Студенческая научно-исследовательская работа "Сравнение и изучение свойств моторных масел "

Федоров Никита Андреевич студент 2 курса специальности 15.02.10 Мехатроника и мобильная робототехника (по отраслям)

Научный руководитель:

Хафизова Светлана Николаевна, преподаватель физики ГБПОУ «Донецкий политехнический колледж»

Сравнение и изучение свойств моторных масел

Актуальность: Полиалкиленгликолевое? А можно ли вообще заливать в двигатель это диковинное масло? И чем оно отличается от обычной синтетики? Моторные масла — масла, применяемые для смазывания поршневых и роторных двигателей внутреннего сгорания. Они подразделяются на масла для дизельных двигателей, масла для бензиновых двигателей и универсальные моторные масла, которые предназначены для смазывания двигателей обоих типов. Все современные моторные масла состоят из базовых масел и улучшающих их свойства присадок. По температурным пределам масла подразделяют на летние, зимние и всесезонные. По составу базового масла моторные масла подразделяют на: минеральные, синтетические, полусинтетические [1]. . 

Чтобы лучше разобраться в применении моторных масел я решил создать свои рекомендации по выбору масла. На мой взгляд, актуальность этой темы обусловлена тем, что моторные масла обеспечивают экономию топлива, следовательно, и денег автомобилиста.

Цель моего исследования: по итогам работы с информационными ресурсами сделать анализ свойств и спецификации моторных масел.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить материал по теме «Моторные масла»;

- сделать анализ свойств и спецификации моторных масел;

- создать собственные рекомендации по выбору моторного масла.

Объект исследования: моторные масла.

В соответствии с задачами исследования были использованы 

теоретические методы:

-          методы систематизации теоретического материала,

-          исследовательские методы,

-          обобщение накопленного материала,

-          изучение и анализ научной и публицистической литературы по проблеме исследования,

-          моделирование, интерпретация полученных результатов исследования; 

В соответствии с задачами исследования были использованы 

теоретические методы:

-          методы систематизации теоретического материала,

-          исследовательские методы,

-          обобщение накопленного материала,

-          изучение и анализ научной и публицистической литературы по проблеме исследования,

-          моделирование, интерпретация полученных результатов исследования; 

Теоретическая часть

         Минеральные масла – наиболее дешевый тип смазки. Этот состав производится из нефти. В состав такой продукции не входят добавки. В двигателях современных автомобилей этот вариант применяют редко. Это довольно вязкий тип смазок, он не может обеспечить надежную защиту системы в условиях повышенных нагрузок. Зато для автомобилей старого образца, в которых установлен мотор с большим пробегом, этот тип моторных масел незаменим. Другие разновидности могут просачиваться сквозь микротрещины и люфты в системе. Придётся доливать масло постоянно. Минеральные масла не вытекают из системы, обеспечивая её качественное обслуживание [4]. .

 Синтетические моторные масла изготавливают из искусственных компонентов. Каждая молекула такого состава имеет одинаковый размер. Проводя сравнение синтетических моторных масел с минеральными составами, стоит отметить, что это более текучий материал. Он быстро распространяется в системе, способен обеспечить качественную защиту мотора нового образца как при экстремальных нагрузках, так и при низких температурах. В состав синтетики входят специальные присадки, которые улучшают качество работы мотора. Это практически универсальный тип моторных масел, который отличается высокой функциональностью. Такая смазочная продукция подходит для большинства современных двигателей. Недостатком синтетики является её высокая цена. Но зато замену смазки потребуется проводить гораздо реже, чем при использовании минеральных составов [2]. .

 Полусинтетика включает качества обеих разновидностей масел. Это продукция, которая имеет качества как минеральных, так и синтетических составов. Чаще всего применяется в современных моторах с большим пробегом. Стоимость полусинтетики ниже, чем у синтетики, но выше, чем у минеральной смазки [3]. 

Основные свойства масел:

Вязкость. Эта характеристика относится к одной из самых важных. Ведь именно вязкость масел определяет сферу их применения. Важным параметром является нагруженность и степень форсирования мотора. Если рассматривать климатические условия, то существует такая тенденция: чем больше среднегодовая температура окружающего воздуха, тем большая вязкость должна быть. Вязкость подразделяется на статическую и кинематическую. Определяется в лабораторных условиях на специальном оборудовании [1]. 

Зольность. Этот параметр влияет на количество образующихся твердых отложений на рабочих поверхностях двигателя. Чем больше зольность, тем лучше смазка защищает детали двигателя, но тем больше образовывает твёрдых включений при выгорании в цилиндрах. Например, масло моторное, зольные характеристики которого превышают норму, сегодня может стать причиной понижения экологического класса автомобиля, что в развитых странах накладывает определённые ограничения.

Щелочное число. Определяет степень окисляемости, а также косвенно влияет на моющие свойства. Сегодня большинство моторных масел делается низкощелочными для поддержания экологических параметров.

Моюще-диспергирующие свойства. Характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Чем выше моюще - диспергирующие свойства масла, тем больше нерастворимых веществ — продуктов старения может удерживаться в работающем масле без выпадения в осадок, и тем меньше нагаров и лакообразных отложений образуется на поверхности деталей.

Антиокислительные свойства. В значительной степени определяют стойкость масла к старению. Условия работы моторных масел в двигателях настолько жестки, что предотвратить их окисление полностью практически не возможно.

Антикоррозионные свойства.  Зависят от состава базовых компонентов, концентрации и эффективности антикоррозионных, антиокислительных присадок и деактиваторов металлов. Антикоррозионные присадки защищают антифрикционные материалы, образуя на их поверхности прочную защитную пленку. Антиокислители препятствуют образованию агрессивных кислот, а присадки-деактиваторы предохраняют поверхности металлов от коррозионного разрушения.

Противоизносные свойства. Зависят от химического состава базового масла, общего состава присадок и вязкостно-температурных характеристик масла. Это в основном и определяет температурные пределы его применяемости (защита деталей от износа при холодном запуске двигателя и максимальных температурных нагрузках).

Энергосбережение. Загущающие присадки вместе с модификаторами трения – это ингредиенты для получения энергосберегающих масел с маловязкой основой. Такие масла экономят топливо [5].

Практическая часть

Самой частой причиной неисправностей в работе двигателя является некачественное моторное масло. Разберёмся, чем отличается Минеральное масло от Синтетического. Выбирая минеральное или синтетическое масло, нужно знать особенности того и другого. Качественная «минералка» имеет хорошие рабочие характеристики. Её омывающие свойства позволяют удалять нагар и осадок с деталей, хотя не так качественно, как это делает «синтетика». Но, независимо от марки, этому типу смазок свойственен один и тот же недостаток – зависимость вязкости от температуры окружающего воздуха:

·         при температуре -20 °С и ниже жидкость становится тягучей, утрачивает способность к обволакиванию элементов и узлов ДВС. Это приводит к затруднению её фильтрации и серьёзному возрастанию нагрузки на силовой агрегат. Поэтому двигатель, в который залито такое масло, обязательно нужно прогревать перед поездкой;

·         перегрев не менее вреден для минеральных масел. Нагревание более чем до 110 °С приводит к безвозвратному ухудшению рабочих качеств – жидкость становится слишком текучей.

«Синтетика» значительно устойчивее к изменению внешней температуры. Даже на сильном холоде материал не утрачивает первоначальную вязкость, и при езде на непрогретом автомобиле нагрузка на двигатель остаётся в пределах нормы. Недостаток синтетических масел – более быстрое засорение, по сравнению с «минералкой», поэтому замена требуется в среднем в 1,5 раза чаще. Смазочный механизм и масляный фильтр при использовании таких ГСМ также забиваются быстрее. Как видно, разница между синтетическим и минеральным маслом довольно существенная.

Мы разобрались, как отличить минеральное масло от синтетического. Если сравнивать рабочие характеристики, то у синтетических ГСМ они несколько выше. Но это не значит, что если в двигатель залита минеральная смазка, её необходимо менять. Особенно это касается автомобилей с карбюраторными ДВС.

«Минералка» подойдёт для автомобилей с моторами небольшой мощности при эксплуатации в регионах, где температура не опускается ниже -20 °С. «Синтетика» используется в большинстве современных легковушек. В целом, выбирая смазочный материал для авто, нужно опираться на рекомендации изготовителя.

Чтобы показать разницу в маслах, проведём тест нескольких типов моторных масел на морозостойкость. Для опытов выберем масла разных производителей наиболее распространённых групп вязкости по SAE: 10W-40, 5W-40, 0W-40.

Итак, приступаем к низкотемпературным тестам масел на морозостойкость. Разливаем масла в баночки и подписываем. Для начала охладим наши образцы до температуры -20-25°C, это достаточно низкая температура для зимних месяцев. Помещаем образцы в морозильную камеру.

Результаты первого теста обнадёжили. Все масла сохранили хорошую текучесть, 10W-40 чуть погуще (как густой сироп), 5W-40 и 0W-40 пожиже (как жидкий сироп). Все масла одной группы вязкости растекаются примерно одинаково. Эксплуатация двигателя на всех рассмотренных маслах до - 24°C вполне возможна, хотя я не рекомендовал бы применять 10W-40, всё-таки для них такие морозы предельные.

         Теперь посмотрим, как поведут себя наши масла при экстремальных температурах. Замораживаем образцы до - 40°C. Начнём с полусинтетики 10W-40. Результат ожидаемый, испытания экстремально низкими температурами эти масла не выдержали, эксплуатировать их в сильные морозы категорически нельзя. Масла 10W-40 загустели настолько, что не вытекают из перевернутой баночки.

Смотрим, что с маслами группы вязкости 5W-40. Ситуация уже получше, но всё равно эти масла очень сильно загустели, но сохранили некоторую текучесть и постепенно растекаются.

Хуже всех из масел группы 5W-40 показало себя масло Totachi. Перевернув баночку, видим, что масло какое-то время даже не вытекало, в то время как с маслами Mannol и Лукойл такого не было.

Наконец, мы добрались до нашего эталонного образца, масла Mobil 1 SAE 0W-40. Оно должно было продемонстрировать самые лучшие низкотемпературные свойства из нашей коллекции. Так оно и вышло, но температура -40°C не прошла даром и для этого масла. После глубокой заморозки оно приобрело консистенцию свежего жидкого меда, но сохранило в целом неплохую текучесть, двигатель на нём можно запускать и в сильный мороз.

Выводы:

1. Все протестированные масла подтвердили заявленные низкотемпературные свойства. Т.е. они соответствуют указанным на этикетках группам вязкости по SAE.

2. До -20°C все масла сохраняют более-менее нормальную текучесть и не нанесут вреда двигателю при холодном пуске. Естественно, чем ниже первая цифра, тем текучесть лучше.

3. Не все масла в пределах одной группы ведут себя совершенно одинаково. Например, в группе масел 5W-40, наихудшей текучестью обладало масло Totachi, наилучшей — Лукойл. Mannol — крепкий середнячок.

4. На удивление неплохие результаты продемонстрировало масло Lukoil при относительно невысокой цене. А если так, зачем переплачивать за импортное масло?

5. Масло с вязкостью 0W-40 подтвердило своё первенство в низкотемпературном тесте.

Список литературы

1. Власов, В. Г. Физико-химические свойства нефтей и нефтепродуктов : учебное пособие / В. Г. Власов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 216 с. - ISBN 978-5-9729-0620-8.

2. Елфимов, В. И. Основы общей химии: учебное пособие / В. И. Елфимов. — 2-е изд. — Москва : ИНФРА-М, 2019. — 256 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-5-16-010066-1.

3. Иртуганова, Э. А. Химия и контроль качества эксплуатационных продуктов : учебник / Э. А. Иртуганова, С. Ю. Гармонов, В. Ф. Сопин. - Москва : ИНФРА-М, 2019. - 528 с. — (Высшее образование).

4. Карташевич, А. Н. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости : учеб. пособие / А.Н. Карташевич, В.С. Товстыка, А.В.  Гордеенко ; под ред. А.Н. Карташевича. — Минск : Новое знание ; Москва : ИНФРА-М, 2019. — 421 с. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).

5. Мигаль, В. Д. Методы технической диагностики автомобилей : учебное пособие / В.Д. Мигаль, В.П. Мигаль. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2022. — 417 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).