуживающий персонал должен проверить компрессию цилиндров с помощью оборудования для измерения перепада давления, а также заглянуть внутрь цилиндров с помощью бороскопа или фонаря на гусиной шее, чтобы обнаружить любые необычные условия.