Присадки к смазочным материалам – Практическое руководство
Специалисты в области смазки часто хорошо знакомы с вязкостью своих смазочных материалов. В конце концов, вязкость - это самое важное свойство базового масла.Исходные параметры подачи смазочного материала и его работоспособность контролируются только на основе вязкости. Однако смазочные материалы - это нечто большее, чем просто вязкость. Понимание роли присадок и их функций в смазочных материалах имеет решающее значение.
Присадки к смазочным материалам представляют собой твердые органические или неорганические соединения, растворенные или суспендированные в масле. Содержание присадок обычно составляет от 0,1% до 30% от объема масла, в зависимости от машины.
ПОЛУЧИТЕ БЕСПЛАТНОЕ РУКОВОДСТВО
Присадки выполняют три основные функции:
Улучшают характеристики существующих базовых масел с помощью антиоксидантов, ингибиторов коррозии, пеногасителей и деэмульгаторов.
Подавляйте нежелательные свойства базовых масел с помощью средств, снижающих температуру застывания и повышающих индекс вязкости (VI).
Придайте базовым маслам новые свойства с помощью противозадирных присадок, моющих средств, дезактиваторов металлов и связующих.
Полярные присадки
Полярность присадки определяется как естественное направленное притяжение молекул присадки к другим полярным веществам, которые вступают в контакт с маслом. Проще говоря, это все, что может растворяться в воде.
Губки, металлические поверхности, грязь, вода и древесная масса являются примерами полярных материалов. К неполярным материалам относятся воск, тефлон, минеральные базовые масла, утиные спинки и водоотталкивающие средства.
Важно отметить, что срок годности присадок также истек. Как только они закончились, они исчезли. Подумайте об окружающей среде, в которой вы работаете, о продуктах, которые вы производите, и о типах загрязняющих веществ.
Все это окружает вас каждый день. Если вы допустите попадание в систему загрязняющих веществ, которые присадки склонны поглощать (таких как грязь, диоксид кремния и вода), они прилипнут к загрязнителям и осядут на дно или будут отфильтрованы, что приведет к истощению вашего пакета присадок.
Полярные механизмы
Существует несколько полярных механизмов, заслуживающих обсуждения, таких как инкапсуляция частиц, эмульгирование водой и смачивание металла.
Инкапсуляция частиц - это когда добавки прикрепляются к поверхности частицы и инкапсулируют ее. К этой категории присадок относятся пассиваторы металлов, детергенты и диспергаторы. Они используются для пептизации (диспергирования) частиц сажи, чтобы предотвратить их агломерацию и оседание, особенно при низких и умеренных температурах.
Это часто встречается в двигателях. Это веская причина для устранения проблем, как только они будут обнаружены, с помощью надлежащей контрольной панели для анализа масла.
Эмульгирование воды происходит, когда полярная головка присадки соединяется с микроскопическими капельками воды. Такие присадки являются эмульгаторами. Подумайте об этом при следующем обнаружении воды в резервуаре.
Несмотря на то, что очень важно удалить воду, определить, где она попала в систему, и устранить ее с помощью метода устранения первопричины, вы также должны помнить, что пакет присадок был поврежден. С точки зрения смазки, это называется истощением присадок. Надлежащий отчет по анализу масла может определить работоспособность оставшихся присадок в смазочном материале.
Смачивание металла - это когда присадки закрепляются на металлических поверхностях, что в точности соответствует их назначению. Они крепятся к внутренней части коробки передач, зубьям шестерен, подшипникам, валам и т.д.
Присадки, которые выполняют эту функцию, - это ингибиторы коррозии, противоизносные и противоэрозионные присадки, средства для придания маслянистости и ингибиторы коррозии.
Присадки AW специально разработаны для защиты металлических поверхностей в экстремальных условиях. Они образуют пластичную, похожую на золу пленку при умеренных и высоких температурах контакта (от 75 до 100 градусов Цельсия).
В экстремальных условиях пленка AW сдвигается с поверхности.
Распространенной противоизносной присадкой является диалкилдитиофосфат цинка (ZDDP). Она снижает риск контакта металла с металлом, который может вызвать нагрев, окисление и негативно повлиять на прочность пленки.
Присадки играют важную роль в смазке машин, независимо от того, улучшают ли они, подавляют или придают новые свойства базовому маслу. Помните, что после использования присадки исчезают, поэтому не забудьте проверить свой пакет присадок.
Виды присадок к смазочным материалам
Существует множество типов химических присадок, которые добавляются в базовые масла для улучшения свойств базового масла, подавления некоторых нежелательных свойств базового масла и, возможно, придания некоторых новых свойств.
Добавки обычно составляют от 0,1% до 30% готового смазочного материала, в зависимости от его предполагаемого использования.
Присадки к смазочным are expensive chemicals, and formulating the right additive package or formulation is a very complex science. Additive selection makes the difference between a turbine oil (R&O) and a hydraulic oil, gear oil, and engine oil.
Существует много типов присадок к смазочным материалам, и выбор в первую очередь зависит от их предполагаемой эффективности. Присадки также подбираются с учетом их смешиваемости с выбранным базовым маслом, совместимости с другими присадками в составе и экономической эффективности.
Некоторые присадки действуют в составе масла (например, антиоксиданты), в то время как другие действуют на поверхности металла (например, противоизносные присадки и ингибиторы коррозии).
Общие присадки к смазочным материалам
К этим общим типам присадок относятся:
Антиоксиданты
Окисление - это общее воздействие кислорода воздуха на наиболее слабые компоненты базового масла. Окисление происходит при любой температуре, но ускоряется при более высоких температурах и в присутствии воды, изношенных металлов и других загрязнений.
В конечном итоге это приводит к образованию кислот (которые вызывают коррозию) и шлама (который вызывает отложения на поверхности и повышенную вязкость). Антиоксиданты (также называемые противоокислителями) используются для продления срока службы масла.
Это специальные присадки, которые используются в процессе замедления реакции окисления, тем самым защищая базовое масло. Они содержатся практически во всех смазочных материалах.
Ингибиторы ржавчины и коррозии
Эти присадки уменьшают или устраняют внутреннюю ржавчину и коррозию, нейтрализуя кислоты и образуя защитный химический барьер, который отталкивает воду от поверхности металла. Некоторые ингибиторы коррозии специально разработаны для защиты определенных металлов. Поэтому в одном масле может содержаться несколько таких добавок. Они содержатся практически во всех маслах и консистентных смазках. Дезактиваторы металлов - это еще один тип ингибиторов коррозии.
Средства, улучшающие индекс вязкости
Средства, улучшающие индекс вязкости, представляют собой полимерные присадки большого объема, которые частично предотвращают разжижение масла (потерю вязкости) при повышении температуры. Этот тип присадок широко используется при смешивании всесезонных масел (таких как SAE 5W-30 или SAE 15W-40).
Они также улучшают текучесть масла при низких температурах, что снижает износ и повышает экономию топлива. Кроме того, улучшители индекса вязкости используются для получения гидравлических и трансмиссионных масел с высоким индексом вязкости для улучшения пусковых и смазочных свойств при низких температурах.
Чтобы наглядно представить, как работает средство для повышения индекса вязкости, представьте его в виде осьминога или спиральной пружины, которая при низких температурах остается свернутой в шарик и практически не влияет на вязкость масла.
Затем, по мере повышения температуры, присадка (или octopus) расширяет свои "щупальца" (увеличивая объем) и предотвращает слишком жидкое растекание масла при высоких температурах. У улучшителей качества масла есть некоторые недостатки. Эти добавки представляют собой крупные полимеры (с высокой молекулярной массой), что позволяет им легко измельчаться или разрезаться на мелкие кусочки деталями машин (под действием сдвигающих усилий). Известно, что зубчатые колеса очень сильно изнашиваются с помощью улучшителей VI.
Постоянное сдвигающее действие добавок VI improvers может привести к существенной потере вязкости, которая может быть выявлена с помощью анализа масла. Вторая форма потери вязкости связана с высокими сдвигающими усилиями в зоне нагрузки на поверхности трения (например, на опорные подшипники).
Считается, что VI-улучшитель теряет свою форму или однородную ориентацию, тем самым частично утрачивая способность к загущению.
Вязкость масла временно снижается в зоне загрузки и восстанавливается до нормальной вязкости после выхода из зоны загрузки. Это свойство действительно помогает снизить расход масла.
Улучшители VI бывают разных типов (чаще всего это сополимеры олефинов). Высококачественные улучшители VI менее подвержены необратимым потерям при сдвиге, чем недорогие улучшители VI низкого качества.
Противоизносные присадки (AW)
Эти присадки обычно используются для защиты деталей машин от износа и потери металла в условиях граничного смазывания. Это полярные присадки, которые прилипают к трущимся металлическим поверхностям. Они вступают в химическую реакцию с металлическими поверхностями при контакте металлов в условиях смешанного и граничного смазывания. Они активируются под воздействием тепла при контакте и образуют пленку, которая минимизирует износ. Кроме того, они защищают базовое масло от окисления и металл от воздействия агрессивных кислот. После того, как эти присадки выполнят свою функцию, они "расходуются", и износ адгезива может увеличиться. Обычно это соединения фосфора, наиболее распространенным из которых является диалкилдитиофосфат цинка (ZDDP).
ZDDP выпускается в различных модификациях - одни предназначены для гидравлических систем, другие - для работы при высоких температурах, характерных для моторных масел. ZDDP также обладает некоторыми антиоксидантными и антикоррозийными свойствами. Кроме того, для защиты от износа также используются другие виды химикатов на основе фосфора (например, TCP). Присадки для защиты от экстремальных давлений (EP) Эти присадки химически более агрессивны, чем присадки AW. Они вступают в химическую реакцию с металлическими (железными) поверхностями и образуют защитную поверхностную пленку, которая предотвращает сварку и заедание относительно шероховатых поверхностей, вызванных контактом металла с металлом (адгезионный износ). Они активируются при высоких нагрузках и, как следствие, при высоких температурах контакта. Они обычно используются в трансмиссионных маслах, придавая им характерный и сильный запах серы. Эти присадки обычно содержат соединения серы и фосфора (а иногда и соединения бора).
Они вызывают коррозию латуни, особенно при высоких температурах, и не должны использоваться в червячных передачах и аналогичных устройствах, где используются металлы на основе меди. Хотя существуют некоторые добавки CP, содержащие хлор, они редко используются из-за проблем с коррозией.
Противоизносные присадки и EP-присадки - это большой класс химических добавок, которые защищают металлические поверхности во время граничного смазывания, образуя защитную пленку или барьер на изношенных поверхностях.
До тех пор, пока между металлическими поверхностями сохраняется гидродинамическая или эластогидродинамическая пленка масла, граничная смазка не возникает, и эти граничные смазочные добавки не требуются для выполнения своей функции.
Когда масляная пленка разрушается и при высоких нагрузках или высоких температурах возникает неровный контакт, эти граничные смазочные присадки защищают изношенные поверхности.
Моющие средства
Моющие средства выполняют две функции: во-первых, они помогают содержать горячие металлические детали в чистоте и без отложений, а во-вторых, нейтрализуют кислотные вещества, образующиеся в масле. Моющие средства в основном используются в моторных маслах и являются щелочными по своей природе.
Они определяют запас щелочности моторных масел, который называется базовым числом (BN). Как правило, это химические вещества, содержащие кальций и магний. Моющие средства на основе бария использовались в прошлом, но сейчас используются редко.
Поскольку эти соединения металлов при сжигании масла оставляют осадок золы, они могут привести к образованию нежелательных остатков при работе при высоких температурах. В связи с проблемой золы многие производители предлагают масла с низким содержанием золы для оборудования, работающего при высоких температурах. Моющие присадки обычно используются в сочетании с диспергирующими присадками.
Диспергаторы
Диспергаторы are mainly found in engine oil with detergents to help keep engines clean and free of deposits. The main function of dispersants is to keep particles of diesel engine soot finely dispersed or suspended in the oil (less than 1 micron in size).
Цель состоит в том, чтобы удерживать загрязняющие вещества во взвешенном состоянии и не допускать их скопления в масле, что минимизирует их повреждение и позволяет удалять их из двигателя во время замены масла. Диспергаторы, как правило, органические и беззольные. Таким образом, их нелегко обнаружить с помощью обычного анализа масла.
Комбинация моющих и диспергирующих присадок позволяет нейтрализовать большее количество кислотных соединений и удерживать большее количество загрязняющих частиц во взвешенном состоянии. Поскольку эти присадки выполняют свои функции по нейтрализации кислот и удержанию загрязняющих веществ во взвешенном состоянии, они в конечном итоге выйдут за пределы своих возможностей, что потребует замены масла.
Пенообразователи
Химические вещества, входящие в эту группу присадок, обладают низким поверхностным натяжением, что ослабляет стенки масляных пузырьков и позволяет пузырькам пены легче лопаться. Они оказывают косвенное влияние на окисление, уменьшая степень контакта воздуха и масла.
Некоторые из этих присадок представляют собой нерастворимые в масле силиконовые материалы, которые не растворяются, а мелкодисперсно диспергируются в смазочном масле. Обычно требуются очень низкие концентрации. Если добавить слишком много антипенной присадки, это может вызвать обратный эффект и способствовать дальнейшему вспениванию и захвату воздуха.
Модификаторы трения
Модификаторы трения обычно используются в моторных маслах и жидкостях для автоматических трансмиссий для изменения трения между компонентами двигателя и трансмиссии. В двигателях основное внимание уделяется снижению трения для повышения экономии топлива.
В трансмиссиях основное внимание уделяется улучшению сцепления материалов сцепления. Модификаторы трения можно рассматривать как противоизносные присадки для снижения нагрузок, которые не активируются под воздействием контактных температур.
Средства для снижения температуры застывания
Температура застывания масла - это приблизительно самая низкая температура, при которой масло остается текучим. Кристаллы парафина, образующиеся в парафиновых минеральных маслах, кристаллизуются (затвердевают) при низких температурах. Твердые кристаллы образуют кристаллическую решетку, которая препятствует вытеканию оставшегося жидкого масла.
Присадки этой группы уменьшают размер кристаллов парафина в масле и их взаимодействие друг с другом, позволяя маслу продолжать вытекать при низких температурах.
Деэмульгаторы
Присадки-деэмульгаторы предотвращают образование стабильной водонефтяной смеси или эмульсии, изменяя поверхностное натяжение масла таким образом, что вода слипается и легче отделяется от масла. Это важная характеристика смазочных материалов, подверженных воздействию пара или воды, так что свободная вода может оседать и легко сливаться в резервуар.
Эмульгаторы
Эмульгаторы are used in oil-water-based metal-working fluids and fire-resistant fluids to help create a stable oil-water emulsion. The emulsifier additive can be thought of as a glue binding the oil and water together, because normally they would like to separate from each other due to interfacial tension and differences in specific gravity.
Биоциды
Биоциды are often added to water-based lubricants to control the growth of bacteria.
Пластификаторы
Пластификаторы are stringy materials used in some oils and greases to prevent the lubricant from flinging off the metal surface during rotational movement.
Чтобы добавки были приемлемы как для производителей смесей, так и для конечных пользователей, они должны быть пригодны для использования в обычном смесительном оборудовании, стабильны при хранении, не иметь неприятного запаха и не быть токсичными по обычным промышленным стандартам.
Поскольку многие из них являются высоковязкими материалами, они, как правило, продаются производителям масел в виде концентрированных растворов в базовом масле-носителе.
Несколько ключевых моментов, касающихся присадок:
Чем больше присадок, тем лучше. Старая поговорка “Если чего-то хорошего мало, то чем больше, тем лучше” не всегда справедлива при использовании присадок к маслу.
Чем больше присадок добавляется в масло, тем больше пользы оно приносит, а иногда и производительность даже ухудшается. В других случаях эффективность присадки не улучшается, но увеличивается срок службы.
Увеличение процентного содержания определенной присадки может улучшить одно свойство масла и в то же время ухудшить другое. Несбалансированность указанных концентраций присадок может негативно сказаться на качестве масла в целом.
Некоторые присадки конкурируют друг с другом за одно и то же место на поверхности металла. При добавлении в масло высокой концентрации противоизносного средства ингибитор коррозии может стать менее эффективным. Результатом может стать увеличение проблем, связанных с коррозией.
Как происходит истощение присадок к маслу
Очень важно понимать, что большинство из этих присадок расходуются в результате:
- “разложение” или расщепление,
- “адсорбция” на поверхности металла, частиц и воды и
- “отделение" в результате отстаивания или фильтрации.
Механизмы адсорбции и разделения включают массоперенос или физическое перемещение добавки.
Что касается многих присадок, то чем дольше масло находится в эксплуатации, тем менее эффективен оставшийся пакет присадок для защиты оборудования.
Когда действие пакета присадок ослабевает, вязкость увеличивается, начинает образовываться осадок, кислоты, вызывающие коррозию, начинают воздействовать на подшипники и металлические поверхности и/или увеличивается износ. При использовании масел низкого качества эти проблемы начнутся гораздо раньше.
Именно по этим причинам всегда следует выбирать высококачественные смазочные материалы, соответствующие соответствующим отраслевым требованиям (например, классификации API по обслуживанию двигателей). Следующая таблица может быть использована в качестве руководства для более глубокого понимания типов присадок и их функций в составе моторных масел.
Из приведенной выше информации очевидно, что большинство масел, используемых для смазки оборудования, содержат большое количество химических веществ. Это сложные смеси химических веществ, которые находятся в равновесии друг с другом, и их необходимо соблюдать.
Именно по этим причинам следует избегать смешивания различных масел и добавления дополнительных присадок к смазочным материалам.
Присадки, используемые после продажи, и дополнительные кондиционеры для масла
Существуют сотни химических присадок и дополнительных кондиционеров для смазочных материалов. В некоторых специализированных областях применения или отраслях промышленности эти присадки могут использоваться для улучшения качества смазки.
Однако некоторые производители дополнительных смазочных материалов предъявляют к своей продукции завышенные и/или недоказанные претензии или не упоминают о негативном побочном эффекте, который может вызвать присадка.
Будьте очень внимательны при выборе и применении этих продуктов, а еще лучше - избегайте их использования. Если вы хотите получить более качественное масло, купите его в первую очередь, а химию предоставьте специалистам, которые знают, что делают.
Часто гарантии на масла и оборудование аннулируются из-за использования присадок, проданных после продажи, поскольку окончательный состав никогда не тестировался и не утверждался. Покупатель, будьте осторожны.
При рассмотрении вопроса об использовании присадок, продающихся после продажи, для решения проблемы целесообразно помнить о следующих правилах:
Правило № 1
Смазка низкого качества не может быть превращена в высококачественный продукт простым добавлением присадки. Покупать готовое масло низкого качества и пытаться улучшить его смазочные свойства с помощью какой-либо специальной присадки нелогично.
Правило №2
Некоторые лабораторные тесты могут быть сфабрикованы таким образом, чтобы получить положительный результат. Некоторые присадки могут сфальсифицировать результаты данного теста, чтобы получить удовлетворительный результат. Часто проводятся многократные испытания на окисление и износ, чтобы лучше оценить эффективность присадки. Затем проводятся реальные испытания в полевых условиях.
ПРАВИЛО №3
Базовые масла могут растворять (переносить) только определенное количество присадки. В результате добавление дополнительной присадки в масло, имеющее низкий уровень растворимости или уже насыщенное присадкой, может просто означать, что присадка выпадет из раствора и останется на дне картера или картерного поддона. Присадка может так и не выполнить свою заявленную или предполагаемую функцию.
Если вы решите использовать присадку, которая была приобретена после продажи, прежде чем добавлять какие-либо дополнительные присадки или кондиционер для масла в систему смазки, примите следующие меры предосторожности:
-
Определите, действительно ли существует проблема со смазкой. Например, проблема загрязнения масла чаще всего связана с плохим техническим обслуживанием или недостаточной фильтрацией, а не обязательно с плохой смазкой или некачественным маслом.
-
Выберите правильную дополнительную присадку или кондиционер для масла. Это означает, что необходимо уделить время изучению состава и совместимости различных продуктов, представленных на рынке.
-
Настаивайте на том, чтобы были представлены фактические данные полевых испытаний, подтверждающие эффективность продукта.
-
Проконсультируйтесь с авторитетной независимой лабораторией по анализу масла. Прежде чем добавлять дополнительную присадку, проведите анализ существующего масла как минимум дважды. Это послужит отправной точкой.
-
После добавления специальной присадки или кондиционера продолжайте регулярно анализировать масло. Только с помощью этого метода сравнения можно получить объективные данные об эффективности присадки.
Применение дополнительных присадок вызывает много споров. Тем не менее, некоторые дополнительные присадки к смазочным материалам действительно снижают или устраняют трение в некоторых областях применения, таких как станкостроение, зубчатые передачи с экстремальным давлением и некоторые гидравлические системы высокого давления.
Как долго будут использоваться беззольные диспергирующие масла для авиационных двигателей?
Когда вас попросят привести пример двигателя с воздушным охлаждением, многие люди назовут Porsche 911 Carrera, известный своим первоклассным шестицилиндровым двигателем с воздушным охлаждением, так называемым "оппозитным" двигателем. Известный многим как "911-й с воздушным охлаждением", последний вариант шестицилиндрового двигателя Porsche с воздушным охлаждением был снят с производства после 1998 модельного года в пользу двигателя с водяным охлаждением. Это один из последних потребительских автомобилей, выпускаемых с двигателем воздушного охлаждения.1, 2
В отличие от этого, авиационная промышленность использует двигатели как с воздушным, так и с водяным охлаждением, даже отдавая предпочтение варианту с воздушным охлаждением в случае авиационных поршневых двигателей. Этот предпочтительный в авиационной промышленности метод охлаждения указывает на причину повсеместного распространения беззольных диспергаторов в авиационных моторных маслах.
Касторовое масло было предпочтительным для авиационных масел в начале эры авиации из-за его хорошей смазывающей способности. Примерно в 1925-1935 годах от этих масел отказались в пользу масел на минеральной основе. В то время эти масла не содержали никаких присадок, и по сравнению с современными двигателями расход масла был чрезвычайно высок, и двигатели требовали регулярной доливки.
Присадки, такие как беззольные диспергаторы, помогают снизить расход моторного масла. Но прежде чем углубляться в важность беззольных диспергаторов в авиационных моторных маслах, важно понять, что такое беззольный диспергатор. Беззольные диспергаторы помогают предотвратить образование металлических отложений в двигателях, которые могут вызвать преждевременное воспламенение и привести к катастрофическим повреждениям двигателя.3 Беззольные диспергаторы удаляют накопившуюся золу из компонентов двигателя, предотвращая образование отложений и чрезмерный износ.
Ассоциация владельцев воздушных судов и пилотов (AOPA) утверждает, что “беззольные диспергирующие масла содержат присадку, которая помогает улавливать мусор и переносить его на фильтр или сито”4. AOPA также заявляет, что “Это очень важное качество, учитывая относительно высокий износ авиационных двигателей и количество загрязнений". кислоты, образующиеся при сгорании, и другие загрязняющие вещества, попадающие через кольца цилиндров и клапаны.” По сути, беззольный диспергатор окружает нежелательный мусор, предотвращая его оседание и приводя к износу и другим повреждениям, таким как преждевременное воспламенение.5
Поршневые двигатели самолетов по многим параметрам отличаются от конструкции современных автомобильных двигателей, в первую очередь по диапазону мощности. Автомобильный двигатель обычно имеет предельную частоту вращения около 6000-7000 оборотов в минуту (об/мин) и редко работает на максимальной мощности более нескольких секунд, в то время как авиационный двигатель обычно выдает максимальную мощность примерно при 2700 об/мин и работает на этом уровне большую часть своей работы, 6 с самым высоким показателем были показатели самолетов времен Второй мировой войны, которые достигали максимума при 3200 оборотах в минуту.
Еще одно отличие заключается в общих целях при разработке этих типов двигателей. В настоящее время автомобильная промышленность сосредоточена на повышении топливной экономичности за счет уменьшения габаритов и обеспечения удобства как для водителей транспортных средств, так и для пассажиров. В отличие от этого, авиационные двигатели ориентированы на надежность и простоту. Ярким примером этого является Lockheed Constellation, самолет времен Второй мировой войны, который был назван “самым безопасным трехмоторным самолетом”, несмотря на его конструкцию с 4 двигателями, поскольку при перелетах за рубеж один из двигателей часто выходил из строя в процессе эксплуатации.
Во время Второй мировой войны двигатели с водяным охлаждением были преимущественно модели V12, в то время как двигатели с воздушным охлаждением были звездообразными, с одной или двумя звездами, с семью-девятью цилиндрами на звезду. Во время Второй мировой войны удельная мощность быстро возросла; авиационные двигатели имели рабочий объем 20-50 литров и часто оснащались турбонаддувом, впервые изобретенным в Германии, а затем наддуваемым союзниками. Октановое число используемого топлива обычно составляло 90 или менее, а во время войны оно возросло до 100 и даже до 150, что резко контрастирует с сегодняшним 100-октановым числом, которое не содержит свинца и серы.
Эти двигатели развивали мощность около 50 л.с. на литр и могли работать с наддувом на 50% за счет впрыска воды и метанола в течение 90 секунд. Сегодня серийные бензиновые двигатели для легковых автомобилей имеют мощность 100-150 л.с./литр, что является значительным достижением в технологии производства двигателей за последнее столетие. Одной из проблем, с которой сталкивались обе стороны во время Второй мировой войны, была надежность двигателя, даже когда он не находился в контакте с противником. Из-за недостаточного технического обслуживания, ограниченных знаний о присадках и, как следствие, преждевременного воспламенения, образовывались сажа и отложения, что вызывало серьезные проблемы. Так появились синтетические моторные масла и функциональные присадки. Базовым маслом, используемым люфтваффе, была смесь беззольного диэфирамба с полиэтиленовым маслом 7, смешанная с противозадирной/противоизносной присадкой "Мезульфол II" (носитель серы). В 1944 году истребители ВВС США P-38, P-47, P-51 и B-25⁸ начали использовать беззольный полипропиленгликоль Bridgestone (Union Carbide). Оба масла были выведены из обращения после Второй мировой войны, но полиалкиленгликоли (PAG) все еще обладают некоторыми самоочищающимися и диспергирующими свойствами.
Сравнение автомобильного двигателя 1960-х годов с современным двигателем показывает некоторые очевидные изменения и прогресс, а сравнение двух авиационных двигателей показывает, что они очень похожи. На рисунках 2 и 3 показано сравнение двух двигателей 1967 и 2015 годов выпуска.
Сравнение автомобильных и авиационных двигателей имеет решающее значение для понимания того, почему беззольные диспергаторы по-прежнему широко используются в авиационных моторных маслах, но редко упоминаются при обсуждении автомобильных моторных масел. Поиск в Google по запросу "беззольный диспергатор" выдаст почти все результаты, связанные с авиационными двигателями и авиамоторными маслами. Передовые технологии, применяемые в новых автомобилях, направлены на то, чтобы как можно дольше поддерживать двигатель в идеальном состоянии и максимально использовать запас топлива в баке, не говоря уже о том, что электромобили не нуждаются в моторном масле. Однако старые конструкции авиационных поршневых двигателей больше похожи на автомобильные двигатели 1960-х годов, в которых в двигателе остаются отложения, и они не предназначены для работы в условиях "как новые" в течение всего срока службы.
В результате производители автомобилей, как правило, рекомендуют полностью синтетический сок средней плотности (сульфатированная зола <0.80 wt.-%) or low SAP (sulfated ash <0.50 wt.-%) oils with complex additive packages, while aircraft manufacturers generally endorse two more basic oils: straight mineral oil and ashless dispersant mineral oil. SAP stands for sulfur, ash and phosphorus. Straight mineral oils (API Groups I-III) are essentially oils produced from a refinery and are often recommended for the break-in period of new aircraft piston engines.
По словам Бена Виссера, вышедшего на пенсию специалиста по смазке AeroShell, “ранее для смазки цилиндров требовалась традиционная обработка твердым хромом, чтобы соответствовать техническим требованиям, а частицы износа действовали как абразив”13. После периода обкатки рекомендации корректируются, чтобы предотвратить появление дополнительных нежелательных отложений. Большинство авиастроителей рекомендуют использовать беззольные дисперсионные масла вместо обычных минеральных масел после обкатки, чтобы удалить излишки металлических частиц и загрязнений.
Несмотря на долговечность этих беззольных масел в поршневых двигателях самолетов, существует одна потенциальная проблема, связанная с длительной эксплуатацией беззольных дисперсионных масел в электрических самолетах. В 2014 году Клаус Ольман установил семь мировых рекордов на своем двухместном автомобиле e-Genius. Они включали рекорд скорости в 142,7 мили в час (229,7 км/ч) и общую дальность полета в 313 миль (504 км). Эти результаты не являются новаторскими в контексте всех летательных аппаратов, но то, что e-Genius выполняет эти задачи, используя в качестве источника питания только электродвигатель и аккумулятор, само по себе является замечательным достижением. 14, 15 Еще более впечатляющим является то, что e-Genius потребляет всего одну пятую часть энергии. энергия, необходимая для преодоления того же расстояния двухместным самолетом, работающим на топливе. 15 Эти результаты многообещающи для будущего электрических самолетов, но что они означают для авиационного топлива?
“Электронный гений” из Штутгартского университета в Германии выглядит как футуристический планер, но существуют и другие, более сложные концепции электрических самолетов. От полностью электрических самолетов до гибридных летательных аппаратов электрификация как видение будущего входит в моду в авиации. Компания Eviation представила свой девятиместный пригородный самолет “Alice” с предполагаемой дальностью полета 600 миль. Airbus представил свой e-fan X, который может перевозить больше пассажиров, а один из двигателей заменен на электромотор мощностью 2 мегаватта. 17 Экспериментальный полностью электрический самолет НАСА X-57 оснащен большими электрическими двигателями на концах крыльев для полета и 12 электродвигателями меньшего размера со складывающимися воздушными винтами для взлета.
Самолеты вертикального взлета и посадки (VTOL) - это еще одна категория электрических самолетов. Они специализируются на региональных воздушных перевозках и соединении городских центров с помощью “городских аэротакси”, поскольку им нужна только посадочная площадка. В качестве примеров можно привести CityAirbus, Daimler Velocopter, Boeing NEXT и Lilium jet.
Очевидно, что мир движется в направлении электрических технологий. Эта технология уже нашла применение в автомобильной промышленности: продажи Chevrolet Volt, Nissan Leaf, Toyota Prius Prime и модельного ряда Tesla растут год от года. 19 Самолеты, подобные e-Genius, также демонстрируют потенциал использования этой технологии в авиационной промышленности, но это не означает, что появление электрических самолетов означает гибель смазочных материалов для авиационных двигателей.
По данным General Aviation News, средний возраст самолетов авиации общего назначения* составляет 50 лет, при этом средний год выпуска приходится на 1970 год. 20 Для сравнения, среднему потребительскому автомобилю всего 12 лет, а средний год выпуска - 2008. 21 Теоретически это означает, что новые функции или правила не будут обязательными до 2032 года. Это затрудняет изменение авиационных технологий, к лучшему это или к худшему. В случае с авиационными моторными маслами это препятствовало внедрению таких технологий, как полностью синтетические масла со сложными пакетами присадок, в авиационную промышленность, но это также помогло беззольным диспергаторам пережить нынешний глобальный интерес к альтернативным видам топлива и более строгие стандарты выбросов.
Очевидно, что между авиацией и электрификацией существует конкуренция. Цель состоит в том, чтобы обеспечить транспортировку без выбросов CO2, и в этом отношении авиация опережает автомобильную промышленность. Стандарт ASTM D7566, ключевая спецификация для традиционного авиационного топлива, в настоящее время содержит семь приложений, которые определяют различные пути получения экологически чистого авиационного топлива (SAF), позволяя получать до 50% SAF из различных источников, таких как ресурсы биомассы и технологические процессы. Это может стать основой для двигателей внутреннего сгорания. Недавно BMW объявила, что одобрила использование 100% возобновляемого дизельного топлива, известного как HVO100. HVO100 - это химическая копия углеводородного дизельного топлива. Porsche продвигает разработку синтетического топлива или электробензина, которые производятся из CO2 и водорода с использованием возобновляемых источников энергии. Другой вариант заключается в смешивании топлива с 33%-ным содержанием гидрогенизированного отработанного растительного масла для получения нефтяного дизельного топлива, как это предложил Volkswagen в случае с R33 BlueDiesel.
В то время как механическая структура авиационных двигателей за последние полвека практически не изменилась, механическая структура автомобильных двигателей претерпела значительные изменения. Несмотря на значительные различия в истории разработки, ожидается, что в ближайшие годы электротехника проникнет в обе отрасли. Хотя это может привести к уменьшению количества используемых смазочных материалов для авиационных двигателей, дальнейшее использование старых самолетов с простыми поршневыми двигателями, скорее всего, приведет к продолжению использования беззольных дисперсных смазочных материалов для авиационных двигателей. Возможно, в ближайшие несколько лет в области беззольных дисперсных смазочных материалов не появится много новых разработок и усовершенствований, но, как и в самолетах, которые они обслуживают, они, вероятно, будут использоваться еще много лет.
