Малозольные масла. Практика применения

7 сентября 2020, Олег ШАКИРОВ

Моторные масла с низким содержанием серы, фосфора и сульфатной зольности появились достаточно давно. Международная классификация Ассоциации европейских производителей автомобилей ACEA выделяет для них специальный класс. Сегодня мы разберемся, на что влияет сульфатная зольность, сера и фосфор в моторных маслах и почему малозольные масла становятся все более востребованными. Разобраться в данном вопросе нам помогут специалисты компании Liqui Moly, ведущего немецкого производителя моторных масел и автохимии.

Сульфатная зольность характеризует масло по количеству металлосодержащих присадок, которые влияют на объем шлаков, образующихся при сгорании топлива. Для установления этого показателя масло в лабораторных условиях нагревают до температуры около 775 °C, получившийся остаток обрабатывают серной кислотой — до тех пор, пока зола не перестанет уменьшаться.

Эта зола содержит соединения фосфора, серы, цинка и других металлов. Высокая зольность может привести к отложениям в двигателе и в выхлопной системе. Но при этом данные химические элементы содержатся в присадках, которые защищают двигатель от износа, моют его, не дают маслу пениться, появляться коррозии, увеличивают срок службы масла и т. д.

Единицей измерения принято считать процентное соотношение несжимаемой золы и изначальной массы масла. Чем выше содержание присадок, тем больше уровень зольности, при этом избыток или низкое содержание металлических компонентов негативно сказывается на работе двигателя. Большое количество отложений может спровоцировать повышение температуры в двигателе либо привести к прогару выпускных клапанов или поршней из-за раннего воспламенения топлива. Фосфор, сульфатная зола и сера способны негативно повлиять на работу систем нейтрализации выхлопных газов.

Малозольные моторные масла при работе в современных двигателях со сложными системами нейтрализации выхлопных газов способствуют уменьшению уровня токсичных веществ почти на 80 %. А это значит, что в скором времени все или почти все владельцы новых автомобилей и производители масел перейдут на малозольные моторные масла, ведь катализаторы для бензиновых двигателей принципиально изменились с 90-х годов.

Так, в современных автомобилях системы нейтрализации отработанных газов могут самоочищаться, сжигая сажу, но справиться с золой, содержащей в себе большое количество твердых несгораемых частиц, не так уж и просто. От этого страдают и ячейки сажевых фильтров, забиваясь отложениями. Существует мнение, что по вине несгораемых частиц в масле образуются царапины на стенках цилиндров. Об этом и о современных малозольных маслах мы поговорили с техническим специалистом Liqui Moly, Алексеем Исаченковым.

— На что влияет сульфатная зольность?

— Существует оксидная зольность и сульфатная зольность. Оксидная зольность относится к компрессорным маслам. Параметр сульфатной зольности для моторного масла косвенно показывает содержание металлосодержащих присадок. Масла разделяются на категории Full SAPS, Low SAPS, Mid SAPS. SAPS (Sulphated Ash, Phosphorus and Sulphur) — это показатель масла по трем параметрам: сульфатная зола, фосфор и сера. Если мы откроем параметры ACEA или свежие API, то в них есть показатель нормирования сульфатной зольности и прописано содержание фосфора и серы.

— Какое масло можно считать малозольным?

— Это зависит от конкретного класса. Например, в классе ACEA С3 допускается не более 0,8 %. Масла называют малозольными, подразумевая, что они относятся к какой-то категории: либо Mid SAPS, либо Low SAPS. Малозольное масло — это не научный и не технический термин.

— Какое масло у Liqui Moly относится к малозольному?

— В первую очередь это серия масел Top Tec, но также масло Low SAPS, Mid SAPS присутствует в сериях Special Tec и Synthoil.

— Малозольные масла появились из-за экологических требований и применения в автомобилях сложных нейтрализаторов и сажевых фильтров?

— Если говорить про масла Low SAPS, то они действительно появились из-за требований к совместимости с системами нейтрализации выхлопных газов. Впервые в истории ограничения в масле коснулись содержания фосфора из-за окислительных нейтрализаторов с платиной. Появились такие катализаторы вследствие введения норм Евро 3. Атомы фосфора при взаимодействии с платиной дают невосстановимые вещества, от чего окислительные катализаторы быстро выходят из строя.

Для современного бензинового двигателя с многокаскадной системой очистки выхлопа необходимо строго малозольное масло. При работе современных дизельных двигателей, где установлен сажевый фильтр, в атмосферу поступает меньшее количество окислов азота. Это связано в первую очередь с тем, что в таких двигателях искусственно снижается температура в камере сгорания и ограничиваются параметры распыла топлива. Побочным продуктом такой работы является образование сажи в выхлопе.

Для таких двигателей желательно применять масло с малым количеством cеры, фосфора и металлосодержащих присадок, поэтому под нож попадают в первую очередь моющие щелочные присадки. Часть щелочных присадок переводится на неметаллическую основу. Они чуть менее стойкие и более дорогие, но если заливать в бак малосернистое дизельное топливо, то нагрузка на масло сильно сокращается.

В современных грузовых автомобилях установлены сажевые фильтры и системы нейтрализации отработанных газов, где используются жидкости AdBlue (более известны как «мочевина»), в результате почти нет проблем по закислению масла, а окислы азота восстанавливаются в выхлопе. Достигается оптимальный режим в камере сгорания, при этом конструкция двигателя нацелена на максимально низкий расход топлива и на достижение максимального КПД без роста выбросов в атмосферу.

В таких двигателях малозольные масла очень долго работают. Есть примеры, где интервал замены масла на грузовых автомобилях составляет 100 тыс. км, но при условии, что режим движения исключительно междугородный. Первой на такой интервал выходила Scania, у которой щелочность масла была выше 16, сульфатная зольность была 1,6 и выше. Это требование производителя, поскольку они устанавливают регламент по замене масла. В свою очередь, в бензиновых двигателях образование окислов азота из-за высокой температуры неизбежно, уже в некоторых странах на бензиновые двигатели стали устанавливать сажевые фильтры.

Отдельно я выделю азиатские автомобильные бренды, где в трехкомпонентных нейтрализаторах для восстановления окислов азота применяется родий (металл платиновой группы), который тоже не любит фосфор. Поэтому в нормах ILSAC фосфор нормируется еще строже, зато не ограничена сульфатная зольность.

В случае выхода из строя многоступенчатых систем нейтрализации выхлопа, стоимость замены сопоставима со стоимостью двигателя. В нашей стране очень редко меняют такие системы, обычно сажевый фильтр и нейтрализатор варварски удаляют из автомобиля. Такое вмешательство в конструкцию автомобиля приводит к побочным последствиям: помимо увеличения выбросов в атмосферу в таких автомобилях увеличивается расход топлива и они склонны к накоплению топлива в моторном масле.

— Почему большинство людей рекомендуют использовать обычные полнозольные масла?

— Моющие свойства маслу обеспечивают щелочные присадки. Почти всегда это различные соединения металлов. Исключением являются щелочные присадки на основе органики, но их применяют достаточно редко из-за высокой стоимости и малой стойкости. Самые массовые моющие присадки — это химические соединения кальция, противоизносные присадки содержат цинк, противозадирные присадки содержат фосфор.

Полнозольное масло лучше моет, лучше защищает от износа, но, правда, само дает больше отложений при попадании в камеру сгорания. Поэтому всегда нормы сульфатной зольности должны быть грамотно подобраны. Для старых автомобилей необходимо масло с высокой щелочностью, а малозольное масло в таких двигателях будет иметь не очень большой срок службы.

Стоит также учитывать регионы, где эксплуатируют автомобиль. В странах, где продают бензин не выше класса Евро 3, стоит сократить интервалы замены масла. Если при такой эксплуатации менять масло раз в 15 тыс. км, то за первую половину пробега кислоты «съедят» щелочные присадки, после чего будет закисляться база, что приведет к образованию шлама в двигателе.

Но бывают исключения. Когда, к примеру, малозольное масло необходимо заливать даже в двигатели старой конструкции, а именно в ситуации, когда в качестве топлива используется газ. В двигателях, переведенных на работу с бензина на газ, меняется характер горения в цилиндрах. Полнозольные масла могут давать очень большое количество отложений в зоне поршневых колец, ведь топливо изначально газообразное и до момента сгорания оно может реагировать по-другому с различными присадками. Поэтому во избежание износа шатунно-поршневой группы лучше использовать любое масло Liqui Moly из серии Top Tec. Можно также использовать масло Optimal 5w-30, которое не является полностью малозольным, но благодаря использованию современного пакета присадок не дает отложений в газовых двигателях. В таких маслах мы на канистре, прямо на этикетке указываем яркую аббревиатуру SNG (компримированный (сжатый) природный газ (метан)) и LPG (сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан)).

— Как малозольные масла влияют на работу современных двигателей?

— Необходимо обязательно выделить проблемы LSPI (Low Speed Pre-ignition), когда речь идет о нежелательном раннем зажигании. Эти проблемы касаются малообъемных двигателей, оснащенных турбокомпрессорами и прямым впрыском топлива. В подобных двигателях опасно заливать масло с большим содержанием кальция. Так, General Motors в своих моделях требует применять dexos 1 Generation 2, и на основе этого допуска вышел стандарт API SN plus. Поэтому правильно подобранное масло помогает предотвратить LSPI. Там, где малозольные масла рекомендуют автопроизводители, без них не обойтись.

— В двигателях с алюминиевыми блоками с никасиловым и алюсиловым покрытием необходимо применять исключительно малозольное масло?

— Изначально эти покрытия применялись в мотоциклетных двигателях, а мотоциклетные масла не отличаются малозольностью. В современных автомобилях лучше не играть с выбором масла. Например, «Мерседес» в легковой линейке AMG и Brabus требует строгого применения масла с допуском 229,5, а это полнозольное масло со щелочью около 10. В таких двигателях процесс горения настроен именно так, чтобы обеспечивать максимальную отдачу мощности, но при этом автомобили должны укладываться в экологические нормы.

Чаще всего мы сталкиваемся с ситуацией, когда потребитель заливает масло, неправильно подобранное к автомобилю или к условиям эксплуатации. Если в автомобиль не внесены изменения в конструкцию, то мы рекомендуем заливать исключительно тот класс масла, который установил автопроизводитель, но, учитывая некоторые регионы эксплуатации в России, иногда мы рекомендуем сократить сроки замены масла по следующим причинам:

1) на рынке еще встречается контрафактное или некачественное топливо. Бывает, что топливо, не предназначенное для автомобилей, попадает на автозаправки и продается как сортовое автомобильное топливо. Мошенники, добавляя в топливо для разной спецтехники различные присадки, умудряются даже получить паспорт качества какого-нибудь НПЗ;

2) в случаях продолжительной работы двигателя на холостом ходу. Это касается зимней эксплуатации. Например, 20 минут такой эксплуатации эквивалентно 100–150 км пробега для автомобильного масла и шатунно-поршневой группы, и к концу межсервисного пробега при такой эксплуатации масло уже не обеспечит должную защиту. Многие автопроизводители даже указывают необходимость сокращать сроки замены масла в 2 раза при длительных прогревах двигателя.

Турбо маслом не испортить?

Первое, что приходит на ум, когда видишь такую рекомендацию: нас опять «разводят»! А почему нет? Популярность турбомоторов растёт — их ставят даже на относительно недорогие машины. А значит маркетологам очень тяжело устоять перед соблазном и не придумать что-то специфическое. Однако статистика неисправностей заставляет задуматься. Именно в двигателях с высоким давлением в конце такта сжатия и непосредственным впрыском возникает одно неприятное явление, которое приводит к серьёзным поломкам. Наблюдаемый эффект не зависит от производителя и марки автомобиля.

Непонятное явление уже успело стать массовым, удостоившись персонального имени — LSPI (Low-speed pre-ignition). Иногда его ещё называют SPI (Stochastic pre-ignition). В обоих случаях речь идёт о нежелательном раннем зажигании.

LSPI — теория и практика

Почему эффект LSPI проявляется именно на турбомоторах с непосредственным впрыском топлива? У них из-за конструктивных особенностей намного меньше времени отводится на смесеобразование, в отличие от моторов с распределённым впрыском (во впускной трубопровод). Ведь у бензина есть возможность перемешаться с воздухом только в камере сгорания. Причём особенно плохо «перемешивание» идёт на низких оборотах (отсюда и Low-Speed — низкоскоростное).

Итак, на малых оборотах впрыснутое в камеру сгорания топливо лишь частично смешивается с воздухом, остатки в виде капель оседают на стенках цилиндра. Точнее, на масляной плёнке, смазывающей стенки цилиндра. При сгорании этого бензомасляного коктейля образуется нагар из сажи и химически активных веществ. И частицы этого нагара как раз и служат детонатором для бомбы разрушительной силы.

Под действием высокой температуры частицы нагара самовоспламеняются и поджигают основной заряд топливовоздушной смеси. И происходит это раньше, чем свеча даст искру: то есть до того, как поршень приблизится к верхней мёртвой точке. В этом и заключается основная опасность преждевременного зажигания. Ударная волна от сгорания смеси толкает поршень, который по инерции ещё идёт вверх. От чрезмерных нагрузок разрушаются не только детали шатунно-поршневой группы, но порой даже блок и его головка.

Причина возникновения LSPI ясна. Однако при чём тут масло? Многочисленные исследования доказали, что именно правильно подобранная рецептура масла помогает предотвратить LSPI. И скорректировав состав пакета присадок, можно «лишить бомбу детонатора». Нагар по-прежнему будет образовываться, но его соединения утратят возможность самовоспламеняться.

Рецепт и лекарство

Одним из первых озаботился новыми требованиями к моторным маслам концерн GM. Это не единственный случай, когда американский гигант становится законодателем «моды» — вспомните, например, жидкость Dexron для автоматических коробок передач и гидроусилителей руля.

Установив, что состав пакета присадок может как провоцировать возникновение LSPI, так и предотвращать его, GM совместно с производителями присадок разработал соответствующий допуск DEXOS 1 GEN2. Масло с таким допуском можно безбоязненно заливать в моторы, склонные к LSPI.

Чуть позже группа автопроизводителей — Ford, Toyota, Mitsubishi, Honda, Nissan и Mazda — обратились в Американский институт нефти API (American Petroleum Institute) с просьбой создать собственный стандарт масел для легковых автомобилей с турбомоторами. В итоге с 1 мая 2018 года API ввёл в действие новую спецификацию — API SN Plus.

Спецификация API SN Plus создавалась как раз для предотвращения эффекта LSPI. Требовалось внести коррективы в рецептуры присадок моторных масел под специфику работы турбомоторов с непосредственным впрыском топлива. При формировании нового присадочного комплекса учитывали, что кальций как компонент моющих присадок серьёзно усиливает эффект LSPI, и его заменили на магний. А цинк снижает вероятность взрыва, и его количество увеличили. Основное изменение — добавление теста на преждевременное воспламенение смеси в цилиндре. Кроме того, изменена методика тестов на окислительную стойкость, чистоту поршней, совместимость с системами снижения токсичности, защиту от отложений и от низкотемпературного износа клапанов, а также на топливную экономичность. При этом тесты на испаряемость, стабильность на сдвиг и защиту ­турбокомпрессоров не поменялись.

Готовый рецепт

Примером моторного масла, полностью соответствующего стандарту API SN Plus и обладающего допусками DEXOS 1 GEN2, является Motul 8100 Eco-lite 5W30. Это стопроцентная синтетика, специально разработанная для мощных бензиновых моторов, оснащённых турбонаддувом и непосредственным впрыском. Высокотемпературная вязкость HTHS (High Temperature High Shear Rate) такого масла составляет всего 2,9 мПа∙с — что позволяет отнес­ти его к энергосберегающим продуктам. Данное масло рекомендовано для применения в автомобилях Chrysler, Dodge, Ford, Honda, Hyundai, Infinity, Kia, Lexus, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Suzuki, Subaru и Toyota с бензиновыми моторами. Само собой, предварительно необходимо свериться с инструкцией к автомобилю. Последнее слово всегда остаётся за производителем машины.

API SN Plus обладает обратной совместимостью с предыдущим API SN. Иными словами, масла более высокой группы качества можно использовать в автомобилях прежних лет выпуска с менее жёсткими требованиями к расходным материалам. Важно, что в турбомоторах с непосредственным впрыском топлива, произведённых до 2018 года, применение нового стандарта спецификации API SN Plus крайне желательно.

Как уже отмечалось, масло с изменённым пакетом присадок может выступать катализатором процесса LSPI, но оно не является единственным необходимым условием для его возникновения. Скорее всего, новые моторы будут проектировать с максимально возможными предосторожностями от возникновения подобного эффекта. Однако до той поры фактически единственным лекарством от подобных неприятностей будут служить только специальные моторные масла стандарта API SN Plus и обладающие ­допуском DEXOS 1 GEN2.