Моторные масла

Смазочные масла в современных машинах и механизмах, а особенно в двигателях внутреннего сгорания подвергаются действию высоких температур и давлений. Получить масла удовлетворительных эксплуатационных свойств только за счет подбора сырья, технологии его переработки и очистки не удается, поэтому в них добавляют присадки.

Присадки – это сложные химические соединения, которые вводятся в смазочные масла для улучшения их качеств и. придания новых эксплуатационных свойств. Присадку в масло могут вводить для улучшения или придания какого-либо свойства, но чаще всего используют многофункциональные присадки, улучшающие сразу несколько свойств смазочного масла, также композиции многофункциональных присадок, повышающие многие его эксплуатационные качества. В масле для современных двигателей внутреннего сгорания композиции присадок добавляются в количествах 7-15 %.

Основное назначение присадок – снизить износ (особенно коррозийный) и уменьшить количество высокотемпературных отложений, вызывающих, пригорания, залегание поршневых колец; улучшить моющие свойства масел, т.е. перевести образующиеся продукты окисления в тонкодиспергированное состояние, чтобы они не накапливались на горячих деталях двигателя.

Вязкостные свойства (вязкостно-температурные и индекс вязкости) являются, важнейшим показателем моторных масел. Вязкость является основным параметром моторного масла, по которому оно маркируется. От величины вязкости моторного масла при рабочих температурах в двигателе зависят качество смазывания трущихся деталей двигателя и величина их износа. Различают динамическую и кинематическую вязкости.

За единицу динамической вязкости в системе измерения СИ принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление в 1н взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 м², находящихся один от другого на расстоянии 1 м и перемещающихся с относительной скоростью 1м/с.

Размерность единицы динамической вязкости будет Па·с (Паскаль-секунда). Между динамической и кинематической вязкостью жидкости при одинаковых температурах существует следующая зависимость:

где ν_t - кинематическая вязкость; η_t - динамическая вязкость; ρ_t – плотность жидкости.

Размерность кинематической вязкости в системе СИ – см²/с. В настоящее время за единицу кинематической вязкости принят Ст (Стокс), сотую часть которого называют сантистоксом (сСт), размерность сСт - см²/с.

Вязкость моторного масла изменяется в зависимости от температуры: с повышением температуры вязкость понижается, а с понижением – повышается.

Интенсивность и изменение вязкости масла при изменении температуры в различных моторных маслах различна. Вязкостно-температурные свойства масел оцениваются индексом вязкости. Индекс вязкости (ИВ) представляет собой относительную величину, которая показывает степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры по сравнению с эталонными маслами.

Для повышения индекса вязкости в моторные масла добавляют вязкостные присадки. Масла, содержащие вязкостную присадку, называют загущенными.

Загущенные масла обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами, хорошей текучестью при низких температурах, обеспечивают быстрый и легкий пуск двигателя в холодное время года, образуют небольшое количество нагара и обеспечивают минимальные потери мощности на трение.

Термоокислительная стабильность – важнейший показатель эксплуатационных свойств масла, оценивающих склонность смазочных масел к лако- и нагарообразованию.

При определении термоокислительной стабильности моторное масло, находящееся на металлической поверхности в виде тонкого слоя, нагревается, в результате чего оно теряет в массе за счет испарения легколетучих веществ. Остаток, полученный на металлической поверхности, разделяется на рабочую фракцию и лак.

Термоокислительная стабильность моторного масла выражается временем в минутах, в течение которого испытуемое масло при температуре 25⁰ °С превращается в лаковый остаток, состоящий из 50 % рабочей фракции и 50 % лака.

Моющие свойства – эксплуатационный показатель масла, характеризующий способность масла удерживать во взвешенном состоянии образующиеся продукты окисления. Для улучшения моющих свойств в масла вводят специальные присадки.

Коррозийный (химический) износ трущихся деталей зависит от качества смазочного масла и количества образующихся в масле в процессе эксплуатации агрессивных веществ, к которым относятся органические кислоты, водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи, активные сернистые соединения, оксиды серы, вода.

По вязкости летние и зимние моторные масла делятся на восемь классов (6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24), а всесезонные загущенные – на четырнадцать.

Класс для летних масел и зимних масел обозначается вязкостью, сСт (мм²/с) при 100°С. Для всесезонных масел класс обозначается дробью.

Классы указывают, что по кинематической вязкости при температуре – 18 °С масло соответствует классу, указанному в числителе, а по вязкости при 100 °С – в знаменателе.

Например, класс вязкости 6з/14 обозначает, что вязкость масла при 18 °С равна 10400, а при 100 °С находится в пределах 12,5-14,5 сСт (мм²/с). Буква «з» показывает, что в масло введена вязкостная (загущающая) присадка.

Таблица 1

Группы масел по эксплуатационным свойствам и назначению

Масла, используемые в бензиновых двигателях, имеют индекс –1, а в дизелях – 2. Марка масла М - 6з/12-Г₁: 6з/12 – класс вязкости масла, величина вязкости при -18 °С составляет 10400 сСт, индекс «з» – масло содержит загущающие (вязкостные) присадки и используется в качестве всесезонного, 12 – уровень вязкости при 100°С, сСт; Г₁ – масло относится к группе Г и предназначено для смазывания высокофорсированных бензиновых двигателей.

Для бензиновых двигателей выпускаются масла следующих марок: М-6з/12-Г₁; М-5з/10-Г₁; М-4з/6-В₁; М-8-В; М-6з/10-В.

Для автотракторных дизелей применяются следующие масла: М - 8-Г₂; М-10-Г₂; М-8-Г_2к; М-10Г_2к; М- 8-Д₂(м); М- 10-Д_2(м).

Импортные масла имеют самые различные названия и обозначаются в буквах и цифрах. Однако, если масло соответствует жестким международным стандартам, т.е. имеет высокое качество, указываются классификация вязкости SAE (Общество автомобильных инженеров) и эксплуатационные свойства API (Американский нефтяной институт). Нефтеперерабатывающие заводы нашей страны применяют эти классификации при маркировке масел. В табл. 2 дана классификация вязкости для моторных масел.

Таблица 2

Классы вязкости моторных масел по SAE

Загущенные масла: «W» (Winter) обозначает, что масло имеет загущающую присадку и предназначено для зимнего периода.

Для смазывания двигателя могут быть применены масла одной определенной группы, а также универсальные масла. Имея улучшенные вязкостно-температурные свойства, универсальные масла охватывают по два отдельных класса SAE. Например, масло SAE 10W-30 имеет низкотемпературные, свойства, соответствующие классу вязкости 10W, а высокотемпературные свойства – классу вязкости 30.

Низкотемпературная вязкость моторного масла определяется на ротационных вискозиметрах. В них показателем сопротивления потока жидкости служит

момент сопротивления вращающегося вала.

Ротационными вискозиметрами являются имитатор холодного пуска и мини-ротационный вискозиметр. Скорость сдвига в них зависит от размеров ротора, зазора между стенками ротора и статора и скорости вращения. Имитатор холодного пуска соответствует результатам, получаемым при холодном проворачивании (прокручивании) двигателя.

Мини-ротационный вискозиметр характерен малой скоростью сдвига при измерении. Он измеряет критическое изменение сдвига, при котором начинается течение жидкости.

Измерение на этом вискозиметре характеризуют прокачиваемость масла.

Согласно классификации API масло делится на две категории: S - категория сервиса, предназначенная для двигателей легковых транспортных средств, используемых в сфере обслуживания; т.е. преимущественно для бензиновых и газовых двигателей; С - коммерческая категория, предназначенная для двигателей автомобилей, осуществляющая коммерческие перевозки, тягачей, строительных, дорожных машин, т.е. преимущественно для дизельных двигателей.

В зависимости от условий работы в каждой категории масло подразделяется на классы и обозначается двумя буквами, указывающими категорию и класс масла.

Классы масел SA, SB, SC, SD, SE для бензиновых двигателей отменены.

Масло класса SF применяют в двигателях автомобилей выпуска до 1989 года. Оно содержит антиокислительные, моющие, противоизносные и другие присадки, масла обладают более высокой противоокислительной стабильностью и лучшими износными свойствами, чем масло класса SE.

Масла класса SG используются для двигателей выпуска до 1994 г. Эти масла лучше защищают материалы от отложений, окисления, изнашивания и коррозии, чем масла предыдущих классов.

Класс масел SН применяют в двигателях выпуска 1994 года и позднее. Содержат более эффективные присадки, чем масла класса SF. Их можно использовать также в ранее выпущенных легковых автомобилях, микроавтобусах и легких грузовиках. Масла класса SH превосходят по характеристикам масла класса SG.

Класс масел SJ предназначен для двигателей автомобилей выпуска конца 1996г.

Классы масел для дизельных двигателей следующие: СА, СВ, СС, CD, CD-II, СЕ, CF, CF-2, CF-4, CG-IV.

Цифры II и 2 означают, что масла предназначены для двухтактных дизелей, а 4 - для четырехтактных.

Классы масел СА, СВ, СС – устаревшие и сняты с производства. Масла класса CD используют в дизелях легковых автомобилей с турбонаддувом выпуска до 1993г., класс CE – в дизелях с турбонаддувом грузовых автомобилей, выпускаемых с 1983т.

Масла класса GF предназначены для дизелей легковых автомобилей с турбонаддувом, выпускаемых с 1993 г, класс SF– 4 – для высокофорсированных дизелей с турбонаддувом грузовых автомобилей, выпускаемых до 1994 г, класс CG – 4 – для высокофорсированных дизелей с турбонаддувом грузовых автомобилей, выпускаемых с 1994 г. и работающих на трассах.

Универсальные масла имеют маркировку двух классов, разных категорий, например SF/CD. Это масло предпочтительно для бензиновых двигателей.

Универсальное масло CD/SF рекомендуется в первую очередь для дизелей. Буквы ЕС (сокращение слов Energy Conserving) показывают, что в масло введена антифрикционная (энергосберегающая) присадка, уменьшающая расход топлива за счет снижения трения в двигателе: ЕС – I на 1,5 %, ЕС – II – на 2,7 %.

Примеры обозначения масел: Mobil SAE 5W – 30; API SH/SF – 4; ЕС– II. Это масла фирмы Mobil универсальные всесезонные. Низкотемпературные свойства соответствуют классу 5W, при 100 °С, - 30 (9,3 +12,5 сСт). Масло может быть использовано как в бензиновых, так и в дизельных двигателях, легковых автомобилей. (категории SH/CF – 4). В нем находится 2,7 %присадки, уменьшающей трение.

Классификация ассоциации европейских изготовителей автомобилей АСЕA (Association des Constructeurs Europeens de 1'Automobile) предъявляет более жесткие требования к маслам, содержит 9 категорий и разделяет масла по трем назначениям: А – для бензиновых двигателей легковых автомобилей (Al-96, А2-96, АЗ-96); В – для дизелей легковых автомобилей (B1-96, B2-96, ВЗ-96); Е – для дизелей грузовых автомобилей (Е1-96, Е2-96, ЕЗ-96). Числа 1, 2, 3 обозначают качество эксплуатационных свойств масел (увеличение числа характеризует улучшение свойств), а 96 – год утверждения документации на класс масла. Введены новые классы масел: А2–98, ВЗ–98, Е4– 98 и др.

В технической документации буквы и слова BMW, VW, MB, Porsche означают, что масла получили одобрение на основании испытаний, проведенных фирмами-изготовителями автомобилей (BMW, Volkswagen-Audi, Mercedes-Bens, Porsche).

При эксплуатации автомобильных двигателей следует помнить, что нельзя смешивать минеральные масла с синтетическими, так как содержащиеся в них присадки специально подобраны для каждой группы масел.

Полусинтетические масла обычно имеют обозначения на канистре Semi-Synthetic, а полностью синтетические – Fully – Synthetic.