Масла для двигателей. Моторные масла. Виды масел. Обозначения. Присадки. Обсуждение моторных масел

Моторное масло — это своего рода «кровь», без которой ни один двигатель не способен работать.

Моторное масло выполняет следующие функции:

1. Смазка всех движущихся частей с целью защиты их от износа.
2. Охлаждение двигателя.
3. Смазка поршневых колец.
4. Очистка двигателя от загрязнений и «связывание» их во взвешенном состоянии до момента слива отработанного масла из двигателя.
5. Нейтрализация кислот, образующихся в процессе сгорания топлива.
6. Снижение потерь на трение.
7. Защита от коррозии.

Общие сведения о моторных маслах

Моторные масла – высо­котехнологичный, сложный и тонко сбалансированный по составу смазочный материал, выполняющий в двигателе целый ряд функций:

• разделение движущихся деталей
• охлаждение горячих поверхностей
• смывание и удаление загрязнений
• защита от коррозии

Пленка масла, разделяющая детали и обеспечивающая легкий пуск двигателя при низкой температуре, должна сохраняться и на горячих деталях. Наличие пленки в основном определяет противоизносные свойства, а в местах ее разрыва вступают в действие антизадирные присадки. Пленка масла, нанесенная на стенки цилиндра в ходе сжатия, первой встречает фронт пламени на рабочем ходу и защищает поверхностный слой металла от термического удара.

Использование недостаточ­но качественного моторного масла ведет к образованию в камере сгорания отложений из частиц кокса (результат неполного сгорания топлива) и смолистых веществ (терми­ческое разложение остатков масла). Отложения вызывают сбой зажигания, а также заполняют канавки на поршне, что уменьшает подвижность поршневых колец. В дальнейшем под воздействием тепла отло­жения твердеют, происходит залегание или расклинивание колец. В результате они не прилегают к стенкам цилиндра и не обеспечивают компрес­сию в цилиндрах, мощность падает, усиливается прорыв газов в картер, растет расход масла. Расклинивание колец вызывает интенсивный износ цилиндропоршневой группы. Возможно также образование черного шлама в самом масле, способствующего закупо­риванию фильтров и масляных каналов.

Наиболее известная классификация моторных масел по областям приме­нения и уровню эксплуатационных свойств, используемая в международном масштабе, – классификация API (American Petroleum Institute). Она под­разделяет моторные масла на две категории. К категории «S» (Service) отнесены масла для бензиновых двигателей легковых автомобилей, к категории «С» (Commercial) – дизельные масла для гру­зовых автомобилей, тягачей, 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 требований к эксплуатационным свойствам масел нового поколения.

Ресурс, надежность и безопасность эксплуатации современных транспортных средств в большой степени зависят от качества и свойств применяемых смазочных материалов.

Моторные масла – это масла, предназначенные для поршневых двигателей внутреннего сгорания. Их главная функция – уменьшение трения и износа деталей двигателя. Однако моторные масла должны обеспечивать выполнение и ряда других функций, не менее важных для работоспособности двигателей в течение заданного ресурса, а именно:

• предотвращение прорыва газов из надпоршневого пространства в картер путем уплотнения лабиринта поршневых колец и обеспечения их подвижности
• охлаждение поршней, подшипников коленчатого вала и других деталей
• защита двигателя от коррозии при работе и во время длительной стоянки
• предотвращение образования нагара и лакообразных отложений, нарушающих теплоотвод от поршней и подвижность поршневых колец
• нейтрализация кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива
• обеспечение быстрого увеличения давления в смазываемых узлах при холодном пуске двигателя
• предотвращение выпадения осадков в картере, маслопроводах, на сетке маслоприемника, под крышкой механизма газораспределения, крышкой привода агрегатов

Кроме того, моторные масла должны быть совместимы с материалами уплотнителей (резинами) и катализаторами нейтрализатора отработавших газов, не должны оказывать отрицательного влияния на работоспособность свечей зажигания и вызывать преждевременное воспламенение рабочей смеси из-за образования зольных отложений в камерах сгорания.

В современных высокофорсированных двигателях работоспособны только легированные масла, т. е. масла, содержащие присадки – синтетические добавки к базовому маслу, придающие ему необходимые свойства или усиливающие природные свойства базового масла. Содержание присадок составляет до 10-15 % моторного масла.

Обычно в состав масла вовлекают следующие присадки:

Беззольные депрессанты предотвра­щают образование низкотемпературных отложений на деталях двигателей, выпадение осадков в картере, загрязнение фильтров, а также предотвращают рост вязкости масла при накоплении в нем частиц сажи от неполного сгорания топлива.

Зольные детергенты (моющие при­садки) – это растворимые в базовом масле мыла, обеспечивающие чистоту поршней и хорошую подвижность поршневых колец за счет удержания в масле мельчай­ших частиц нерастворимых веществ без отложения на деталях двигателя. Способность масла не давать частицам сли­паться и увеличиваться в размерах необходима для противодействия абразивному износу и преждевременной блокировке масляных фильтров, а также для улучшения холодной прокачиваемости (защиты двигателя при холодном запуске). Обычно в составе масла используют комбинации детергентов, обладающих способностью дополнять и улучшать эф­фективность друг друга. Детергенты содержат металлы (кальций, магний) придающие маслам зольность. Зола – это неорганиче­ский остаток, образующийся после сгорания масла. Ее избыток очень нежелате­лен, т.к. это абразивный материал. Многие детергенты придают маслу способность нейтрализовывать кислоты. Такие детергенты называют щелочными. Роль щелочных детергентов в предотвра­щении коррозионного износа деталей двигателей очень велика.

Антиокислители тормозят окисление масла кислородом воздуха при высокой температуре. Антиокислители разных классов часто вводят в составы масел в виде парных или тройных смесей, что дает лучший эффект. При рациональ­ном сочетании детергентов и антиокисли­телей удается значительно замедлить рост вязкости масла, увеличить срок его бессменной работы.

Противоизносные присадки предот­вращают быстрое изнашивание трущихся деталей двигателей в основном путем хи­мического взаимодействия с поверхнос­тями металлов и образования пленок, препятствующих контакту металла с ме­таллом, образованию рисок, задиров.

Антикоррозионные присадки защищают от коррозии антифрикционные сплавы на основе меди, свинца, олова путем образования прочных защитных пленок на вкладышах подшипников, втулках и других деталях.

Противопенные присадки препятству­ют вспениванию масла и ускоряют разрушение образовавшейся пены. В последнее время проблема вспениваемости масла приобрела особое значение в связи с при­менением дизельных масел в качестве рабочего тела в системах впрыскивания топлива под высоким давлением с помощью гидравлических насос-форсунок.

Модификатор трения (антифрикци­онные присадки) уменьшают коэффици­ент трения при граничном режиме смаз­ки, и этим повышают механический коэф­фициент полезного действия двигателей. Эти присадки вводят в энергосберегаю­щие масла.

Депрессорные присадки понижают тем­пературу застывания масел, их добавляют к зимним и всесезонным маслам для улучшения текучести при низкой температуре.

Модификаторы вязкости (загущающие присадки) повышают индекс вязкос­ти масла.

Другие присадки в моторных маслах используют редко, в тех случаях, когда к маслу предъявляют какие-либо специальные требования.

По составу базового масла различают три типа моторных масел:

• минеральные масла
• частично синтетические масла
• полностью синтетические масла

Минеральные масла — это масла, полученные путем очистки соответствующих фракций нефти от нежелательных веществ. Различают дистиллятные и остаточные фракции минеральных масел. Первые перегоняются при вакуумном разделении мазута на фракции, вторые – это остаток от перегонки, самые вязкие фракции. Таким образом, минеральные масла состоят из сложных смесей углеводородов, содержащихся в нефти. Дистиллятные фракции служат основой зимних и всесезонных масел, остаточные входят в состав летних масел в смеси с дистиллятными.

Требования к стойкости против окисления, испаряемости, вязкостно-температурным свойствам моторных масел возросли настолько, что даже из отборных нефтей с применением лучших технологий очистки масляных фракций не представляется возможным вырабатывать минеральные базовые масла, обеспечивающие получение конечного продукта с необходимыми свойствами и сроками службы. Это привело к использованию синтетических базовых масел.

Синтетические базовые масла получают путем целенаправленных химических реакций, в результате которых образуются органические соединения с желательными свойствами. Это могут быть углеводородные жидкости (полиолефины, алкилбензолы) или эфиры. Они обладают низкой температурой застывания, стойки к окислению, меньше расходуются на угар. В связи с этим синтетические масла имеют срок службы 20 тыс. км, а отдельные образцы 80…100 тыс. км. Главным достоинством синтетического масла является его способность становиться более жидким при низких температурах и густым при высоких. Синтетические базовые компоненты часто комбинируют, составляя смеси так, чтобы улучшить растворимость присадок, совместимость с эластомерами и другие характеристики. Недостаток синтетических базовых масел – высокая стоимость, в 2…3 раза выше минеральных. Компромисс – частично синтетические масла (полусинтетика), в которых основой является смесь высококачественного минерального базового масла и синтетических базовых компонентов. Полусинтетикой называют также минеральные масла после специальной обработки – гидрокрекинга лил гидроизомеризации. Цена таких масел существенно ниже, чем полностью синтетических.

Уровень эксплуатационных свойств моторного масла и пробег автомобиля, в течение которого оно остается работоспособным, зависят от содержания в масле присадок и их эффективности, качества базового масла и его приемистости к присадкам.

В составе современных моторных масел используются сочетания присадок:

• дисперсанты
• детергенты (моющие присадки)
• антиокислители
• ингибиторы коррозии
• модификаторы трения
• противоизносные и антипенные присадки
• деактиваторы металлов

Для того чтобы масло позволяло легко запустить двигатель при больших отрицательных температурах и в то же время сохраняло свою вязкость при работе, в него вводят загущающие присадки – полиизобутилены. Это длинные молекулярные цепочки, имеющие свойство при низкой температуре собираться в клубки. В таком состоянии они почти не влияют на вязкость масла, оно остается достаточно жидким. При повышении температуры клубки молекул «разматываются» и загущают масло, повышая его вязкость. Так получают всесезонные марки масел.

Способность моторного масла выполнять многочисленные функции проверяется в основном путем испытаний в двигателях на стендах по стандартным процедурам классификационных испытаний, а также методами лабораторных испытаний ряда физико-химических свойств. Некоторые фирменные спецификации включают как обязательный этап эксплуатационные испытания.

Главным свойством моторного масла является его вязкость при определенных температурах.

Вязкость масла — это свойство масла оказывать сопротивление взаимному перемещению соседних слоев масла. Чем выше вязкость, тем гуще масло, и наоборот. Различают динамическую и кинематическую вязкость.

• Динамическая вязкость – это количественная характеристика сопротивления жидкости смещению одного слоя относительно другого, она выражается в паскаль-секундах (Па·с).
• Кинематическая вязкость – это отношение динамической вязкости к плотности жидкости, она выражается в квадратных миллиметрах на секунду (мм2/с) или в сантистоксах (сСт).

В основу действующего стандарта России 17479.1–85 на маркировку автомобильных масел, который применяется и в других странах постсоветского пространства, положены эксплуатационные свойства и кинематическая вязкость при 100 «С и –18 «С.

В зависимости от эксплуатационных свойств установлено шесть групп масел по степени форсирования и типу двигателей, для которых эти масла предназначены:

• группа А – для нефорсированных
• Б – малофорсированных
• В – среднефорсированных
• Г – высокофорсированных двигателей
• группа Д – только для высокофорсированных дизелей
• Е – тоже для дизелей, но стационарных и судовых, работающих на топливе с большим содержанием серы

Масла групп Б, В и Г дополнительно подразделяются на карбюраторные (индекс 1) и дизельные (индекс 2). Отсутствие индекса говорит о том, что масло предназначено как для дизельных, так и для бензиновых двигателей данной группы по степени форсирования.

Другим показателем, положенным в основу этой классификации, является вязкость масла в сантистоксах (сСт) при рабочей температуре, принятой за 100 «С.

Вязкость влияет на прокачивание масла по системе смазки, на легкость и быстроту пуска двигателя, уплотнение поршневых колец в цилиндре, на степень очистки масла в фильтрах, расход масла и топлива. От вязкости масла зависит также охлаждение трущихся деталей.

При одинаковых температуре и давлении вязкость масла зависит от химического состава и структуры углеводородов, из которых оно состоит. Самая низкая вязкость у парафиновых углеводородов, самая высокая – у полициклических ароматических. Парафиновые углеводороды обладают также лучшими вязкостно-температурными свойствами.

При увеличении температуры вязкость понижается, а при увеличении давления – возрастает. Масло с большей вязкостью лучше уплотняет поршневые кольца в цилиндрах и уменьшает прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя. Оно в меньших количествах попадает в камеру сгорания, что уменьшает расход масла и нагарообразование, а также в меньшей степени подтекает через сальники и уплотнительные прокладки крышек картеров. Повышение вязкости масла ухудшает его циркуляцию в системе смазки, охлаждение деталей и очистку поверхностей трения от продуктов изнашивания и других загрязнений. Слишком вязкое масло не обеспечивает жидкостного трения вследствие затрудненного поступления к трущимся поверхностям.

Чем выше относительная скорость перемещения трущихся деталей и лучше качество обработки их поверхностей, тем меньшая вязкость масла требуется. Поэтому, например, для быстроходных двигателей применяют масло с меньшей вязкостью, чем для тихоходных. При уменьшении нагрузки на детали вязкость может быть снижена, а при увеличении зазоров между ними – увеличена.

Согласно ГОСТ 17479.1–85 и другим техническим условиям, масла для двигателей обозначают буквой М и в зависимости от кинематической вязкости делят на классы. Условно масла можно разделить на летние и зимние. Принято считать, что зимние масла применяют в условиях температуры окружающего воздуха ниже –5 «С, летние – выше 20 «С. При маркировке масел по ГОСТ 17479.1–85 применяются следующие обозначения:

• М – моторное масло
• цифры после буквы М (4, 5, 6, 8, 10, 12 «) – класс кинематической вязкости. (Например, класс 6 означает, что при температуре 100 «С имеет среднюю вязкость 6 сСт; иногда после цифры может применяться нижний индекс «з», что свидетельствует о применении в данном масле загущающей присадки, при этом масло имеет и определенную вязкость при –18 «С. Такое масло является всесезонным и имеет двойное цифровое обозначение – косую черту.)
• буквы после цифр (А, Б, В, Г, Д, Е) обозначают принадлежность масла к определенной группе эксплуатационных свойств
• нижний индекс после букв: 1 – масло предназначено только для бензиновых двигателей; 2 – масло предназначено только для дизельных двигателей; отсутствие индекса – масло унифицировано и может применяться как для дизельных, так и для бензиновых двигателей

Ниже приведены примеры обозначения моторных масел:

• М-8Г1 – моторное масло, имеющее при температуре 100 °С вязкость 8 сСт, по эксплуатационным свойствам относится к группе Г и предназначено для высокофорсированных бензиновых двигателей
• М-10Г2 – моторное масло, имеющее при температуре 100 °С вязкость 10 сСт, по эксплуатационным свойствам относится к группе Г и предназначено для высокофорсированных дизельных двигателей
• М-6з /10Г1 – моторное масло, имеющее при температуре –18 «С вязкость в пределах 2600…10 400 сСт, содержит загущающие (вязкостные) присадки и предназначено для применения в качестве зимнего или всесезонного масла; при 100 «С имеет вязкость 10 сСт, по эксплуатационным свойствам относится к группе Г и предназначено для высокофорсированных бензиновых двигателей
• М-10Г – универсальное масло, предназначенное как для дизельных, так и для бензиновых двигателей

Для двигателей легковых автомобилей летними маслами можно считать масла повышенной вязкости типа М12Г, зимними – М8Г.

Учитывая большое разнообразие марок легковых автомобилей и условий их эксплуатации, моторные масла зарубежных и отечественных производителей классифицируют по трем основным признакам:

• вязкостно-температурные свойства
• область применения и уровень эксплуатационных свойств
• наличие или отсутствие энергосберегающих свойств

Вязкостно-температурные свойства классифицируют по системе SAE (Общество автомобильных инженеров); они характеризуют зависимость вязкости масла от температуры холодного пуска двигателя при безгаражной стоянке автомобиля зимой до максимальной температуры масла в двигателе, работающем с максимальной нагрузкой.

В настоящее время общепринятой стала классификация SAE J300, согласно которой моторные масла подразделяеются на шесть зимних (OW, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W) и пять летних (20, 30, 40, 50 и 60) классов. В этих обозначениях бόльшим числам соответствует бόльшая вязкость, буква W означает, что масло зимнее. Всесезонные масла, пригодные для круглогодичного применения, обозначают сдвоенным номером, один из которых указывает зимний, а другой – летний класс, например SAE 5W-30, SAE 10W-40, SAE 15W-40, SAE 20W-50 и т. д. Для зимних масел установлены максимальные значения динамической вязкости при низких температурах и минимальные значения кинематической вязкости при 100 «С. Для летних масел установлены пределы кинематической вязкости при 100 «С и минимальные значения динамической вязкости при 150 «С и скорости сдвига 106с–1. Каждый класс зимнего или всесезонного масла характеризуется двумя значениями динамической вязкости при температурах, различающихся на 10 «С. Таким образом, классификация по SAE информирует о диапазоне температуры окружающей среды, в котором масло обеспечит проворачивание коленчатого вала двигателя стартером (первая слева колонка таблицы), прокачивание масла насосом по системе смазки двигателя при холодном пуске под давлением не допускающем сухого трения в узлах двигателя (вторая слева колонка таблицы) и надежное смазывание летом при длительной работе на максимальных скоростном и нагрузочном режиме (правая часть таблицы).