shadow
Масла, экономящие топливо

Масла, экономящие топливо

75
Главная » Статьи/Обзоры » Масла, экономящие топливо

Масла, позволяющие экономить топливо (энергосберегающие масла), являются неотъемлемой частью производственной линейки многих производителей смазочных материалов. И хотя большинство рядовых автовладельцев знакомы с подобными продуктами лишь понаслышке, в автомобилестроительной промышленности и в сфере перевозок энергосберегающие масла пользуются стабильным успехом. Особенно на предприятиях, обладающих значительным автомобильным парком, где вопрос экономии топлива стоит достаточно остро и, в конечном счете, влияет на рентабельность предприятия.

Основные требования к энергосберегающим маслам

Создание новых смазочных материалов — сложный процесс. Наиболее достоверно только моторные испытания могут подтвердить эффективность и качество масла. Известно, что энергосберегающие масла должны иметь низкую вязкость и содержать специальные присадки, позволяющие уменьшить потери энергии на трение и, в конечном счете, расход топлива. Наряду с экономией топлива, важнейшее значение имеет и экологический фактор: чем меньше сгорит топлива, тем меньше продуктов сгорания попадет во внешнюю среду. Основными потенциальными загрязнителями окружающей среды при использовании присадок в масло являются фосфор, цинк и сера. Это способствует разработке новых, высокоэффективных и в то же время «безвредных» присадок, способных придавать маслу высокие эксплуатационные свойства, при этом обеспечивая еще и соответствие показателей постоянно ужесточающимся требованиям спецификаций и допускам автопроизводителей на моторные масла. Постепенно повышаются требования, направленные на увеличение интервалов замены, достижение топливной экономичности, применяемость в автомобилях с системами доочистки отработанных газов и т.д. Примерами этому могут быть недавно представленная в API новая категория SM или новые классы реконструированной ACEA (более подробно об этом читайте в статье «Нововведения в API и ACEA» в №1-2’2005 журнала autoExpert).

Итак, в процессе сгорания топлива в двигателе мы получаем энергию, которая трансформируется в движение. При этом значительная ее часть расходуется на преодоление трения в элементах двигателя. Уменьшая трение, моторные масла могут существенно повлиять на характеристики двигателя, в том числе и на потребление топлива. Например, при движении в городских условиях, трение в двигателе поглощает от 30% до 40% энергии, получаемой от сгорания топлива. Данная цифра может возрасти даже до 50%, например, при движении с непрогретым двигателем или в автомобильных пробках (режим «stop-and-go»). Именно в условиях малых скоростей и низких температур, частых стартов и остановок идея уменьшения потребления топлива выглядит самой привлекательной. Например, при 20°С средний коэффициент трения в двигателе в два — три раза выше, чем при постоянной температуре 90°С. А при температуре -20°С он возрастает в 5-7 раз!

Наибольшие потери энергии на преодоление трения в поршневых двигателях имеют место в трех группах: цилиндр-поршень, коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, механизм газораспределения. Условия трения и смазки в этих узлах различны. При движении поршня с малой скоростью вблизи верхней мертвой точки между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра не образуется масляная пленка. Остаются лишь граничные слои. При этом сила трения не зависит от вязкости масла. На большей части хода поршня, где его скорость велика, имеет место гидродинамический режим смазки и сила трения зависит в основном от вязкости масла. Тот же режим смазки в подшипниках коленчатого вала, и потери на трение здесь также определяются вязкостью масла. В механизме газораспределения наиболее тяжело нагруженные детали работают в режиме эластогидродинамической смазки. Здесь потери на трение связаны со свойствами масла при очень высоком давлении. Благодаря применению энергосберегающих моторных масел, в двигателе удается уменьшить сопротивление трения. Двигатель теряет меньше энергии, что приводит к росту его коэффициента полезного действия и уменьшению расхода топлива.

Благодаря чему достигаются «энергосберегающие» свойства?

Повышенного износа деталей двигателя, увеличения расхода масла и снижения мощности удается избежать за счет оптимизации базового масла и применения специальных добавок. Базовое масло должно иметь низкую испаряемость, отличные температурно-вязкостные характеристики и хорошую восприимчивость к присадкам. Исходя из того, что индекс вязкости базового масла должен быть как можно выше, а оно при этом должно быть как можно более текучим, в него добавляют полимерные материалы, стабилизирующие вязкость при изменениях температуры. Но базовое масло также не должно поддаваться окислению, так как вязкость масла может увеличиваться или уменьшаться по мере того, как оно срабатывается («стареет»). В последнее время большинство производителей моторных масел при выборе основы отдают предпочтение базовым маслам гидрокрекинга, которые наилучшим образом сочетают в себе такие параметры, как стоимость и качество. Масла гидрокрекинга, являясь, по сути, минеральными маслами, после специальной обработки по большинству показателей приближаются к синтетическим. Масла на основе такого базового масла с соответствующим пакетом присадок в подавляющем большинстве обладают энергосберегающими свойствами, т.е. позволяют обеспечить экономию топлива. Конечно, синтетические базовые масла в большей мере способствуют экономии топлива, чем масла гидрокрекинга, но их основным недостатком является довольно высокая стоимость.

Для того чтобы свести трение к минимуму, в базовые масла вводятся присадки. При этом каждый компонент влияет на определенный сектор свойств масла и, в зависимости от своего функционального назначения, улучшает вязкостные показатели, препятствует износу деталей, сокращает трение и т.п.

Тем не менее основным параметром, обуславливающим энергосберегающие свойства масла, является вязкость. Наибольшая потеря энергии происходит в момент холодного запуска двигателя, поэтому важной характеристикой энергосберегающих масел является малая низкотемпературная вязкость. Она, конечно, снижена в разумных пределах, но и этого достаточно, чтобы уменьшить потери на трение при гидродинамическом режиме смазки. Вязкость зависит от температуры, скорости сдвига и давления на исследуемых поверхностях. Очень трудно проконтролировать сохранение оптимальной вязкости при всех режимах работы двигателя. К тому же «старение» масла оказывает существенное влияние на значение его вязкости.

Для примера, вязкость «чистых» минеральных масел (без присадок) при изменении температур от -30 до +150°С возрастает в тысячи раз. Проблема стабилизации вязкости решена применением загущающих полимерных присадок. Вязкостные присадки относительно мало повышают вязкость базового масла при низкой температуре, но значительно увеличивают ее при высокой температуре, что обусловлено увеличением объема макрополимерных молекул с повышением температуры и рядом иных эффектов. Загущенные масла изменяют вязкость под влиянием не только температуры, но и скорости сдвига, причем это изменение временное. С уменьшением скорости относительного перемещения смазываемых деталей вязкость возрастает, а с увеличением — снижается. Этот эффект больше проявляется при низкой температуре, но сохраняется и при высокой, что имеет два позитивных последствия: снижение вязкости в начале проворачивания холодного двигателя стартером облегчает пуск, а небольшое снижение вязкости масла в зазорах между поверхностями трения деталей прогретого двигателя уменьшает потери энергии на трение и дает экономию топлива.

Характеристиками температурно-вязкостных свойств служат кинематическая вязкость, динамическая вязкость, а также индекс вязкости. Индекс вязкости минеральных масел без вязкостных присадок составляет 85-100. Он зависит от углеводородного состава и глубины очистки масляных фракций. Углубление очистки повышает индекс вязкости, но снижает выход рафината и повышает стоимость базового масла. Синтетические базовые компоненты имеют индекс вязкости 120-150, что дает возможность получать на их основе масла с очень широким температурным диапазоном работоспособности.

К низкотемпературным характеристикам масел относят температуру застывания. Она должна быть на 5-7°С ниже той температуры, при которой масло должно обеспечивать прокачиваемость. В большинстве случаев застывание моторных масел обусловлено образованием в объеме масла кристаллов парафинов. Требуемая температура застывания достигается депарафинизацией базовых компонентов и (или) введением в состав моторного масла депрессорных присадок.

Еще одна особенность энергосберегающих масел — наличие в их составе модификаторов трения. Действие этих присадок проявляется именно при граничном режиме смазки. Они образуют на поверхностях трущихся деталей своеобразный мягкий «ворс», легко деформирующийся в направлении движения. При этом коэффициент трения значительно снижается.

Большое внимание в энергосберегающих маслах уделяется такому показателю, как зольность. Энергосберегающие масла обладают пониженной зольностью. Это достигается применением специальных беззольных присадок, что повышает стоимость масла, но позволяет существенно усилить энергосберегающие свойства масла.

Подбор присадок — очень сложный процесс, требующий от производителя смазочных материалов специального оборудования и постоянных испытаний с целью выявления компонентов, которые бы не только отлично работали в течение всего срока службы масла, но и были бы совместимы между собой. Особое место принадлежит присадкам, которые одновременно с уменьшением износа двигателя снижают коэффициент трения, так как не всегда высокая маслянистость, т.е. малый коэффициент трения, обеспечивает уменьшение износа двигателя. При проведении окончательного анализа все и каждый по отдельности компоненты отбираются исходя из того, какие лучшие свойства они проявляют в работе (условия работы двигателя, степень износа и т.д.) и какая достигается при этом экономия топлива. В некоторых случаях бывает просто невозможно определить оптимальное сочетание компонентов масел.

Как обозначаются энергосберегающие масла?

Моторные масла, прошедшие лицензирование в API и обеспечивающие экономию топлива, обозначаются символом, показанным на рис.1. В верхнем полукольце логограммы условными знаками классификации API сообщается информация об области применения и уровне эксплуатационных свойств масла. В нижнем полукольце логограммы отмечается наличие у данного масла энергосберегающих свойств.

В описаниях способность масла обеспечивать экономию топлива часто обозначают аббревиатурой ЕС после указания класса по API, например, API SJ/CF-4, ЕС II, где ЕС означает Energy Conserving — энергосберегающее. Отсутствие надписи в нижнем полукольце указывает на то, что в сравнении с эталонным маслом данный продукт не дает экономии топлива.

Новейшие категории масел, сертифицированные API в случае соответствия требованиям ILSAC (International Lubricant Standardization and Approval Committee — Международный комитет по стандартизации и апробации моторных масел, созданный Американской (ААМА) и Японской (JАМА) ассоциацией производителей автомобилей), обозначаются символом, показанным на рис.2. Этот знак может присваиваться только энергосберегающим легкотекучим маслам наивысшего уровня качества с вязкостью SAE 0W-…, 5W-… и 10W-… .

В энергосберегающих маслах градация ЕС I означает экономию топлива не менее 1,5%, ЕС II ? не менее 2,5%, ЕС III — не менее 3%. В европейской классификации моторные масла с энергосберегающими свойствами представлены в категориях А1/В1, А5/В5, С1, С2, С3.

Наличие у масла энергосберегающих свойств устанавливают путем их испытаний в двигателях по специальным стандартным методам в сравнении с эталонными маслами. Масло признается энергосберегающим, если при работе на нем достигается заданное уменьшение расхода топлива.

Какой реальной экономии топлива можно достичь при использовании энергосберегающих масел?

В технически исправном автомобиле применение энергосберегающего масла позволяет снизить расход топлива от 3 до 5% при поездках в городе на короткие расстояния и от 2 до 3% при движении по автомагистралям на большие расстояния. Зимой же можно достичь еще большей экономии. Если одновременно в агрегатах трансмиссии использовать энергосберегающее трансмиссионное масло, можно снизить расход топлива еще на 1,5 — 2,0%. Как видно, достичь экономии топлива можно вплоть до 7% и более.

Однако в действительности при оценке целесообразности использования энергосберегающих масел приходится учитывать не только качество масла, но и множество других факторов: тип, техническое состояние и условия эксплуатации автомобиля, навыки управления автомобилем, тип дорожного покрытия и т.п.

Подготовил Юрий Стороженко, autoExpert.com.ua

Масла, экономящие топливо