Автопроизводители уменьшают допуски в двигателях, чтобы повысить экономичность, а производители моторных масел отвечают на это снижением вязкости. Если раньше стандартом было масло SAE 10W-30, то сегодня все чаще используются масла SAE 5W-X или даже 0W-X.

Однако инженеры и разработчики смазочных материалов хорошо знают, что снижение вязкости масла означает и более тонкую масляную пленку. Тонкая пленка создает меньший «буфер» между микронеровностями металлических поверхностей в подшипниках, шестернях, поршнях и цилиндрах. Когда две поверхности движутся относительно друг друга, эти микронеровности могут контактировать между собой, что приводит к трению и износу.

Поэтому возникает вопрос: могут ли производители присадок предложить модификаторы трения для новых поколений низковязких моторных масел, которые позволят сохранить экономию топлива, защиту от износа и другие важные характеристики?

На ежегодной конференции Society of Tribologists and Lubrication Engineers в Атланте были представлены результаты исследований новых присадок на основе молибдена. Ученые исследовали различные типы и взаимодействие таких соединений, чтобы создавать более эффективные моторные масла.

Эффективное использование молибдена

Брайан Кейси, старший химик-исследователь компании Vanderbilt Chemicals (Норуолк, Коннектикут), объяснил, что молибден является ключевым элементом во многих модификаторах трения.

Молибден может быть переработан в триоксид молибдена, из которого затем получают такие соединения, как:

• молибденовый дитиокарбамат (MoDTC)

• эфиры молибдена

Эти вещества широко используются как модификаторы трения. Каждый тип имеет свои преимущества и ограничения.

Кейси описал две стратегии улучшения работы таких присадок:

1. Молекулярное совершенствование отдельных присадок.

2. Комбинирование присадок с различными свойствами для получения оптимального результата.

Например, некоторые присадки лучше работают при высоких температурах, другие – при низких. Также эффективность может отличаться в свежих и отработанных маслах.

Для исследования использовалась установка MTM (Mini-Traction Machine), которая позволяет оценивать коэффициент трения. Во время экспериментов стальной шарик прижимали к стальному диску и строили кривую Страйбека – зависимость трения от условий смазки.

В ходе экспериментов масла также искусственно «старили»: их нагревали до 165 °C в течение 48 часов, чтобы смоделировать примерно 100 часов работы двигателя в тесте Sequence IV.

Было установлено, что молекулы MoDTC адсорбируются на металлических поверхностях и со временем могут разлагаться, образуя дисульфид молибдена (MoS₂). Это вещество формирует на металле так называемую трибопленку, которая существенно снижает трение.

Молибденовые эфиры

На третьем этапе исследований изучались молибденовые эфиры, которые содержат молибден, но не содержат серы.

Эти соединения могут взаимодействовать с серой, которая попадает в моторное масло из других источников, например из:

• присадок ZDDP

• серосодержащих олефинов

В результате образуется тот же MoS₂, который уменьшает трение.

Интересно, что молибденовые эфиры обычно работают лучше в старых маслах, чем в новых. В то время как эффективность органических модификаторов трения часто снижается из-за их разложения.

Результаты исследований трения и износа

Исследователи проводили испытания на установке SRV при нагрузке 80 °C и 2000 N.

Они сравнивали:

• коэффициент трения

• объем износа

в свежих и отработанных маслах.

Было установлено:

• органические модификаторы трения обеспечивали низкий коэффициент трения, но иногда вызывали больший износ;

• смеси молибденовых эфиров с органическими модификаторами демонстрировали лучший баланс между трением и износом.

В четырехшариковом тесте (ASTM D4172) также было показано, что по мере старения масел диаметр пятен износа увеличивается. Но смеси с молибденом давали значительно лучшие результаты.

Влияние разветвленных углеводородных цепей

Другие исследования, проведенные Kenji Yamamoto (Adeka Corp., Япония), показали, что структура молекулы MoDTC также сильно влияет на эффективность.

Было протестировано пять вариантов MoDTC с различными разветвленными углеводородными цепями.

В лабораторных тестах все они снижали коэффициент трения примерно на 55% в режиме скольжения и на 45% в режиме качения-скольжения.

Испытания в двигателях

После лабораторных исследований присадки проверяли в реальных двигателях 1.4 / 2.0 л.

Все тестовые масла SAE 0W-16 с MoDTC снижали трение в двигателе.

В некоторых режимах работы двигателя (700, 1200 и 2000 об/мин) снижение трения даже увеличивалось с ростом доли разветвленных углеводородных цепей в молекуле.

Тесты экономии топлива

MoDTC напрямую влияет на трение, но дает ли это реальную экономию топлива?

Для этого проводились тесты по стандартам:

• NEDC (New European Driving Cycle)

• WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure)

Испытания выполнялись на реальном автомобиле на стенде-динамометре.

Результаты показали:

• в цикле NEDC экономия топлива составила 0,23%;

• в цикле WLTP – 0,62%.

На первый взгляд это небольшая цифра, но она может составлять до 10% общего преимущества экономичности масла.

Вывод

Исследования показывают, что молибденовые присадки могут значительно улучшать работу современных моторных масел.

Они:

• снижают трение

• уменьшают износ деталей

• помогают повысить экономию топлива

Особенно эффективными являются комбинации молибденовых соединений с органическими модификаторами трения, которые обеспечивают оптимальный баланс характеристик как в новых, так и в отработанных маслах.