Ниже мы опишем современные способы классификации и области применения.
Начнем с терминологии. Что же, все таки, представляет из себя современное моторное масло?
Моторное масло – это не только смазочный материал для поршневых двигателей внутреннего сгорания. Это важный элемент их конструкции. Моторной масло может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс работы двигателя, только при точном соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым оно подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей. Современные моторные масла – это высоколегированные смазочные материалы очень сложного, тщательно разработанного и сбалансированного состава. Их основой являются минеральные, полусинтетические и синтетические базовые масла.
Вторым необходимым компонентом моторных масел являются присадки, обеспечивающие те или иные функциональные свойства товарного масла или улучшающие свойства базового масла. Суммарное содержание присадок в маслах, как правило, составляет в среднем 15-18 % и более.
В настоящие время все чаще в качестве основы моторных масел используют синтетические компоненты или их смеси с минеральными базовыми маслами. Причина в том, что синтетические моторные масла обладают рядом преимуществ, но они и значительно дороже минеральных.
Чтобы представить, насколько важна роль масла, перечислим его основные функции:
• Обеспечивать чистоту деталей двигателя за счет высоких, диспергирующе-стабилизирующих (нейтральных) и солюбилизирующих (моющих) свойств по отношению к различным нерастворимым загрязнениям;
• Способствовать легкому холодному пуску двигателя, обеспечивать хорошую прокачиваемость при холодном пуске и надежное смывание в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды за счет оптимальных вязкостно-температурных свойств и низкой температуры застывания;
• Отводить тепло от нагретых деталей двигателя, обеспечивать надежную работу двигателя при высоких температурах в зоне цилиндропоршневой группы и в зоне картера за счет высокой термической и термоокислительной стабильности;
• Обеспечивает надежную смазку деталей двигателя при любых режимах его работы за счет высоких антифрикционных, противоизносных и противозадирных свойств;
• Нейтрализация коррозионно-агрессивных компонентов, накапливающихся в процессе эксплуатации двигателя (продукты неполного сгорания топлива, а также воздействия кислорода воздуха и воды на материал деталей двигателя) за счет высоких антикоррозийных и защитных свойств.
При этом масла должны обладать:
• Стойкостью к старению;
• Высокой физической и химической стабильностью при транспортировании и хранении;
• Отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя как в процессе работы, так и при длительных перерывах;
• Совместимостью с материалами уплотнений и катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;
• Малой летучестью, низким расходом на угар (экологичность);
• Малой вспениваемостью при высокой и низкой температурах; энергосберегающими свойствами;
• Низкой токсичностью;
• Биоразлагаемостью.
Чтобы понять, насколько важна масляная циркуляция, представьте, что масляная система двигателя - это как кровеносная система человека, масляный насос - это сердце, масленые каналы - это вены. С давних времен ученые всего мира ищут возможность сделать вечный двигатель, и основой этой вечности должно являться отсутствие трения. Или даже не отсутствие, а максимальное уменьшение этого процесса. Ведь трение это самый разрушительный фактор для любого механизма. Создаются новые технологии, наночастицы которые позволяют уменьшить трение, но устранить разрушительную силу трения полностью пока не удается. Процесс трения сопровождается процессом нагревания, отсюда появляется сложность поиска материала, который способен сопротивляться, находясь между "молотом и наковальней". В случае моторного масла, оно должно сопротивляться нагреву и в тоже время "держать" масляную пленку на трущихся деталях. То есть не гореть и не разжижаться – согласитесь сложная задача. Если учесть, что температурный диапазон в котором работает масло от 0*С до 600*С - на верхнем маслосъемном кольце поршня, то можно представить что происходит с "кровью" двигателя.
Еще одна функция масла – это при морозе не густеть и при жаре не разжижаться, другими словами: масло должно быть СТАБИЛЬНЫМ при любой температуре – что окружающей среды, что внутри, при температуре нагрева охлаждающей жидкости самого двигателя в 90*С.
Вывод прост - современное моторное масло должно обладать шестью основными качествами:
• не гореть при больших температурах;
• не разжижаться;
• стабильно держать масляную пленку на трущихся деталях;
• охлаждать двигатель;
• обладать способностью самоочистки.
Как писали выше, все масла имеют классификации основных трех международных организаций:
API - (American Petroleum Institute)
ACEA – Европейская (Ассоциация европейских изготовителей автомобилей);
ILSAC – Японская совместно с американской (Международный комитет по стандартизации и одобрению смазочных материалов).
Классификация API.
Наиболее известная классификация моторных масел по областям применения и уровню эксплуатационных свойств, используемая в международном масштабе, - классификация API. Она подразделяет моторные масла на две категории. К категориям "S" (Service) отнесены масла для бензиновых двигателей легковых автомобилей, к категории "C" (Commercial) дизельные масла для грузовых автомобилей, тягачей, автобусов, внедорожной строительной и сельскохозяйственной техники. В каждой из этих категорий уровни эксплуатационных свойств масел обозначают первыми буквами латинского алфавита. Введение в классификацию API каждого нового класса было обусловлено существенным ужесточением или изменением требований к эксплуатационным свойствам масел нового поколения.
За время существования классификации в категорию "S" были введены 10 классов масел: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG, SH, SJ и SL, а категорию "C" 11 классов: CA, CB, CC, CD, CD-II, CE, CF, CF-4, CF-2, CG-4 и CH-4.
Универсальные масла, применяемые в дизелях и бензиновых двигателях, обозначают двумя классами разных категорий, например: SJ/CF-4; SF/CD; SH/CF.
По мере обновления парка техники с двигателями внутреннего сгорания, изменением требований к маслам первые классы масел из классификации API исключаются. Так современная классификация содержит два класса масел категории "S" и 6 классов категории "C". Ниже дано краткое описание областей и условий применения моторных масел, содержащихся в классификации API в редакции 2002 года.
Классификация моторных масел по API в редакции 2002 года.
Категория Service
SJ Масла для бензиновых двигателей, отвечающие высоким требованиям в отношении расхода масла в двигателе, энергосберегающих свойств (экономии топлива) и способности выдерживать нагрев, не образуя отложения. Это позволяет эффективно эксплуатировать двигатели автомобилей, выпущенных в 1997 году и ранее, хотя масла данной категории предназначены для двигателей автомобилей, выпущенных до 2011 года.
SL Масла, предназначенные для бензиновых двигателей, выпущенных в 2001 году, обладающее существенно улучшенными антиокислительными, противоизносными, моющими и энергосберегающими свойствами. Согласно планам разработчиков новых классов масел, следующий класс в категории "S" будет введен в 2004 году.
Категория Commercial
CF Масла, предназначенные для дизелей внедорожной техники, имеющих раздельную камеру сгорания и работающих на топливе с повышенным содержанием серы (от 0,5 % и более).
CF-4 Масла, предназначенные для четырехтактных дизелей грузовых автомобилей, осуществляющих перевозки по автострадам. Обладают лучшими моющими свойствами, чем масла класса СЕ, и могут заменять их в дизелях, выпущенных до 1990 года.
CF-2 Масла, предназначенные для двухтактных дизелей транспортных средств, заменяют масла класса CD-II, так как обладают лучшими моющими и противоизносными свойствами.
CG-4 Масла, предназначенные для четырехтактных дизелей внедорожных машин и грузовых автомобилей, выполняющих по токсичным выбросам нормы, установленные в США 1994 года. В сравнении с маслами класса CF-4 обладают лучшими моющими, противоизносными, антикоррозийными свойствами, меньшей вспениваемостью при высокой температуре и хорошо сочетаются с малосернистыми дизельными топливами (содержание серы менее 0,05%). Заменяют масла CF-4 в ранее выпущенных двигателей.
CH-4 Масла, предназначенные для четырехтактных дизелей грузовых автомобилей и внедорожной техники, выполняющих по токсичным выбросам нормы, введение в США с1998 года. В сравнении с маслами класса CG-4 обладают лучшей способностью предотвращать рост вязкости масла даже при большом накоплении в нем сажи. Обеспечивает чистоту составных поршней со стальной головкой и юбкой из легкого сплава, хорошо сочетаются с топливами, содержащими различное количество серы. Заменяют масла CF-4 и CG-4 в ранее выпущенных двигателях, имеют больший срок службы (пробег до смены масла).
CI-4 Проект (использование в двигателе системы рециркуляции отработанных газов).
Соответствие масла – кандидата требованиям, предъявляемым классификацией API к маслам того или иного класса, обязательно проверяется комплексами лабораторных и моторных испытаний, в ходе которых по установленным критериям оценивают стойкость масла к окислению, его моющие, диспергирующие, противоизносные, антикоррозийные свойства, фильтруемость, вспениваемость при разной температуре.
В комплексы классификационных испытаний включают стандартизованные методы, прошедшие строгую метрологическую проверку.
Необходимо отметить, что при выборе масла для дизелей легковых автомобилей, лучше ориентироваться на европейскую классификацию АСЕА.
Классификация ACEA
Первая европейская классификация моторных масел была разработана ССМС (Комитет изготовителей автомобилей стран Общего рынка). Она действовала до 1996 года, но ссылки на нее еще встречаются в описания масел и инструкциях по эксплуатации автомобилей. С 1996 года введена новая европейская классификация моторных масел, разнообразная ACEA. В состав ACEA входит ведущие автомобилестроительные фирмы. Классификация ACEA содержит единые базовые требования к эксплуатационным свойствам масел, оставляя за каждым членом ACEA право дополнять или ужесточать требования к маслам для двигателей своего производства формируя их в собственных фирменных спецификациях.
С 1 февраля 2002 года ACEA ввела в действие новую классификацию моторных масел. Теперь классификация подразделяет масла на три класса:
• класс А масла для бензиновых двигателей;
• класс В масла для дизелей легковых автомобилей;
• класс Е масла для дизелей грузовых автомобилей.
Возможно введение особого класса моторных масел для двигателей, работающих на природном или сжиженном нефтяном газе (пропан-бутан).
Категории в классах масел обозначаются арабскими цифрами, например: А5, В4, Е2, после которых две цифры обозначают год введения данной категории. Если после года введения указан дополнительный номер выпуска, например А3-98 выпуск 2 (или #2), это говорит о том, что для сертификации масел данной категории использован новый метод испытаний, но без изменений жесткости требований.
Классификация ACEA в редакции 2002 года представлена ниже. Следует особо отметить, что масла категории Е5-02 сопоставимы с новейшими американскими дизельными маслами класса СН-4, по API. Одна из целей их введения в классификацию ACEA глобализация требований к маслам в США, Европе и Японии. Первая всемирная классификация дизельных масел обозначена GLOBAL DHD-1 и введена в действие в 2001 году.
Классификация моторных масел ACEA в редакции 2002 г.
Класс ACEA - А
Категория ACEA - А1-02
Предназначены для бензиновых двигателей, в которых возможно применение масел, снижающих трение, энергосберегающих, маловязких при высокой температуре и высокой скорости сдвига (2.6-3.5 мПа*с). Могут быть непригодны для некоторых двигателей. При применении необходимо руководствоваться инструкциями по эксплуатации и справочниками.
Категория ACEA - А2-96 выпуск 3
Предназначены для широкого применения в большинстве умеренно форсированных двигателей, работающих с нормальным интервалом между сменами масла. В высокофорсированных двигателях применять не следует.
Категория ACEA - А3-02
Стойки к деструкции. Предназначены для высокофорсированных двигателей и/или для эксплуатации при увеличенных интервалах между сменами масла по рекомендациям изготовителей двигателей, и/или для всесезонного применения маловязких масел, и/или для эксплуатации в тяжелых условиях, определяемых изготовителями двигателей.
Категория ACEA - А4-хх
Предназначены для будущих бензиновых двигателей с непосредственным впрыскиванием топлива.
Категория ACEA - А5-02
Стойки к деструкции. Предназначены для высокофорсированных двигателей, в которых возможно применение масел, снижающих трение, энергосберегающих, маловязких (2.9-3.5 мПа*с) при высоких температуре и скорости сдвига. Могут быть непригодны для некоторых двигателей. При применении необходимо руководствоваться инструкциями по эксплуатации и справочниками.
Класс ACEA - В
Категория ACEA - В1-02
Предназначены для легковых автомобилей и фургонов с дизелями, конструкция которых позволяет применить масла, снижающее трение, энергосберегающих, маловязких (2.6-3.5 мПа*с) при высоких температуре и скорости сдвига. Могут быть непригодны для некоторых дизелей. При применении необходимо руководствоваться инструкциями по эксплуатации и справочниками.
Категория ACEA - В2-98 выпуск 2
Предназначены для широкого применения в большинстве дизелей легковых автомобилей и фургонов (преимущественно с разделенной камерой) с нормальном интервалом между сменами масла. Могут быть непригодны для высокофорсированных двигателей.
Категория ACEA - В3-98 выпуск2
Стойки к деструкции. Предназначены для дизелей легковых автомобилей и фургонов высокой степени по рекомендации изготовителей дизелей, и/или для всесезонного применения маловязких масел, и/или для эксплуатации в тяжелых условиях, определяемых изготовителями дизелей.
Категория ACEA - В4-02
Стойки к деструкции. Предназначены для дизелей с непосредственным вспрыскиванием топлива, устанавливаемых на легковые автомобили и фургоны. Могут быть использованы в условиях, описанных в категории В3-98 выпуск 2.
Категория ACEA - В5-02
Стойки к деструкции, долгоработающие. Предназначены для дизелей легковых автомобилей и фургонов, конструкция которых позволяет применять масла, снижающие трение, энергосберегающие, маловязкие (2.9-3.5 мПа*с) при высоких температуре и скорости сдвига. Могут быть непригодны для некоторых дизелей. При применении необходимо руководствоваться инструкциями по эксплуатации и справочниками.
Класс ACEA - Е
Категория ACEA - Е2-96 выпуск 4
Предназначены для широкого применения в дизелях без наддува и с турбонаддувом, устанавливаемых на грузовые автомобили, работающие в средних или тяжелых условиях, и, как правило, с нормальным интервалом между сменами масла.
Категория ACEA - Е3-96 выпуск 4
С высоким уровнем моющих свойств: препятствует полировке цилиндров, изнашиванию и росту вязкости от накопления сажи; стойки к старению. Предназначены для дизелей, удовлетворяющих требованиям Евро-1 и Евро-2 по эмиссии токсичных веществ и работающих в тяжелых условиях. Могут работать с увеличенными интервалами между сменами масла, согласно рекомендациям изготовителей дизелей.
Категория ACEA - Е4-99 выпуск 2
Стойки к деструкции, обеспечивают лучшую чистоту поршней, меньший износ и рост вязкости при накоплении сажи в сравнении с маслами категории Е3-96 выпуск 4. Предназначены для высокофорсированных дизелей грузовых автомобилей, удовлетворяющих требованиям Евро-1, Евро-2 и Евро-3 по эмиссии токсичных веществ и работающих в особо тяжелых условиях с увеличенными интервалами между сменами масла, согласно рекомендациям изготовителей дизелей.
Категория ACEA - Е5-02
Стойки к деструкции, обеспечивают особо высокую чистоту поршней; предотвращают полировку цилиндров, износ и образование отложений в турбокомпрессоре; уменьшают рост вязкости от накопления сажи; более стойки к старению в сравнении с маслами категории Е3-96 выпуск 4. Предназначены для высокофорсированных дизелей грузовых автомобилей, удовлетворяющих требованиям Евро-1 , Евро-2 и Евро-3 по эмиссии токсичных веществ и работающих в особо тяжелых условиях с увеличенными интервалами между сменами масла, согласно рекомендациям изготовителей дизелей
Соответствие масел категориям ACEA проверяется специальными комплексами классификационных испытаний, которые содержат указания на методы испытаний и требуемый для данного класса результат испытания по каждому оцениваемому свойству. В числе оцениваемых свойств вязкостные характеристики (по классификации SAE J-300 DEC-99), стойкость к деструкции загущенных масел, вязкость при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, испаряемость, сульфатная зольность, совместимость с резинотехническими изделиями (уплотнения, шланги), вспениваемость. Эти свойства определяют стандартными лабораторными методами. Моторные испытания проводят в полноразмерных автомобильных двигателях (европейского и американского производства)по стандартным методам СЕС (Европейский координационный совет по испытаниям топлив и масел) или ASTM (Американское общество испытания материалов). Моторными методами оценивают антиокислительные, моющие, диспергирующие, противоизносные свойства масел, их расход, фильтруемость, а для энергосберегающих масел – экономию топлива.
Моторные масла, правильно сертифицированные на соответствие классификации ACEA, это всесторонне проверенные продукты. За соблюдением установленных правил проведения испытания моторных масел, их соответствия требованиям ACEA установлен строгий контроль. Для этой цели создана специальная система EELQMS (Европейская система управления качеством моторных масел).
Европейские автомобилестроители в своей классификации моторных масел выделили масла для дизельных двигателей легковых автомобилей и легких транспортных средств в отдельный класс В. Главная причина – существенно различающиеся условия работы моторного масла. Количество масла в системе смазки, приходящиеся на единицу номинальной мощности, в малолитражных дизелях в среднем на 85% меньше, чем в дизелях большого рабочего объема. Следовательно, кратность циркуляции в них больше. В дизелях легковых автомобилей масло подвергается более интенсивному воздействию газов, прорывающихся из надпоршневого пространства в картер. Это обусловлено более высокой частотой вращения и малым диаметром цилиндра (75-85 мм).
Среди дизелей легковых автомобилей преобладают двигатели с разделенной камерой сгорания, в которых образуются частицы сажи больших размеров. Такие частицы сильнее загущают масло, в большей мере ухудшают его противоизносные свойства. Это учитывают компании, выпускающее легковые автомобили с дизелями, имеющими раздельные и нераздельные камеры сгорания. Пробег до смены масла для дизелей с раздельной камерой сгорания обычно меньше.
Классификация ILSAC
Японские и американские автомобилестроители разработали классификацию моторных масел, отвечающих их общим базовым требованиям. Эта международная классификация создана в рамках ILSAC.
В международную классификацию ILSAC введены три класса масел, обозначаемых GF-1, GF-2 и GF-3. По уровням эксплуатационных свойств и областям применения они идентичны маслам классов API SH, SJ и SL соответственно, но в отличии от последних они обязательно являются энергосберегающими. Третий классификационный признак моторных масел – энергосберегающие свойства, под которыми подразумевается способность масла уменьшать расход топлива путем снижения потерь на трение между деталями двигателя (главным образом между поршнями и цилиндрами, шейками коленчатого вала и подшипниками, в механизме газораспределения). Для измерения экономии топлива, получаемой при использовании энергосберегающего масла, разработаны и стандартизованы специальные методы испытаний, в ходе которых двигатели работают попеременно на эталонном, затем на классифицируемом масле и снова на эталонном. Испытываемое масло признается энергосберегающим, если экономия топлива равна или более требуемой величины.
Согласно классификации, ранее принятой в США, энергосберегающим считалось масло, дающее, в сравнении с эталоном, экономию 1.7% и более; если же экономия превысит 2.5% - масло относится к энергосберегающим высокой категории. В последнее время метод испытания масел на экономию топлива пересмотрен, и требуемая величина экономии должна составлять от 0.5 до 1.4% в зависимости от вязкостного класса масла. Для масел новейшего класса API – "SL" – создан новый метод испытания на экономию топлива, и ее величина будет больше. Предусмотрен также контроль сохраняемости энергосбережения при длительной работе масла в двигателе.
Обычно энергосберегающие масла обозначают двумя буквами ЕС (Energy Conserving), которые включает в маркировку масла после указания класса API. Римские цифры после букв ЕС указывают уровень получаемой экономии топлива (ЕС ІІ -2.5% или более).
В европейской классификации моторных масел, принятой ACEA, энергосберегающие масла выделены в самостоятельные категории, имеющие обозначения ACEA А1-02, А5-02, В1-02 и В5-02. При стандартном испытании по европейскому методу эти масла обеспечивают экономию топлива не менее 2.5% в сравнении с эталонным маслом класса SAE 15W-40.
Энергосберегающие масла соединяют в себе преимущества маловязких масел, проявляющиеся в области низких температур, с малыми потерями на трение при граничной смазке. Последние достигается введением в их состав присадок модификаторов трения, которые прочно закрепляются на поверхности трущихся деталей и образуют мягкий "ворс" молекулярных размеров. Он легко деформируется в направлении движения и обеспечивает низкий коэффициент трения при граничном режиме смазки. Свой вклад в экономию топлива вносит временное падение вязкости в зависимости от градиента скорости сдвига. Этот эффект проявляется сильнее при температуре масла ниже оптимальной.
В зависимости от типов двигателей и условий эксплуатации автомобилей, применение энергосберегающих маловязких всесезонных масел, содержащих модификаторы трения, дает в среднем экономию топлива при коротких поездках в городе до 3-5.5% на рейсах средней протяжности (город-пригород) до 2.2-2.8% и на дальних рейсах по благоустроенным дорогам до 2-3%. В зимних условиях экономия несколько больше названных среднегодовых значений.
Одновременное использование энергосберегающих моторных масел в двигателях и энергосберегающих трансмиссионных масел в агрегатах трансмиссий дает увеличение экономии топлива еще на 1.5-2.0%. Во всех случаях речь идет об экономии топлива в исправных автомобилях, которые при работе на обычных маслах не превышают установленные нормы расхода топлива.
Энергосберегающие масла – не рекламный трюк, а реальность, результат использования высоких технологий в производстве моторных масел.
Продолжение следует…