Что означает зольность в моторном масле
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.
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.
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 —
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.
Специально для DRIVE2.RU
© Lefravi 2015
Сульфатная зольность масла. На что влияет этот параметр?
Большинство автомобилистов ориентируется в базовых маркировках моторных масел, таких как вязкость по SAE, класс по API или ACEA. Однако по поводу такого показателя, как сульфатная зольность, помимо часто встречающихся правильных предположений, встречается и несколько ошибочных мнений. О том, что такое зольность масла и на что влияет этот показатель, расскажем ниже.
Понятие сульфатной зольности и градация масел по этому параметру
Сульфатная зольность – это содержание в процентах от общей массы смазочного материала различных твёрдых органических и неорганических соединений, образующихся после сжигания масла. Именно этот параметр учитывается сегодня чаще всего, хотя существуют и другие разновидности зольности, рассматриваемые при исследовании смазок.
Сульфат – это по определению соль серной кислоты, химическое соединение, имеющее в своём составе анион –SO4. Эта часть названия пошла от метода подсчёта золы в моторном масле.
Исследуемую на зольность смазку в лабораторных условиях сжигают при высоких температурах (около 775 °C) до образования твёрдой однородной массы, а затем обрабатывают серной кислотой. Полученное многокомпонентное вещество снова прокаливают до тех пор, пока его масса не перестанет уменьшаться. Этот остаток и будет той золой, которая является несжигаемой и будет оседать в двигателе или системе выпуска. Её массу соотносят с изначальной массой опытного образца и подсчитывают процентное соотношение, которое и является единицей измерения сульфатной зольности.
Сульфатная зольность масла – это в общем случае показатель количества противоизносных, противозадирных и других присадок. Изначально зольность чистой масляной базы, в зависимости от природы её происхождения, обычно не превышает 0,005%. То есть на один литр масла приходится всего 1 мг золы.
После обогащения присадками, содержащими кальций, цинк, фосфор, магний, молибден и другие химические элементы, сульфатная зольность масла значительно возрастает. Повышается его способность при термическом разложении создавать твёрдые, несгораемые частицы золы.
Сегодня классификация по ACEA предусматривает три категории смазочных материалов по показателю зольности:
Существует международная договорённость, согласно которой содержание золы в современных маслах не должно превышать 2%.
На что влияет сульфатная зольность?
Высокая сульфатная зольность говорит о богатом пакете присадок. Как минимум, в маслах с высокой зольностью большое содержание моющих (кальциевых), противоизносных и противозадирных присадок (цинково-фосфорных). Это означает, что более обогащённое присадками масло при прочих равных (одинаковой базе, сходных условиях эксплуатации, равных интервалах замены) будет надёжнее защищать мотор при высоких нагрузках на него.
Сульфатная зольность напрямую определяет количество образовывающихся в двигателе несгораемых, твёрдых частиц золы. Не путать с сажевыми отложениями. Сажа, в отличие от золы, способна выгорать при высоких температурах. Зола – нет.
Зольность в большей мере влияет на защитные и моюще-диспергирующие свойства моторного масла. Эта характеристика косвенно связана с другим важным оценочным критерием моторных масел: щелочным числом.
Какая зольность масла лучше для двигателя?
Сульфатная зольность – это неоднозначная характеристика моторного масла. И воспринимать её как только положительную или только отрицательную нельзя.
Повышенное содержание сульфатной золы приведёт к следующим негативным последствиям.
Подводя итог, можно сказать так: повышенная зольность масла для простых двигателей, без катализаторов и сажевых фильтров, – это скорее хорошо, чем плохо. Но для современных моторов классов ЕВРО-5 и ЕВРО-6, оснащённых сажевыми фильтрами и катализаторами, высокая зольность приведёт к ускоренному износу этих дорогих агрегатов авто. Для экологии тенденция такая: чем ниже зольность, тем меньше загрязняеться окружающая среда.
Сага о масле. Глава 5. Мифы про зольность. Ч.2
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, например:
АСEA А1/В1, A3/В4, А5/В5 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 (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 (люминь мягкий!) имеет то или иное покрытие, которое не любит серу и разрушается.
ZDDP (иногда в лит-ре встречается как ZDTP) – это (сделать вдох) цинка диалкилдитиофосфат. Уникальное вещество, растворимое в масле и использующееся как противоизносная присадка (аntiwear AW), антиоксидантная (antioxidant AO) и EP-additive ( extreme pressure – предельные нагрузки). В общем, есть МИФ-универсал, а это присадка-универсал. ))
ZDDP взаимодействует с оксидной пленкой металла, из которого изготовлены детали двигателя, и образуется сульфид металла в виде стойкой пленки –
Алкилфосфаты кальция – обладают в основном «моющими» свойствами и тоже известны давно – про них например можно прочитать в книге «Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки» аж 1968 года:
А теперь взглянем на результаты анализов малозольного и полнозольного масел, в чем нам поможет oil-club.ru:
Наглядно видно, что снижение зольности достигается за счет меньшего содержания ZDDP примерно на 20% и кальция более чем в два раза.
Нет, делать выводы о том, что нас разводят ради экологии, а проблема износа уходит на второй план, – рано!
Дело в том, что как и в случае с антибиотиком пеницилином, вместо которого сейчас используются цефалоспорины последних поколений и, к примеру, фторхинолоны, присадки на основе металлов потихоньку заменяются на т.наз. беззольные присадки. И их придумано уже достаточно много:
И теперь возникает вопрос – насколько они эффективны это раз и насколько долговечны это два – в сравнении с ZDDP?
Ответ уже есть и его знают – нет, не те кто дискутирует на форумах, а те, кто занимается исследованиями в этой области. В частности, одно из последних исследований опубликовано в журнале Tribology International №82 за 2015 год.
Еще раз полюбуемся на наших героев – ZDDP и его беззольных оппонентов:
В тестах участвовали 4 вида масел:
База + 100% ZDDP
База + 80% ZDDP + 20% PFC
База + 80% ZDDP + 20% SSC
База + 80% ZDDP + 10% PFC + 10% SSC
Т.е. три последних это масла с беззольными присадками PFC, SSC и пониженным содержанием ZDDP.
В ходе тестов давались два уровня нагрузки – 54N и более высокая нагрузка 350N.
Тесты показали, что:
= коэффициент трения существенно не отличается, у беззольных чуть более стабилен:
= показатели износа лучше у сочетания ZDDP с беззольными присадками:
…однако при электронной микроскопии не все однозначно:
Увеличение 4000х, нагрузка 54N и более жесткий режим 350N.
…наименьший износ на масле с присадками ZDDP+SSC, остальные плюс-минус лапоть одинаковы.
В целом по результатам всех тестов вывод такой:
…т.е. лучшие противоизносные свойства – у масел с комбинацией зольных и беззольных присадок. Дело в том, что ZDDP образует более разнородную защитную плёнку, а беззольные более гомогенную.
А теперь приведу вам данные экспериментов, проведенных в лабах Кастрола. Там с помощью такого прибора —
…в течение 2 часов исследовали свойства присадок 1) беззольные только с фосфором, 2) беззольные с фосфором и серой 3) классика жанра зольный ZDDP
Как видим, ZDDP в сравнении с беззольными фосфатами дает бОльшую толщину пленки (до 120 нм) и причем делает это быстрее, в течение пары минут, в то время как беззольные врабатываются медленнее и создают защитный слой толщиной максимум до 80 нм. В этом кстати есть плюс – чем меньше толщина пленки, тем меньше динамическая вязкость, меньше коэффициент трения (хотя см. выше – разница мизерная) и меньше расход топлива.
И напоследок, еще один факт. Что я все иностранщину вам показываю, есть и наши открытия. Правда, они касаются масел на ПАО:
Здесь говорится про то, что в маслах на ПАО эффективны даже небольшие концентрации присадок и это обусловлено быстрой адсорбцией присадок к металлу, потому что молекулы ПАО (неполярные!) слабо взаимодействуют друг с другом и не мешают частицам присадок преодолевать путь из толщи масла к рабочей поверхности металла.
Таким образом, наука и впрямь не стоит на месте. Все что вы прочитали – строго научные экспериментальные данные, а не словоблудие маркетологов.
А теперь еще раз взглянем на табличку:
Смотрите — аналогично тому что мы видели в научных экспериментах, в малозольном ТопТеке использован пакет присадок 80% ZDDP + 20% беззольных. И никакого обмана нет — по своим противоизносным и другим свойствам такое решение в чем-то не уступает 100% ZDDP, а в чем-то превосходит.
Лично для меня остается открытым только 1 вопрос: насколько живучи беззольные присадки?
И второй вывод по табличке: моющие свойства малозольников ниже, чем у полнозольников. Но возможно беззольная замена кальцию тоже не за горами.
Поэтому,
= если вы перекатали межсервисный интервал более 10 тыс в интенсивном режиме или 15 тыс в обычном,
= если на капельной пробе увидели это:
= если купили авто БУ и не знаете что лили до вас,
= если в авто нет систем нейтрализации типа сажевого фильтра DPF у дизелей, отдельного накопительного нейтрализатора (обычно второй в системе) или систем с мочевиной, то вам нужно поменять масло на полнозольное. при этом трехкомпонентный нейтрализатор прекрасно с ним уживается, вопреки маркетинговым заявлениям — естественно, при отсутствии жора масла
…то можно использовать масла с пониженной зольностью.
Для благодарных читателей визитка
© пециально для DRIVE2.RU
© Lefravi 2015