Масла и смазки. Моторные масла

Смазочные масла – это фракции нефти, содержащие углеводороды, с температурой кипения выше 350 ºС. Они легче воды (плотность при 20 ºС в пределах от 870 до 950 кг/м3) и практически в ней не растворяются.

Все масла нефтяного происхождения делятся в соответствии с ГОСТ 17479-85 на четыре типа:

• моторные (для авиационных, газотурбинных, карбюраторных и дизельных двигателей);
• трансмиссионные (в том числе для гидропередач, гидродинамичных и гидрообъемных приводов);
• специальные (турбинные, компрессорные и др.);
• различного назначения.

Для смазывания узлов автотранспортной техники в основном используются масла первых двух типов.

Основными свойствами автомобильных масел являются:

• антифрикционные;
• противоизносные и противозадирные;
• противоокислительные свойства и склонность к лакоообразованию;
• защитные и антикоррозионные.

Антифрикционные свойства характеризуют способность масел снижать затраты энергии на преодоление трения. Антифрикционные свойства масел определяются вязкостью, вязкостно-температурными свойствами, подвижностью масел при пониженных температурах.

Вязкость определяет возможность создания жидкостного трения. Чем больше вязкость, тем надежнее жидкостное трение и меньше износ. С увеличением вязкости улучшается уплотнение зазоров и уменьшается расход масла, но возрастают затраты энергии на преодоление трения внутри масляного слоя. Вязкостно-температурные свойства показывают изменение вязкости смазок и масел в зависимости от температуры. Лучшими являются те масла, у которых вязкость с понижением температуры возрастает не особенно резко. Это облегчает пуск двигателя и трогание машины с места при низких температурах.

Потеря подвижности масла происходит при его значительном охлаждении. При этом из масла выделяются высокоплавкие углеводороды, образующие пространственную структуру.

Потеря подвижности масел характеризуется температурой застывания. По температуре застывания можно судить о нижней температурной границе применения моторного масла (при холодном пуске двигателя) и о нижнем температурном пределе возможности трогания автомобиля с места без предварительного разогрева агрегатов трансмиссии (для трансмиссионного масла).

Противоизносные и противозадирные свойства масел проявляются в способности масел образовывать на поверхности трения прочную пленку, которая предохраняет трущиеся детали от непосредственного контакта, снижает их износ и противостоит возникновению задиров.

Пленка на поверхности трущихся деталей образуется в результате адсорбции поверхностно-активных веществ, входящих в состав масел, а также вследствие химического взаимодействия с металлом некоторых веществ, вносимых в масло в виде присадок. Образующаяся в последнем случае окисная пленка под давлением плавится и обеспечивает надежную смазку, что особенно важно в гипоидных передачах, в которых удельные давления достигают высоких значений.

Противоокислительные свойства и склонность масел к лакообразованию характеризуют способностью масел противостоять окислению под воздействием окружающей среды. Масляные фракции являются сложной смесью различных углеводородов, неодинаково взаимодействующих с кислородом. Скорость и глубина протекания окислительных процессов зависят от температуры реакций, поверхности соприкосновения масла с кислородом воздуха и каталитическим действием металлов.

Защитные и антикоррозийные свойства масел и смазок проявляются в защите металла от коррозии. Вместе с тем в маслах практически всегда содержатся вещества, которые сами могут корродировать металлы. К ним относятся органические кислоты и сернистые соединения, а также неорганические кислоты и щелочи. Особенно усиливается коррозионность масла в присутствии воды.

Улучшение свойств автомобильных масел достигается за счет добавления различных присадок.

1. Моторные масла

Основное назначение системы смазки двигателей внутреннего сгорания – осуществление подвода масла к трущимся деталям для уменьшения трения и износа за счёт создания на трущихся поверхностях масляной плёнки. Это позволяет снизить потери мощности двигателя на преодоление сил трения. Во время работы двигателя масло, вводимое между деталями, непрерывно циркулирует, охлаждает детали и уносит продукты износа. Тонкий же слой масла, находящийся на поршневых кольцах и цилиндрах, не только снижает их износ, но и улучшает компрессию двигателя. Поэтому от качества применяемого моторного масла зависит надежность работа двигателя.

Масло должно соответствовать конструкции смазочной системы двигателя, условиям эксплуатации, качеству применяемого топлива.

В настоящее время ассортимент моторных масел значительно увеличился. Это обстоятельство связанно с тем, что действующий в настоящее время автомобильный парк состоит из старых и новых моделей автомобилей, и с появлением в большом количестве на нашем рынке зарубежных масел.

Улучшение эксплуатационных свойств моторных масел и увеличение срока их замены достигается повышением качества базовых масел, путем усложнения и ужесточения технологического процесса их производства.

1.1 Эксплуатационные свойства моторных масел

Показатели эксплуатационной надежности автомобильных двигателей во многом определяются качеством моторных масел: вязкостнотемпературными, антиокислительными и антикоррозионными свойствами. Для оценки вязкостных свойств масел при изменении температур определяются их вязкостно-температурные характеристики (ВТХ) в диапазоне температур от -18 до +100 ºС. В идеальном случае вязкость масел не должна зависеть от температур. Для “сглаживания” ВТХ масел в них вводятся загущающие присадки (загущают масло в зоне высоких температур) и депрессаторы (снижают вязкость в зоне низких температур). Загущающие присадки – полиизобутилены КП-5, КП-10, КП-20 и полиметакрилаты В-1 и В-2. Депрессорные присадки – полиметакрилат Д, А₃НИИ-ЦИАТИМ-1, АФК.

Окисление моторных масел. Продуктами окисления моторных масел являются отложения – нагары, лаки и шламы. В камере сгорания двигателя масло сгорает, образуя нагар при температуре, достигающей 2000 ºС. Уменьшению нагара способствует работа двигателя с полной нагрузкой на высоком тепловом режиме, при снижении теплового режима двигателя слой нагара увеличивается.

Для повышения устойчивости масел к окислению в них добавляют антиокислительные присадки (ингибиторы окисления). Наиболее распространены присадки – ВНИИНП – 354, ДФ – 11 и ДФ – 1.

Для улучшения противокоррозионных свойств моторных масел в них вводят присадки ВНИИНП – 360, ЦИАТИМ – 239 и другие, образующие на поверхности металла защитные пленки.

Моюще-диспергирующие свойства. Под моющим эффектом понимают способность масел препятствовать прилипанию загрязняющих примесей к поверхности деталей двигателя. Диспергирующая способность – это свойство масел препятствовать укрупнению частиц загрязняющих примесей и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии. Присадки для улучшения моюще-диспергирующих свойств масел – ПМСЯ, С – 150, ЦИАТИМ – 339, ВНИИНП – 360, ИХП – 101, БФК, АСК и др.

Способность моторного масла снижать износ трущихся поверхностей деталей ДВС и препятствовать образованию на них задиров улучшается путем введения в масла присадок – ЭФО, ЛЗ – 309/2, ДФ – 11, ЛЗ – 9/6, ЛЗ – 23К и др.

Антифрикционные свойства моторных масел повышают введением следующих присадок: дисульфит молибдена MoS₂, ПАФ – 4 , “Фриктол”.

Противопенные свойства масел для двигателей. Образованию пены в масле способствуют: бурное перемешивание масла с воздухом вследствие вращения деталей КШМ двигателя, наличие в масле воды и стабилизирующих пену веществ – продуктов окисления масла. Обильное пенообразование нарушает нормальные процессы смазывания деталей. Противопенные присадки имеют способность пеногашения. Наиболее распространена присадка – полиметалсиликосан ПМС – 200А.

1.2. Классификация моторных масел

В инструкциях по эксплуатации автомобилей Отечественного автопрома обозначение моторных масел определено ГОСТ 17479.1-85 и включает в себя букву М (моторное); число, характеризующее класс вязкости; и букву, обозначающую принадлежность масла к группе по эксплуатационным свойствам. В зависимости от кинематической вязкости установлены следующие классы вязкости (табл. 1).

Таблица 1

Классы вязкости моторных масел

Соответствие масел той или иной группе устанавливается на основании результатов Комплексов методов моторных и лабораторных испытаний, утвержденных Госстандартом РФ.

Дробные обозначения указывают, что масло по вязкости при температуре -18 ºС соответствует классу, указанному в числителе; в знаменателе – кинематическая вязкость масла при 100 ºС.

В отечественной и международной маркировках моторных масел класс вязкости, соответствующий нижнему интервалу температур, соотносится к -18 ºС, что равняется нулю американской шкалы температур Фаренгейта. Соответствие шкал температур выражается соотношением:

Градус Фаренгейта = (градус Цельсия ∙1,8) + 32;

В зависимости от области применения моторные масла подразделяют на группы (табл. 2).

Таблица 2

Группы эксплуатационных свойств моторных масел

Маслам для карбюраторных двигателей присваивают индекс 1, а для дизелей – 2. Универсальные масла, предназначенные для использования, как в дизелях, так и в карбюраторных двигателях одного уровня форсирования, индекса в обозначении не имеют. Масла различных групп отличаются концентрацией и эффективностью введенных присадок.

Вязкостно-температурные показатели моторных масел зарубежом регламентируют в соответствии с классификацией SAE – Обществом автомобильных инженеров США (табл. 3). Принятые нормы вязкости по классификации SAE соответствуют обозначению сезонных (зимних и летних) сортов масел. При маркировке зимних масел ставится буква W (Winter), а для летних сортов буква не ставится. Всесезонное масло сочетает в своем обозначении и зимнюю, и летнюю маркировки.

Таблица 3

Таблица перевода классификации моторных масел по SAE и ГОСТ 17479.1-85

Область применения моторных масел регламентируют в соответствии с системой API (Американский нефтяной институт). В инструкциях по эксплуатации автомобилей импортного производства также могут встречаться еще несколько типов обозначения качества масла (и соотвественно области их применения): АСЕА (Ассоциация европейских конструкторов автомобилей), которая заменила с 1996 г. систему ССМС (Комитет изготовителей автомобилей Общего рынка). Но в руководствах по эксплуатации импортных автомобилей, выпуска до 1996 года может встречаться и эта система.

Классификация API подразделяет масла на две категории: S – категория «сервис» и С – коммерческая категория. Масла категории S предназначены для легких транспортных средств, т.е. преимущественно для бензиновых двигателей. Масла категории С предназначены для дизельных двигателей.

В каждой категории масла в зависимости от условий работы подразделяются на классы, также имеющие буквенную маркировку. Поэтому обозначение масел в соответствии с классификацией производится двумя буквами латинского алфавита, указывающими категорию и класс масел, например SE (для карбюраторных двигателей) или CD (для дизелей). Универсальные масла, относящиеся к обеим категориям классификации API, имеют маркировку двух классов разных категорий, например SE/CD (табл. 4).

Таблица 4

Классификация эксплуатационных свойств моторных масел по стандарту API

Категории: SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG на сегодняшний день признаны недействительными, как устаревшие и заменяются категорией SJ – данные масла с 1996 г. предназначены для всех используемых в данное время бензиновых ДВС. Однако в некоторых странах масла устаревших категорий еще выпускаются. Категория SH является условно действующей и может использоваться как дополнительная к категориям С. Например для грузового автомобиля марки DAIHATSU необходимо применять масло CF-4/SH.

Примерное соответствие классов моторных масел по различным классификациям представлено в табл. 5.

Таблица 5

Ориентировочное соответствие классов моторных масел по группам эксплуатационных свойств по ГОСТ 17479.1-85 и API

Система классификации моторных масел АСЕА создана с 1996 г. и предъявляет определенные требования к качеству производимых европейских масел. Согласно АСЕА моторные масла разделяются на три класса:

А – класс масел для бензиновых двигателей;

В – класс масел для дизельных двигателей малой мощности, устанавливаемых на легковых и грузовых автомобилях малой грузоподъемности;

Е – класс масел для мощных дизельных двигателей.

Уровень качества, назначение и год утверждения в каждом классе обозначается цифрами (табл. 6).

Например: для грузового автомобиля SCANIA 93М 230 применяется моторное масло марки АСЕА Е3-96. Требования европейских стандартов к качеству моторных масел являются более строгими, чем американских, поэтому напрямую сравнить уровни требований и стандартов АСЕА и АРI невозможно.

Таблица 6

Классификация эксплуатационных свойств моторных масел по АСЕА

1.3. Ассортимент моторных масел

В настоящее время в автотранспортной отрасли страны наибольшее применение имеет достаточно небольшое количество моторных масел Отечественного производства.

В первую очередь, это масло М-8В₁, иногда называемое “автол”. Оно является универсальным для всех типов среднефорсированных карбюраторных двигателей, содержит комплекс присадок, обеспечивающих хорошие моющие и антиокислительные свойства.

Более высокие эксплуатационные качества имеет универсальное масло для среднефорсированных двигателей М-6_з/10В. Это масло является всесезонным и “долгоработающим”, срок его службы до замены составляет 15…18 тыс. км пробега.

Для высокофорсированных карбюраторных двигателей легковых автомобилей используют масла М-8-Ги (старое масло для ВАЗа, «и» – импортный пакет присадок) и М-6_з/10-Г₁.

Эти масла содержат высокоэффективные композиции присадок и в основном удовлетворяют требованиям современных двигателей. Однако масло М-6_з/10-Г₁ имеет повышенную зольность (1,6%) и обладает недостаточно высокими противоизносными характеристиками. Это в ряде случаев ограничивает его применение в высокофорсированных двигателях из-за повышенного износа деталей и отложений золы в камере сгорания, на свечах и поршнях, инициирующих возникновение калильного зажигания.

С целью замены масла М-6_з/10-Г₁ с 1987 г. выпускаются новые малозользые масла марок М-5_з/10-Г₁ и М-6_з/12-Г₁.

Для среднефорсированных дизелей массовым является моторное масло М-10-В₂. В качестве зимнего может быть использовано универсальное масло М-8-В.

Для дизельных двигателей КамАЗ и автобусов «Икарус» используются масла повышенного качества М-10-Г₂к и М-8-Г₂к. Для форсированных дизелей с наддувом применяют масла М-8-Дм и М-10-Дм.

Для современных двигателей отечественного производства нефтяные компании разработали новые марки масел.

В табл. 7 указаны новые моторные масла, допущенные к производству и применению в обслуживании автотранспортной техники.

Таблица 7

Современные марки масел отечественных производителей

Руководство по эксплуатации автомобилей импортного производства обычно допускают применение масел различных фирм, объединенных общей классификацией по вязкостным и эксплуатационным свойствам (приложение 1).

Поэтому, зная требования, предъявляемые к моторному маслу, можно подобрать аналог независимо от фирмы и страны производителя.

Соответствие марок моторных масел отечественных и зарубежных фирм-производителей представлены в табл. 8.

Таблица 8

Соответствие марок моторных масел отечественных и зарубежных фирм-производителей