Все успехи двигателестроителей оказываются напрасными, если не соблюдаются все правила эксплуатации. Из многообразия факторов, влияющих на долговечность двигателей, значительное место отводится качеству применяемых эксплуатационных материалов, в основном топлива и моторных масел. О тенденциях в развитии современных моторных масел мы и поговорим сегодня.
Примета времени – повышенные рабочие температуры
При разработке конструкций современных двигателей обязательно учитывают два важнейших фактора – максимальное снижение уровня вредного воздействия на окружающую среду и достижение максимального энергосбережения, выражающегося в сокращении расхода топливно-смазочных материалов (ТСМ), в первую очередь топлива.
Моторные масла – важнейший элемент в обеспечении надлежащего функционирования двигателя. В США, Японии, Европе экологические стандарты имеют существенные различия, но они едины в предъявлении жестких экологических требований к современным моторным маслам. Конечной целью видится сведение к нулю вредного влияния автотехники на планету Земля.
В работе дизельных двигателей одной из основных проблем является снижение теплового влияния на окружающую среду. Дизайн современных транспортных средств оставляет все меньше места для самого двигателя, это затрудняет его охлаждение естественным путем. Усугубляется проблема и тем, что для снижения уровня шума двигатель окружают защитными экранами, препятствующими воздушным потокам и мешающими отведению тепла от двигателя. Тепло от двигателя передается системе охлаждения, а также моторному маслу, в функции которого, кроме прочего, входят и функции охлаждения.
С карбюраторными двигателями те же проблемы, что и с дизелями. Уменьшение размеров двигателя при сохранении мощности приветствуется дизайнерами новой техники. Использование прямого впрыска снижает уровень вредных выбросов, но повышает рабочую температуру двигателя. Конструкторы бензиновых двигателей, как и конструкторы дизелей, вынуждены сегодня бороться с проблемой перегрева. Из-за повышенного нагрева происходят химические изменения в моторном масле, на деталях двигателя появляется нагар, сокращающий ресурс агрегата. Износ еще больше возрастает, если чрезмерно снижается вязкость масла при высоких температурах эксплуатации.
Производители масел вынуждены решать все эти очень непростые задачи. Так, всесезонное синтетическое моторное масло последнего поколения Mobil Delvac 1 SHC разрабатывалось для работы в условиях критических температур. В ходе испытаний это масло показало отличные пусковые характеристики, низкую испаряемость, была продемонстрирована мощная защита двигателя от износа. Температура застывания Mobil Delvac 1 SHC составляет –54 °С, а температура вспышки +228 °С; вязкость при +40 °С равна 87,9 мм2/с, а при +100 °С – 14,5 мм2/с. Масло удовлетворяет требования стандартов Евросоюза и США, а также собственных стандартов компаний DAF, Scania, Perkins, Ford, KHD, Detroit Diesel (4-t) и др.
Моторное масло как фактор снижения вредных выбросов
В двигателях, оборудованных системами рециркуляции отработавших газов EGR, в масло интенсивно проникают частицы сажи. Моторные масла должны удерживать эти частицы в диспергированном (взвешенном) или растворенном состоянии. Чем выше качество современного масла, тем дольше оно «сопротивляется» накоплению твердых частиц, и как только масло не сможет абсорбировать элементы сажи, они начнут собираться в более крупные агломераты, которые действуют как абразив в парах трения.
При значительном содержании серы в топливе в результате его сгорания под влиянием повышенной температуры образуются кислоты, попадающие в масло. О вреде их говорить не приходится. И хотя значительная часть автомобилей и спецтехники в Европе и США сегодня уже переведена на использование сверхнизкосернистого топлива, современное масло должно содержать необходимые элементы, способные нейтрализовать эти кислоты.
Современные системы нейтрализации отработавших газов могут эффективно функционировать только при использовании так называемых масел Low SAPS, т. е. масел с низким уровнем сульфатной зольности, серы и фосфора. По европейской классификации это категория масел Е9-08, практически соответствующая американской категории СJ-4, они имеют сульфатную зольность не более 1%, фосфора – не более 0,12%, серы – не более 0,4%. Но сера, фосфор и некоторые другие химические элементы входят в состав добавок и присадок, с помощью которых многие годы производители масел добивались выполнения высоких требований автопроизводителей, в том числе повышения ресурса масла.
Возникающие противоречия производители масел вынуждены решать, постоянно разрабатывая новые базовые основы, новые присадки, используя разнообразные композиции добавок, чтобы удовлетворять всевозрастающие требования автопроизводителей и экологов. Чтобы уйти от «вредных» присадок, разрабатываются масла, основу которых составляют базовые масла, созданные из синтезируемых полимеров. Это, например, Castrol Enduron Low SAPS 10W-40 – моторное масло для дизельных двигателей грузовых автомобилей, разработанное для обеспечения максимальных интервалов замены для новой техники. Castrol Enduron поддерживает работоспособность систем снижения токсичности выхлопа до норм Euro 4 и Euro 5, поэтому областью применения этого масла являются новейшие грузовые автомобили и автобусы, оборудованные аппаратурой очистки выхлопных газов самых высоких экологических классов. Специально подобранная композиция присадок защищает двигатель даже при значительном накоплении сажи и других загрязнителей в масле. Это масло является мощнейшей защитой двигателя при самых сложных условиях эксплуатации. Температура его застывания по ASTM D97 составляет –45 °С, кинематическая вязкость при +40 °С (ASTM D445) – 101,9 мм2/c, а при +100 °С (ASTM D445) – 14,3 мм2/с.
Курс на снижение расхода ТСМ
Производители транспортных средств в условиях жесткой конкурентной борьбы при разработке новых конструкций двигателей отдают предпочтение тем, в которых наиболее экономично организовано потребление ТСМ, и в первую очередь топлива.
Одной из основных тенденций современного двигателестроения, направленной на снижение расхода топлива, является повышение точности обработки деталей, уменьшение допусков и тепловых зазоров. Однако для реализации таких технических решений по снижению расхода топлива требуются моторные масла меньшей вязкости, т. е. переход от масел классов вязкости по SAE 15W-40, 10W-40, 5W-40 к маслам классов 10W-30, 5W-30, 5W-20, 0W-20, при этом высокие смазывающие свойства должны быть сохранены в полной мере. Таким образом, уменьшение расхода топлива непосредственно связано с применяемым маслом, поскольку оно снижает трение и износ подвижных частей двигателя.
Производство энергосберегающих сортов масел успешно развивается. Например, компания Mobil разработала и широко реализует целую линейку энергосберегающих масел. Одно из них – Mobil Delvac XHP LE 10W-40, современное синтетическое масло для тяжелой дизельной техники, отвечающей высоким современным экологическим требованиям. Масло имеет одобрения MB 228.51, MB 228.5, MAN M3477, MAN M3277(CRT), Volvo VDS-3, Renault RVI RXD/RLD-2 и др. Оно сохраняет отличную текучесть при отрицательных температурах и застывает при –33 °С. Вязкость при +100 °С (ASTM D445) не превышает 13 мм2/с. Масло Delvac XHP обладает низкой испаряемостью, что также снижает его расход. Плотность при 15 °С (ASTM D 4052) составляет 0,865 кг/л. В составе масла Mobil Delvac XHP LE 10W-40 присутствует комплекс современных присадок, которые эффективно предотвращают износ двигателя.
Компания Valvoline предлагает масла Valvoline Pro-Fleet 10W-40 и Valvoline All-Fleet Extreme 10W-40. У этих полусинтетических моторных масел также высокие эксплуатационные качества, и, как заявляет производитель, они обеспечивают экономию топлива до 6…8% при использовании в магистральных грузовиках.
Видный маслопроизводитель компания Shell разработала синтетическое дизельное масло Shell Rimula Ultra SAE 5W-30. Это первое масло, одобренное компанией Mercedes-Benz к применению как энергосберегающее. Температура вспышки данного продукта +230 °С, застывает Rimula Ultra SAE 5W-30 при –39 °С. Благодаря низкой вязкости экономится до 3% топлива без увеличения расхода масла и снижения защиты двигателя. Вообще же Shell Rimula – линейка из более чем десяти марок масел, удовлетворяющих последние требования производителей авто- и спецтехники. Хорошо зарекомендовало себя у российских потребителей синтетическое масло Shell Rimula R6LME SAE 5W-30, совместимое с сажевыми фильтрами благодаря низкой сульфатной зольности и минимальному содержанию фосфора и серы. Это масло отвечает требованиям спецификаций Daimler Chrysler, Cummins, MAN и разрабатывалось для применения на технике стандарта Euro 4/ Stage IV и Euro 5/ Stage V. Из этой же линейки широко используется в России минеральное Shell Rimula R4L SAE 15W-40. Это относительно недорогое масло допущено к применению такими гигантами, как Caterpillar, Detroit Diesel, Volvo, Cummins, Mack и др. и рекомендуется в качестве универсального для использования в парках с разнотипной техникой.
Автопроизводители, уделяя огромное внимание топливной экономичности, ищут и пути экономии масел. Двигателестроители, желая обойти конкурентов, добиваются более длительных интервалов замены масел, диктуя их производителям свои жесткие требования.
Существует специальный класс дизельных двигателей SHPD (Super High Perfomance Diesel), который предполагает применение масел с удлиненным интервалом замены: до 45…60 тыс. км. Условно такие масла стали называть SHPD-масла. К ним относятся дизельные масла для большегрузных дизелей по классификации АСЕА Е3/Е5/Е7, API CF-4, CG-4, MB 228.3, VDS-2, MAN 3275, Renault RVI E3R. Их вязкость по SAE составляет 10W30, 10W40, 15W40.
Один из представителей масел этого класса – всесезонное полусинтетическое Addinol Super Longlife MD 1047. Оно выполняет и перевыполняет спецификации ACEA E7/E5/E3/B4/B3/A3; API CI-4/CH-4/CG-4/CF-4/CF/SL; MIL-L-2104 E; Global DHD-1, соответствует требованиям Mack EOM-Plus, Scania, DAF, Caterpillar и других машиностроителей. Это моторное масло класса SAE 10W-40 состоит из смеси высококачественных минеральных масел, гидрокрекинговых компонентов и синтетических масел, а также пакета спецприсадок. Температура застывания MD 1047 составляет –39 °С, а при –30 °С оно еще демонстрирует отличную прокачиваемость. Вязкость при +100 °С составляет 14 мм2/с. Масло MD 1047 пригодно для работы в двигателе, использующем биодизель (RME), но ресурс его при этом сокращается вдвое.
Появление двигателей UHPD (Ultra High Performance Diesel) вызвало необходимость создания масел, сохраняющих свои свойства при пробеге до 220 тыс. км. UHPD-масла имеют классы по АСЕА Е4/E5, API CH-4, CJ-4, MB 228.5, VDS-2, VDS-3, MAN 3277, Renault RVI RLD, а по вязкости они должны соответствовать SAE 5W30, 5W40, 10W40.
Финская компания Neste разработала полностью синтетические масла Neste Turbo Super 5W-30, Neste Turbo E6 10W-40 и Neste Turbo Super 10W-40, специально предназначенные для эксплуатации в двигателях UHPD. Эти отличные масла отвечают всем необходимым классификационным качествам, они отличаются интервалами замены, значительно превышающими 200 тыс. км.
Николай Протасов, журнал «Основные средства»