Зольность масла что это
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
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
Сага о масле. Глава 5. Мифы про зольность. Ч.3
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 А1, A3, А5 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.
Миф №2 был — надеюсь — развенчан в записи >>> здесь >> здесь 
2. 2005 г., Shell Internationale Research Maatschappij B.V.
В исследовании участвовало 7 видов масел с разными присадками.
Выделю следующие пункты для сравнения:
1) Ex.1 и Ex.2-5
Присадки в Ex.1 и Comp. Ex.1 содержат серу (сульфонат Са), присадки в Ex.2-5 не содержат серу (салицилаты Са или Mg)
2) Ex.1 и Ex.6
Ex.1 содержит феноловый антиоксидант
Ex.6 содержит аминовый антиоксидант
3) Ex.1 и Comp. Ex.1
Ex.1 содержит феноловый антиоксидант
Comp. Ex.1 вообще не содержит антиоксидантов
4) Ex.1, Ex.6 и Comp. Ex.1 против Ex.2-5
Ex.1, Ex.6 и Comp. Ex.1 – содержание модификатора вязкости меньше (9,6%)
Ex.2-5 содержание модификатора вязкости больше (12%)
Таким образом, в плане старения масла:
1) Ex.1 и Ex.2-5: первый дал больше прирост вязкости, т.е. больше серы — быстрее старение? Нет, сравним по общему содержанию серы Ex.1 и Ex.2 – оно примерно одинаково, значит общая сера ни при чем, скорее дело в конкретных присадках — сульфонатах/салицилатах.
2) Ex.1 и Ex.6: темп старения с разными антиоксидантами одинаковый
3) Ex.1 и Comp. Ex.1: второй (без антиоксиданта!) стареет медленнее
4) Ex.1, Ex.6 и Comp. Ex.1 против Ex.2-5: масла с бОльшим содержанием модификатора вязкости стареют не быстрее, а наоборот.
В плане снижения моющих и нейтрализующих свойств:
К слову, тест VW T4 PV1449 входит в состав испытаний как на допуск VW502, так и на 504, а также мерседесовских MB229.3, MB229.5.
Условия теста можно считать достаточно жесткими, а выводы – приближенными к реальной жизни.
А выводы следующие:
=серуНЕсодержащие присадки могут в эксперименте увеличивать срок службы масла – вероятно, потому что обладают свойствами антиоксидантов (см сравнение Ex.1 и Comp. Ex.1)
=больше модификатора вязкости не значит хуже (но модификаторы бывают разные, и надо учитывать качество самого модификатора)
=чем выше щелочное в свежем масле, тем оно выше по истечении времени в отработке
=без серусодержащих сульфонатов кальция тоже можно получить высокое щелочное в свежем масле
=серуНЕсодержащие моющие присадки с изначально более низким щелочным числом способны поддерживать его выше 5 мгКОН/г даже в тяжелых режимах работы двигателя, но естественно не бесконечно долго.
=антиоксиданты тоже влияют на щелочные свойства
=экспериментально не найдено закономерности между общим содержанием серы и темпом старения масла, думаю, просто в маслах не те концентрации серы, чтобы оказывать такое влияние.
И в конце, по традиции, более общие ИМХО-выводы:
1) масло это многокомпонентная система, изменение даже одного компонента ведет к изменению свойств в целом
2) не столь важны цифИрки в описаниях масел, сколько важен состав и знание взаимодействия между компонентами
3) низкозольные масла появились на рынке после того, как производители присадок доказали эффективность новых составов (класс C появился в классификации ACEA в 2004 году, а требования вступили в силу с 01.11.2006)
4) и главное: нельзя сказать в общем и обо всех, что малозольное масло хуже или лучше полнозольного. Все зависит от состава, условий эксплуатации и т.д. и вообще требует дальнейшего изучения. Так что ответа, какое масло лучше лить, здесь нет, зато какая зарядка для мозга 😉
Специально для DRIVE2.RU
© Lefravi 2015