Зольность масла

Зольность масла характеризуется двумя понятиями: зольность базового масла и сульфатная зольность. Если вкратце, обычная зольность указывает на то, насколько хорошо была очищена базовая основа, на которой будет в дальнейшем изготавливаться конечное моторное масло (то есть, наличие в ней различных солей и несгораемых, в том числе металлических, примесей). Что касается сульфатной зольности, то она характеризует уже готовое моторное масло, в составе которого есть определенное количество присадок, и она указывает как раз их количество и состав (в частности, на вхождение в него солей натрия, калия, фосфора, серы и других элементов).

Если сульфатная зольность будет высокой, то это приведет к образованию на стенках двигателя абразивного слоя, и, соответственно, быстрому износу мотора, то есть, снижению его ресурса. Низкий уровень обычной зольности обеспечивает предохранение системы доочистки выхлопных газов от загрязнений. Вообще, показатели зольности — понятие достаточно сложные, но интересные, поэтому попытаемся разложить все «по полочкам».

Что такое зольность и на что она влияет

Зольность это показатель количества несгораемых примесей. В любом двигателе внутреннего сгорания некоторое количество залитого масла уходит «на угар», то есть, испаряется при высокой температуре когда попадает в цилиндры. В результате на их стенках образуются продукты сгорания, или попросту зола, содержащая разные химические элементы. И именно от состава золы и ее количества можно судить о пресловутой зольности масла. Данный показатель влияет на способность образования нагара на деталях двигателя, а также производительность сажевых фильтров (ведь несгораемая сажа забивает соты). Поэтому она не может превышать отметку 2%. Так как зольностей существует две, то и рассматривать мы их будем по очереди.

Зольность базового масла

Начнем с понятия обычной зольности, как более простого. В соответствии с официальным определением, зольность — это показатель количества неорганических примесей, остающихся от сжигания навески масла, который выражается в процентах к массе испытуемого масла. Это понятие обычно применяют для характеристики масел без присадок (в том числе, базовых), а также различных смазывающих жидкостей, которые не используются в двигателе или в автомобильной технике вообще. Как правило, значение общей зольности находится в пределах от 0,002% до 0,4%. Соответственно, чем этот показатель ниже — тем чище испытуемое масло.

На что влияет зольность? Обычная (или базовая) зольность влияет на качество очистки масла, в котором еще нет присадок. А поскольку в настоящее время практически во всех используемых моторных маслах они присутствуют, то и понятием обычной зольности повсеместно не пользуются, а вместо этого в широком смысле применяют понятие сульфатной зольности. Далее переходим к ней.

Сульфатная зольность

Примеси в масле

Итак, сульфатная зольность (другое название уровень или показатель сульфатных шлаков) — это показатель для определения присадок, в состав которых входят органические соединения металлов (в частности, входящих в их состав солей цинка, калия, магния, кальция, бария, натрия и других элементов). При сгорании масла с такими присадками образуется зола. Естественно, что чем больше их будет в масле — тем больше будет золы. Она, в свою очередь, в двигателе смешивается со смолистыми отложениями (особенно это актуально, если двигатель старый и/или в нем давно не меняли моторное масло), в результате чего образовывается абразивный слой на трущихся деталях. При работе они царапают и изнашивают поверхность, тем самым сокращая ресурс двигателя.

Сульфатная зольность также выражается в процентах от навески масла. Однако для ее определения необходимо провести специальную процедуру с сжиганием и прокаливанием испытуемой массы. И процент берется именно от твердого остатка. При этом в работе используется серная кислота, чтобы из массы вычленить сульфаты. Именно отсюда и пошло название сульфатной зольности. Точный алгоритм выполнения измерений по ГОСТу мы рассмотрим ниже.

Влияние сульфатной зольности

Теперь перейдем к вопросу о том, на что влияет сульфатная зольность. Но перед этим нужно уточнить, что ее понятие напрямую связано с понятием щелочного числа моторного масла. Это значение позволяет установить количество нагара в камере сгорания. Обычно масло попадает туда через поршневые кольца, стекая по стенкам цилиндров. Количество упомянутой золы напрямую влияет на функционирование системы зажигания, а также запуска двигателя в холодную пору года.

Зависимость щелочного числа от времени

Так, сульфатная зольность прямо пропорциональна начальному значению щелочного числа еще не использованного (или только залитого) масла. При этом необходимо понимать, что щелочное число не является абсолютным показателем нейтрализующей способности смазывающей жидкости, и со временем оно падает. Это происходит из-за наличия в топливе серы и других вредных составляющих. И чем некачественнее топливо (больше в нем серы), тем быстрее падает щелочное число.

Обратите внимание, что сульфатная зольность прямо влияет на температуру вспышки моторного масла, в частности, со временем, по мере того, как имеющиеся в его составе присадки выгорают, значение упомянутой температуры снижается. Это также снижает эксплуатационные качества самого масла, каким бы качественным оно не было.

Использование малозольных масел имеет «две стороны медали». С одной стороны их использование оправдано, так как такие составы предназначены для предотвращения быстрого загрязнения систем выхлопа (в частности, оборудованными катализаторами, сажевыми фильтрами, системами EGR). С другой стороны малозольные масла не обеспечивают (снижают) необходимый уровень защиты деталей двигателя. И тут при выборе масла необходимо выбирать «золотую середину» и руководствоваться рекомендациями завода-изготовителя автомобиля. То есть, смотреть на значение зольности и щелочного числа!

Роль серы в образовании золы

Обратите внимание, что показатель обычной зольности моторных масел не имеет никакого отношения к уровню серы в них. То есть, малозольные масла не обязательно будут малосернистыми, и этот вопрос нужно уточнять отдельно. Стоит добавить, что сульфатная зольность также влияет на загрязнение и работу сажевого фильтра (возможность регенерации). Фосфор же постепенно выводит из строя катализатор дожига угарного газа, а также несгоревших углеводородов.

Что касается серы, то она нарушает работу нейтрализатора оксидов азота. К сожалению, качество топлива в Европе и на постсоветском пространстве сильно отличается не в лучшую для нас пользу. В частности, в нашем топливе есть много серы, которая очень вредна для двигателя тем, что смешиваясь с водой при высоких температурах она образовывает вредные кислоты (в основном, серную), которые разъедают детали двигателя. Поэтому для российского рынка лучше выбирать масла с высоким щелочным числом. А как указывалось выше, в маслах, где высокое щелочное число — там и высокая зольность. При этому нужно понимать, что не существует универсального масла, и его нужно подбирать в соответствии с используемым топливом и особенностями двигателя. В первую очередь нужно отталкиваться от рекомендаций завода-изготовителя машины (в частности, ее двигателя).

Чем обусловлено требование к зольности масла

Зола при выгорании масла

Низкий уровень зольности современных масел продиктован экологическими требованиями Евро-4, Евро-5 (устаревшие) и Евро-6, которые действуют на территории стран Европы. В соответствии с ними современные масла не должны сильно забивать сажевые фильтры и катализаторы автомобилей, и выделять в окружающую среду минимум вредных веществ. Также они призваны минимизировать сажевые отложения на клапанах и цилиндрах. Однако на самом деле такой подход резко снижает ресурс современных двигателей, но это также выгодно и для автопроизводителей, поскольку прямо ведет к частой замене машины у автовладельцев на территории стран Европы (потребительский спрос).

Что касается отечественных автолюбителей (хотя это больше относится к отечественному топливу), то в большинстве случаев малозольные масла будут пагубно влиять на вкладыши, пальцы, а также способствовать задиру юбок в двигателе. Однако при малой зольности масел количество отложений на поршневых кольцах будет меньше.

Интересно, что уровень сульфатной зольности у американских масел (стандартов) ниже, чем у европейских. Это обуславливается использованием качественного базового масла, относящихся к 3 и/или 4 группе (изготовленных на основе полиальфаолефинов или с использованием технологии гидрокрекинга).

Забитые сажей соты катализатора

Пару слов про двигателя новых моделей, у которых блоки цилиндров сделаны из алюминия с дополнительным покрытием (многие современные машины от концерна VAG и некоторые “японцы”). В интернете много пишут о том, что такие моторы боятся серы, и это действительно так. Однако в моторном масле количество этого элемента значительно меньше, чем в топливе. Поэтому в первую очередь нужно порекомендовать пользоваться бензином стандарта Евро-4 и выше, а также пользоваться малосерными маслами. Но, помните что, малосерное — это не всегда малозольное масло! Так что всегда проверяйте показатель зольности в отдельной документации, где описаны типичные характеристики отдельно взятого моторного масла..

Изготовление малозольных масел

Необходимость изготовления малозольных масел возникла во многом из-за требований экологичности (пресловутые стандарты Евро-х). При изготовлении моторных масел в них есть (в разных количествах, зависит от многого) сера, фосфор и зола (сульфатной она становится потом). Так, к появлению в составе масел упомянутых элементов приводит использование следующих химических соединений:

• диалкилдитиофосфат цинка (так называется многофункциональная присадка, имеющая антиокислительные, противоизносные и противозадирные свойства);
• сульфонат кальция — детергент, то есть, моющая присадка.

Исходя из этого, производители нашли несколько решений для уменьшения зольности масел. Так, в настоящее время используют следующие из них:

• ввод моющих присадок не в масло, а в топливо;
• использование беззольных высокотемпературных антиоксидантов;
• применение беззольных диалкилдитиофосфатов;
• использование малозольных сульфонатов магния (однако в ограниченных количествах, поскольку это вещество способствует образованию отложений в двигателе), а также моющих алкилфенольных присадок;
• применение в составе масел синтетических компонентов (например, сложных эфиров и стойких к деструкции загущающих присадок, необходимых для обеспечения нужных вязкостно-температурных характеристик и низкой испаряемости, в частности, базовых масел из 4 или 5 групп).

Современные химических технологии позволяют без труда получить масло с любой зольностью. Нужно лишь выбрать состав, оптимально подходящий для конкретного автомобиля.

Нормы уровня зольности

Следующий важный вопрос заключается в определении норм зольности. Сразу стоит оговориться, что они будут зависеть не только от типа двигателя (для бензиновых, дизельных моторов, а также двигателей с газобаллонным оборудованием (ГБО) эти показатели будут отличаться), но и от действующих экологических норм (Евро-4, Евро-5 и Евро-6). В большинстве базовых масел (то есть, до введения в их состав специальных присадок) значение зольности незначительное, и составляет приблизительно 0,005%. А после добавления присадок, то есть, изготовления уже готового моторного масла это значение может достигать грачных 2% которые позволяет ГОСТ.

Нормы зольности моторных масел четко прописаны в стандартах европейской ассоциации автопроизводителей АСЕА, и отклонения от них недопустимы, поэтому все современные (лицензированные) производители моторных масел всегда руководствуются этими документами. Приведем данные в виде таблицы для распространенного ныне экологического стандарта Евро-5, объединяющего значения химических добавок и отдельных действующих стандартов.

Как можно видеть из приведенной таблицы, по американскому стандарту API о зольности судить сложно, и связано это с тем, что в Новом Свете к зольности относятся не так щепетильно. В частности, у них просто указываются, какие в канистрах масла — полно-, среднезольные (MidSAPS). Как таковых малозольных у них нет. Поэтому при выборе того или иного масла нужно ориентироваться в первую очередь на маркировку по АСЕА.

Например, исходя из приведенной информации в соответствии со стандартом Евро-5, который действует и актуален в 2018 году на территории Российской Федерации, то для современного легкового автомобиля на бензине допускается заливать масло С3 по АСЕА (обычно SN по API) — содержание сульфатной золы составляет не более 0,8% (среднезольное). Если говорить о дизелях, работающих в тяжелых условиях, то например, стандарт АСЕА Е4 не допускает превышение 2% содержания сульфатной золы в топливе.

Требования к зольности для машин с ГБО

Что касается машин с газобалонным оборудованием, то для них лучше использовать именно малозольные масла. Это обусловлено химическим составом бензина и газа (неважно, метана, пропана или бутана). В бензине больше твердых частиц и вредных элементов, и чтобы не портить всю систему, и нужно использовать специальные малозольные масла. Производители смазок специально предлагают потребителям так называемые “газовые” масла, предназначенные для соответствующих двигателей.

Однако их существенным недостатком является высокая стоимость, и чтобы сэкономить, можно просто посмотреть характеристики и допуски обычных “бензиновых” масел, и выбрать подходящий малозольный состав. И помните, что менять такие масла нужно по указанному регламенту, несмотря на то, что прозрачность отработки будет значительно выше, чем у традиционных масел!

Метод определения зольности

А как же определяется зольность моторного масла и как понять с какой зольностью масло в канистре? Для потребителя проще всего определить зольность моторного масла просто по обозначениям непосредственно на этикетке емкости. На них уровень зольности, как правило, указывается по стандарту ACEA (европейский стандарт автопроизводителей). В соответствии с ним все реализуемые ныне масла делятся на:

• Полнозольные. Они имеют полный пакет присадок. В английском языке имеют обозначение — Full SAPS. По стандарту АСЕА обозначаются следующими буквами — A1/B1, A3/B3, A3/B4, A5/B5. Зольные примеси здесь составляют порядка 1...1,1% от общей массы смазывающей жидкости.
• Среднезольные. Имеют в своем составе урезанный пакет присадок. Обозначаются как Middle SAPS или Mid SAPS. По АСЕА имеют обозначение C2, C3. Аналогично в среднезольных маслах масса золы будет около 0,6...0,9%.
• Малозольные. Минимальное содержание металлосодержащих присадок. Обозначаются Low SAPS. По АСЕА имеют обозначение С1, С4. У малозольных же соответствующее значение будет менее 0,5%.

Обратите внимание, что в некоторых случаях масла, имеющие по стандарту АСЕА обозначения от С1 до С5, объединяют в одну группу под названием “малозольные”. В частности, такую информацию можно найти в Википедии. Однако это не совсем корректно, поскольку такой подход просто указывает, что все эти смазывающие жидкости совместимы с каталитическими нейтрализаторами, и не более того! На самом же деле правильная градация масел по зольности приведена выше.

.

Стандарты определения зольности

Тестирование разных образцов масла

Существует российский межгосударственный стандарт ГОСТ 12417-94 «Нефтепродукты. Метод определения сульфатной золы», в соответствии с которым любой желающий может измерить сульфатную зольность проверяемого масла, благо для этого не нужно сложное оборудование и реагенты. Существуют также другие, в том числе международные, стандарты определения зольности, в частности, ИСО 3987-80, ISO 6245, ASTM D482, DIN 51 575.

В первую очередь необходимо указать, что ГОСТ 12417-94 определяет сульфатную зольность как остаток после карбонизации образца, обработанный серной кислотой и прокаленный до постоянной массы. Суть метода проверки достаточно прост. На первом его этапе берут определенную массу испытуемого масла и сжигают ее до углистого остатка. Далее необходимо выждать, чтобы получившийся остаток остыл, и обработать его концентрированной серной кислотой. Далее прокалить при температуре +775 градусов по Цельсию (допускается отклонение на 25 градусов в одну и другую сторону) до полного окисления углерода. Получившейся в результате золе дают некоторое время, чтобы она остыла. После этого обрабатывают разбавленной (в равных объемах с водой) серной кислотой и прокаливают при той же температуре до момента, когда ее значение массы не станет постоянным.

Под воздействием серной кислоты получившаяся зола будет сульфатной, откуда, собственно, и пошло ее определение. Далее сравнивают массу получившейся золы и изначальную массу испытуемого масла (массу золы делят на массу сожженного масла). Соотношение масс выражается в процентах (то есть, получившееся частное умножают на 100). Это и будет искомое значение сульфатной зольности.

Что касается обычной (базовой) зольности, то для нее также существует государственный стандарт ГОСТ 1461-75 под названием “Нефть и нефтепродукты. Метод определения зольности”, в соответствии с которым и проверяют испытуемое масло на наличие в нем различных вредных примесей. В связи с тем, что он предполагает сложные процедуры, а тем более для разных веществ, то в данном материале не будем приводить его суть. При желании этот ГОСТ можно легко найти в интернете.

Существует еще один российский ГОСТ 12337-84 «Масла моторные для дизельных двигателей» (последняя редакция от 21.05.2018). В нем четко прописываются значения различных параметров для моторных масел, в том числе для отечественных, используемых в дизельных двигателях различной мощности. В нем указываются допустимые значения различных химических компонентов, в том числе и количества допустимых сажевых отложений.