Угар моторных масел

Эволюция двигателя внутреннего сгорания последние 150 лет его истории представляет собой процесс неуклонного повышения производительности и эффективности этой машины по преобразованию скрытой химической энергии топлива в механическую работу.

С момента появления первого четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания, построенного инженером-изобретателем Николаусом Августом Отто в 1876 году, конструкция и рабочие характеристики ДВС изменились до неузнаваемости. Несмотря на более ранние попытки построить работоспособный ДВС, годом рождения четырёхтактного двигателя специалисты всё-таки считают именно 1876, ведь с этого момента начинается эпоха научного подхода в конструировании двигателей внутреннего сгорания. Именем инженера Отто назван термодинамический цикл, лежащий в основе рабочего процесса бензинового ДВС, который так и называется «цикл Отто». Все моторостроители мира используют только этот термин, понимая друг друга с полуслова.

Параллельно с совершенствованием термодинамических характеристик ДВС совершенствовались его механизмы, системы, конструкционные материалы и конечно эксплуатационные жидкости. О последних поговорим более подробно, ведь без повышения эффективности такой важнейшей «детали» двигателя внутреннего сгорания, как моторное масло, никакое повышение производительности было бы невозможно. Моторное масло – больше чем смазочный материал. Оно является рабочей жидкостью, которая кроме смазочной функции выполняет роль уплотняющей, гидравлической и охлаждающей среды. Наконец, моторное масло обеспечивает чистоту деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов ДВС. Поэтому без преувеличения можно утверждать, что масляная система – кровеносная система двигателя внутреннего сгорания.

Этим эссе мы начинаем цикл научно-популярных обзоров российского рынка смазочно-эксплуатационных материалов транспортного и промышленного применения.

Итак, моторные масла

Рост теплонапряженности двигателя внутреннего сгорания в ходе его эволюции связан с повышением термического КПД, отражающего собственно эффективность ДВС. Вопрос поддержания работоспособности механизмов двигателя по мере роста тепловых и механических нагрузок вызвал поэтапное ужесточение требований к моторному маслу. Если первые ДВС смазывались касторовым маслом и очищенной нефтью, а позднее – простейшими продуктами её дистилляции, то современное моторное масло представляет собой высокотехнологичный продукт, каждый из ингредиентов которого обязан новейшим научным достижениям. Современное моторное масло уже сложно называть просто маслом, ведь оно превратилось в специальную рабочую жидкость по обеспечению «жизнедеятельности» двигателя внутреннего сгорания.

Несмотря на изобилие рынка моторных масел, выбор профессиональных продуктов, способных повысить технико-экономическую эффективность мобильной техники, не так велик. Отсутствие экспертных знаний у потребителя зачастую подменяется верой в рекламу, а громкие имена мировых нефтяных гигантов затмевают реальные достоинства их продукции. Лучший способ разобраться в ассортименте смазочной продукции – стать экспертом самому. Этому и посвящается настоящий публицистический цикл.

Начнем по порядку и рассмотрим такой болезненный вопрос, как угар моторного масла. Проблема повышенного расхода масла связана не только с дополнительными затратами на эксплуатацию техники, но и чревата риском повреждения и преждевременного выхода из строя двигателя. Стабильность уровня масла в картере ДВС – залог его надежной и длительной эксплуатации.

От чего зависит расход моторного масла? Для ответа на вопрос вспомним из чего он складывается. Складывается расход масла из потерь на его испарение при высоких температурах и убыли вследствие сгорания в цилиндрах двигателя. Соответственно, испарение зависит от химического (фракционного) состава базового масла, из которого производится моторное масло, а угар – от вязкостных его характеристик и состояния цилиндро-поршневой группы двигателя.

Составляющая 1: испаряемость моторного масла, тест NOACK

Склонность к испарению моторного масла регламентируется стандартами API (американский институт нефти), АСЕА (ассоциация европейских автомобилестроителей) и ОЕМ (оригинальные производители оборудования) с помощью специального теста Селби-Ноака (Selby-Noack). Стандартизирован тест Селби-Ноака в методе ASTM D5800 и заключается в имитации высокотемпературной испаряемости масла в двигателе путём выдерживания пробы масла в специальном приборе при температуре 250°С в течение 1 часа. Испаряемость выражается в процентах. Чем меньше процент испарения в тесте, тем более стабильно масло к угару. Зная показатель NOACK можно предсказать интенсивность угара масла в вашем двигателе. Наиболее «либеральные» – на уровне около 15% – требования к испаряемости демонстрирует стандарт API. Более жесткие – около 13% – требования предъявляют производители двигателей (ОЕМ).

Автоматический прибор для определения испаряемости масел по методу Селби-Ноака (ASTMD5800)

В любом случае требования стандартов представляют собой минимальный уровень показателей, ниже которого снижаться нельзя. Передовые производители смазочно-эксплуатационных материалов выдвигают к собственной продукции более высокие требования, задавая тон и формируя основу для новых стандартов. Как это ни удивительно, но наиболее высокие характеристики демонстрируют отнюдь не всегда именитые бренды. Судить о качестве следует не по рекламной назойливости производителя, а по техническим характеристикам продукта, ведь смазочный материал – это эксплуатационное средство и характеризуется он не абстрактным понятием «качество», а эксплуатационными характеристиками.

Качество смазочного материала это эксплуатационные характеристики, выраженные в виде физических величин посредством числовых показателей, которые могут быть измерены по принятым стандартным методикам с помощью стандартизованных приборов.

Из вышесказанного следует, что бытовые трактовки понятия «качество» или оценка с точки зрения престижа, к смазочным материалам не применимы, ведь это не наручные часы и не норковая шуба. Смазочный материал – это средство по обеспечению работоспособности и экономической эффективности машины.

Составляющая 2: склонность моторного масла к угару, типы модификаторов вязкости

Существенной составляющей в общем расходе масла выступает его угар. Угаром называют убыль масла в картере двигателя вследствие его просачивания через зазоры в цилиндро-поршневых сопряжениях в камеры сгорания. В основном это явление характерно для изношенных двигателей. Однако в последнее время повышенным угаром масла страдают двигатели некоторых весьма передовых автопроизводителей, являя собой пример обратной стороны прогресса. В погоне за повышением механического КПД и экологических показателей двигателя автопроизводители применяют облегчённые поршневые группы с ослабленным прижатием поршневых колец к поверхности цилиндра и облегченными маслосъёмными кольцами. Сложно комментировать, насколько велико влияние этого технического решения на экологические показатели, но «прожорливость» к маслу и сниженный ресурс этих двигателей представляет собой известную проблему для автовладельцев.

Однако вернёмся к моторным маслам, опустив детали, связанные с конструктивными особенностями и состоянием двигателей.

Современные моторные масла характеризуются прежде всего всесезонностью, которая обеспечивается высоким индексом вязкости на уровне не менее 150-160 относительных единиц. Полностью синтетические масла с естественно высоким индексом вязкости к угару практически не склонны. Ему обычно подвержены минеральные и полусинтетические моторные масла, загущенные специальными полимерами – модификаторами вязкости. Для понимания явления рассмотрим принцип действия модификатора вязкости.

Улучшение вязкостно-температурных свойств смазочного материала за счёт загущения маловязкого базового масла специальным модификатором вязкости напоминает процесс приготовления …киселя. Да-да, загущающий полимер работает подобно крахмалу. Представляя собой высокомолекулярное вещество с высокой степенью полимеризации, молекула модификатора при нагревании разворачивается, формируя в среде масла разветвлённую пространственную структуру. Образование такой разветвлённой структуры напоминает набухание крахмала в горячем компоте. «Набухающий» по мере повышения температуры масла загущающий полимер компенсирует разжижение базового масла. Загущенное таким образом масло при обычных температурах сохраняет вязкость исходного низкотемпературного масла, в то время как при высоких температурах поддерживается заданная рабочая вязкость. Модификатор вязкости создаёт эффект автоматического поддержания стабильной вязкости в широком диапазоне температур.

Однако с загущенными маслами не всё так просто. Некоторые «бюджетные» типы модификаторов вязкости склонны разрушению. Молекулы загустителя при высоких температурах и интенсивном механическом воздействии рвутся, превращаясь в исходные структурные звенья, не способные образовывать пространственную структуру. В результате вязкость масла падает до своего изначального значения с полной потерей рабочих вязкостно-температурных характеристик.

Типы модификаторов вязкости. Разрушение молекулы модификатора

При утрате рабочих вязкостных характеристик падает несущая способность моторного масла, снижается давление в системе смазки и увеличивается угар масла. Вследствие этих явлений резко возрастает износ двигателя и создается опасность аварийного выхода его из строя. Сигналом потери вязкостных свойств моторного масла служит «подмигивание» лампы аварийного снижения давления в системе смазки двигателя при малых частотах вращения.

Внимание! Если при работе двигателя на холостом ходу и неустойчивых переходных режимах периодически вспыхивает лампа аварийного снижения давления в системе смазки, необходимо не только срочно сменить моторное масло, но и сменить производителя масла!

Данное явление характерно для так называемых «бюджетных» масел. Связано оно с использованием в их производстве таких же «бюджетных» присадочных композиций, включая модификаторы вязкости. Экономия за счёт использования «дешевых» масел оборачивается затратами на более частую замену масла и сокращение ресурса двигателя. Физико-химические явления, объясняющие потерю вязкостно-температурных характеристик моторного масла мы раскроем в отдельном эссе, так как в рамках одной статьи, увы, обо всём не расскажешь.

В качестве иллюстрации рассмотрим сравнительную таблицу показателей наиболее широко применяемых в России моторных масел и попробуем сделать выводы о том, насколько они адаптированы к местным условиям. Для корректности сравнения целенаправленно были использованы не данные, заявленные производителем моторного масла, а результаты испытаний контрольных проб в независимой лаборатории международного исследовательского центра горюче-смазочных материалов (г. Москва).

В порядке убывания степени адаптированости к российским условиям эксплуатации разместим комментарии об испытанных моторных маслах:

1. Katana Makuri E7 10W-40

Очень высокий запас щелочного числа 15,52 мг КОН/г наилучшим образом соответствует эксплуатации двигателя на российских дизельных топливах с содержанием серы до 0,03%,
Динамическая вязкость в тестах CCS и MRV отражает хорошие пусковые свойства при низких температурах.
Тест на испаряемость Noack 8,37%, наименьший среди исследованных масел, отражает минимальную склонность к угару.
Температура застывания минус 40°С, хотя и с не большим отрывом на фоне прочих образцов, наилучшая.
Содержание магния и кальция свидетельствует об использовании весьма современных кальциевых щелочных присадок, гарантирующих максимальный ресурс масла.
Присутствие бора свидетельствует о применении в композиции присадок передового модификатора трения.

1. Shell Rimula R5 М 10W-40

Очень высокий запас щелочного числа 15,52 мг КОН/г соответствует эксплуатации двигателя на российских дизельных топливах с содержанием серы до 0,03%,
Динамическая вязкость в тесте CCS отражает хорошие пусковые свойства при низких температурах.
Температура застывания минус 42 – на фоне конкурентов минимальная.

1. Total Rubia Polytrafic 10W-40

Запас щелочного числа 9,76 мг КОН/г соответствует европейскому стандарту сернистости дизельных топлив на уровне до 0,001%. При эксплуатации двигателя на российских дизельных топливах ресурс моторного масла будет ограничен.
Температура застывания минус 39°С среди испытанных образцов – одна из лучших.
Содержание кальция и незначительного количества магния свидетельствует об использовании весьма современных и эффективных щелочных присадок.
Присутствие бора и молибдена свидетельствует о применении в композиции присадок самых передовых модификаторов трения.

1. Shell Rimula R5 E 10W-40

Запас щелочного числа 10,01 мг КОН/г соответствует европейскому стандарту сернистости дизельных топлив на уровне до 0,001%,
Тест испаряемости Noack 10,00% отражает достаточно низкую склонность к угару.
Температура застывания минус 39 – на фоне конкурентов довольно низкая.
Содержание магния и кальция свидетельствует об использовании ультрасовременных кальциевых щелочных присадок.
Присутствие бора свидетельствует о применении в композиции присадок передового модификатора трения.

1. Gazpromneft Diesel Premium 10W-40

Запас щелочного числа 10,73 мг КОН/г соответствует европейскому стандарту сернистости дизельных топлив на уровне до 0,001%. При эксплуатации двигателя на российских дизельных топливах ресурс моторного масла будет ограничен.
Температура застывания минус 36°С – приемлемая для данного класса масел.
Содержание кальция и незначительного количества магния свидетельствует об использовании весьма современных и эффективных щелочных присадок.

1. Mobil Delvac MX Extra 10W-40

Запас щелочного числа 9,89 мг КОН/г соответствует европейскому стандарту сернистости дизельных топлив на уровне до 0,001%. При эксплуатации двигателя на российских дизельных топливах ресурс моторного масла будет ограничен.
Температура застывания минус 39°С характеризует хорошие низкотемпературные свойства масла.
Содержание кальция и магния свидетельствует об использовании устаревших щелочных присадок.

1. Лукойл Авангард Ультра 10W-40

Запас щелочного числа 11,00 мг КОН/г соответствует европейскому стандарту сернистости дизельных топлив на уровне до 0,001%. При эксплуатации двигателя на российских дизельных топливах ресурс моторного масла будет ограничен.
Динамическая вязкость в тестах CCS и MRV отражает хорошие пусковые свойства при низких температурах.
Тест на испаряемость Noack 10,27%, отражает среднюю склонность к угару.
Температура застывания минус 35°С – «худшая» среди испытанных образцов.
Содержание магния и кальция свидетельствует об использовании устаревших кальциево-магниевых щелочных присадок.
Присутствие молибдена свидетельствует о применении в композиции присадок передового модификатора трения.

1. ТНК Revolux D3 10W-40

Запас щелочного числа 9,91 мг КОН/г соответствует европейскому стандарту сернистости дизельных топлив на уровне до 0,001%. При эксплуатации двигателя на российских дизельных топливах ресурс моторного масла будет ограничен.
Динамическая вязкость в тестах CCS и MRV отражает приемлемые пусковые свойства при низких температурах.
Тест на испаряемость Noack 14,64%, наибольший среди исследованных масел, отражает высокую склонность к угару. Это худший показатель в данном исследовании.
Температура застывания минус 37°С – средняя среди образцов.

Настоящая статья не преследовала цель сделать рекламу определённому продукту или производителю. Смысл сказанного заключается в том, чтобы читатель стал максимально независимым экспертом и научился делать самостоятельный выбор моторного масла по техническим характеристикам, но не по рекламе.

В таблице ключевых технических характеристик моторного масла для дизельных двигателей приведено несколько показателей, которые мы ещё не рассматривали. Об этих показателях читайте в наших следующих статьях.

До новых встреч на страницах нашего блога!

Традиционной смазкой для карданных крестовин в нашей стране считается смазка №158. Седовласые механики помнят историю о, якобы, авиационном её происхождении. Но единственным звеном, связующим эту заурядную автотракторную смазку с авиацией, оказалось базовое масло МС-20, которое считается авиационным. Из всех достоинств МС-20 лишь сообщало смазке №158 необходимые вязкостно-нагрузочные свойства. Это уже позднее пластичные смазки с вязкостью базового масла 220 сСт настолько прочно утвердились в автотракторной технике, что стало трудно представить себе что-то иное.

Кстати, красивый синий цвет 158-й придаёт специальный пигмент – фталоцианин меди, который сообщает смазке некоторые антиокислительные и трибологические свойства. Увы, с точки зрения последних достижений этих скромных качеств недостаточно и современные смазки легируются современными высокоэффективными присадочными композициями. А синий цвет, ставший традиционным маркером универсальных автомобильных смазок, обеспечивается просто синим красителем. Функционального назначения он не имеет.

В качестве примера современной смазки для карданных крестовин рассмотрим популярную в России синюю автомобильную смазку Elit X EP2 от компании АРГО. Вот её характеристики:

Из приведенных характеристик смазки Elit X обращает на себя внимание нагрузка сваривания 2930 Ньютон, вдвое превышающая данные показатель смазки №158, а также максимальная температура применения до +160ºС. Высокотемпературные свойства смазки №158 едва превышали 100ºС. Однако основным практическим достоинством современных автомобильных смазок выступает их универсальность. Смазки на минеральном масле вязкостью 160-220 сСт и комплексно-литиевом загустителе применяются для обслуживания всех узлов шасси автомобиля или гусеничной тележки трактора.

На этом обзор завершаем, а о других смазочных материалах для автомобилей и оборудования читайте, друзья, в нашем блоге на сайте компании МКСМ.

До новых встреч!