Моторные и трансмиссионные масла

Вязкость прокачиваемости определяется по стандарту ASTM D 4684 и характеризует возможность притока масла в масляный насос и создания нужного давления в системе смазки при запуске двигателя. Определение вязкости прокачиваемости было введено после того, как было замечено, что некоторые масла (SAE 10W-30 и SAE 10W-40) после пребывания определенного времени (более 24 часов) при низкой температуре, теряют текучесть и становятся желеобразными.

Производители масел часто приводят сравнение легкости запуска двигателя и скорости достижения маслом удаленных точек смазывания при разных степенях вязкости применяемых масел. Подобные аргументы позволяют убедить потребителей в необходимости применения новых высококачественных продуктов с улучшенными низкотемпературными свойствами.

Рисунок 6 наглядно показывает, что масла зимнего ряда с более низкой степенью низкотемпературной вязкости (SAE 5W....., SAE 10W...) выгодно применять для облегчения запуска двигателя и существенного снижения его износа, поскольку в первые секунды работы двигателя, при недостаточном поступлении масла к удаленным точкам смазывания, проявляется наиболее сильное изнашивание.

В качестве дополнительной информации о низкотемпературной вязкости при создании нового масла или при изменении рецептуры, SAE рекомендует определять некоторые новые характеристики: температуру прокачиваемости по методу ASTM D 3829, вязкость при низкой температуре и низкой скорости сдвига (тенденцию к желеобразованию или индекс желатинизации) на сканирующем вискозиметре Брукфильда по методу ASTM D 5133, 5133, а также фильтруемость моторных масел при низкой температуре, которая показывает тенденцию образования твердых парафинов или других неоднородностей, способных к закупориванию масляного фильтра.

Сравнение вязкости при 0°С масел с разной степенью вязкости по SAE

Показатели высокотемпературной вязкости моторных масел оцениваются на основе следующих значений:

· минимальной и максимальной вязкости масла (сСт) при температуре 100°С (по стандарту ASTM D 445);

· минимальной вязкости при температуре 150°С и высокой скорости сдвига (10⁶ с^-1) (метод ASTM D 4683 или, в Европе, метод СЕС L-36-А-90).

При эксплуатации двигателя особенно важна высокотемпературная вязкость при большой скорости сдвига, которая показывает поведение масла в узких узлах трения двигателя - в подшипниках коленчатого и распределительного валов, кривошипно-шатунного механизма и т.д.

Необходимая степень вязкости

Необходимая вязкость масла определяется на основании следующих факторов:

· особенности конструкции;

· степень износа двигателя;

· температура окружающей среды;

· режим работы двигателя.

При выборе степени вязкости моторного масла, следует руководствоваться рекомендациями производителя конкретного двигателя. Эти рекомендации основываются на конструктивных особенностях двигателя - степень нагрузок на масло, гидродинамическое сопротивление масляной системы, производительность масляного насоса, максимальные температуры масла в различных зонах двигателя в зависимости от температуры окружающей среды (особенности систем охлаждения). Рекомендации производителей автомобилей по применению моторных масел, в зависимости от температуры окружающей среды, приводятся в руководствах по эксплуатации.

Классификация по назначению и уровням качества

Качество масла - это комплекс свойств, который необходим для выполнения работы масла по назначению. Одни свойства, такие как вязкостные, являются основными для всех масел, независимо от их назначения, а другие необходимы только в определенных условиях применения и в каждом конкретном случае характеризуются обособленными показателями качества.

Для облегчения выбора масла требуемого качества для конкретного типа двигателя и условий эксплуатации, были созданы системы классификации. В каждой системе моторные масла подразделяются на ряды и категории, основанные на уровне качества и назначении. Эти ряды и категории созданы по инициативе международных организаций нефтеперерабатывающих компаний и автопроизводителей с учетом конструктивных особенностей различных типов двигателей и условий их эксплуатации. Назначение и уровни качества являются основой ассортимента масел. Ввиду некоторого различия в конструкциях и условиях эксплуатации, в настоящее время одновременно существуют несколько систем классификации моторных масел - API, ILSAC, JASO, ACEA .

Военное ведомство США и наиболее крупные производители автомобилей выдвигают дополнительные требования к качеству моторных масел. Таким образом, наряду с общепринятыми системами классификаций, существуют и требования (спецификации) производителей автомобилей.

Система классификации API

API система классификации моторных масел (API Engine Service Classification System) развивалась с 1969 года в результате совместной работы API, ASTM и SAE. Система полностью изложена в стандартах ASTM D 4485 "Стандартная спецификация на качество эксплуатационных свойств моторных масел" (Standart Performance Specification for Performance of Engine Oils) и SAE J183 APR96 "Качество эксплуатационных свойств моторных масел и эксплуатационные классификации двигателей (за исключением энергосберегающих масел)" (Engine Oil Performance and Engine Service Classifications (Other than "Energy Conserving"). Новый качественный шаг в развитии качества и классификации моторных масел был сделан в 1983-1992 годах, когда под руководством API и участии представителей производителей автомобилей (ААМА), двигателей (ЕМА) и технических союзов (ASTM и SAE) была создана и развита "Система лицензирования и сертификации моторных масле EOLCS" (Engine Oil Licensing and Certification System, API Publication No. 1509). Эта система постоянно совершенствуется. В настоящее время аттестация моторных масел проводится согласно требованиям EOLCS и "Свода правил СМА" (СМА Code of Practice).
По системе API (ASTM D 4485, SAE J183 APR96) установлены три эксплуатационные категории (три ряда) назначения и качества моторных масел:

· API S состоит из категорий качества моторных масел для бензиновых двигателей, идущих в хронологическом порядке. Для каждой новой генерации присваивается дополнительная буква по алфавиту: API SA, API SB, API SC, API SD, API SE, API SF, API SG, API SH и API SJ (категория SI - намеренно пропущена API, для исключения путаницы с Международной системой мер). Категории API SA, API SB, API SC, API SD, API SE, API SF, API SG на сегодняшний день признаны недействительными, как устаревшие, однако в некоторых странах масла этих категорий еще выпускаются, категория API SH является "условно действующей" и может использоваться только как дополнительная, например API CG-4/SH;

· API C состоит из категорий качества и назначения масел для дизельных двигателей, идущих в хронологическом порядке. Для каждой новой генерации присваивается дополнительная буква по алфавиту: API СA, API СB, API СC, API СD, API СD-II, API CE, API CF, API CF-2, API CF-4, API CG-4 и API CH-4. Категории API СA, API СB, API СC, API СD, API СD-II на сегодняшний день признаны недействительными, как устаревшие, однако в некоторых странах масла этих категорий еще выпускаются;

· API EC - энергосберегающие масла (Energy Conserving). Новый ряд высококачественных масел, состоящий из маловязких, легкотекущих масел, уменьшающих расход топлива по результатам тестов на бензиновых двигателях; существующие категории:

o API SH/ЕС (устаревшая) - экономия топлива не менее 1,5% по сравнению с эталонным маслом SAE 20w-30,

o API SH/ECII (устаревшая) - экономия топлива не менее 2,7% по сравнению с эталонным маслом SAE 20w-30,

o API SJ/EC (действующая) - экономия в зависимости от вязкости тестируемого масла (Приложение D)

Классификация, качество и маркировка этих масел регламентируются документами:

o API выпуск No. 1509 "Система лицензирования и сертификации моторных масел" (API Publication No. 1509 - Engine Oil Licensing and Certification System),

o ASTM D-2 предложение Р205 "Классификация энергосберегающих моторных масел" (ASTM D-2 Proposal 205 - Classification for Energy-Conserving Engine Oils),

o стандарт "SAE J1423 AUG94 "Классификация энергосберегающих моторных масел для легковых автомобилей и грузовых автомобилей особо малой и малой грузоподъемности" (SAE J1423 AUG94 - Classification of Energy-Conserving Engine Oil for Passenger Cars, Vans and Light-Duty Trucks).

Уменьшение вязкости масла может обеспечить экономию топлива в прогретом двигателе 0,6-5,5% (при снижении высокотемпературной вязкости), а в холодном - 1,0-6,5% (при снижении низкотемпературной вязкости). При оптимальной комбинации моторного и трансмиссионного масла можно достичь экономии топлива в размере 2,7-10,9%.

Универсальные масла для бензиновых и для дизельных двигателей обозначаются двумя символами соответствующих категорий: первый символ является основным, а второй указывает на возможность применения этого масла для двигателя другого типа. Например, API CG-4/SH - масло, оптимизированное для применения в дизельных двигателях, но его можно применять и в бензиновых двигателях, для которых предписывается масло категории API SH и ниже (SG, SF, SE и т.д.).

Знаки API. Масла, соответствующие требованиям действующих категорий качества и прошедшие официальные испытания API - SAE, имеют на своих этикетках графический круглый знак (donut mark) - "API символ обслуживания" (API Service Symbol), в котором указаны степень вязкости по SAE, категория качества и назначения по API и возможная степень энергосбережения (рис.7).

Новейшие категории масел сертифицированные API, в случае соответствия требованиям ILSAC, обозначаются "Символом Свидетельства сертификации API" (API Certification Mark), (рис.8), так называемым знаком "Звездного взрыва" ("Starburst"). Этот знак может присваиваться только энергосберегающим, легкотекучим маслам наивысшего уровня качества, с вязкостями SAE 0W-..., 5W-... и 10W-... . Система требований к маслам серии ILSAC GF является составной частью системы API Обеспечения Качества Американских Масел (EOLCS).

API сертификационный знак "Starburst"

Системы API - ILSAC предназначены для удовлетворения требований к маслам, используемым в двигателях американских и японских автомобилей. Требования европейских автопроизводителей несколько отличаются по причине конструктивных особенностей европейских двигателей. Несмотря на это, большинство моторных масел, поступающих на европейский рынок, маркируются знаками соответствия категориям качества API и, в редких случаях, даже "Символом Обслуживания API" (API Service Symbol).

Категории API. Определяющими показателями категорий масел являются:

комплекс физико-химических и эксплуатационных показателей качества, регламентируемых стандартом;

тип двигателя;

год выпуска;

назначение масла;

особенности режима работы двигателя и др.

Категории масел для бензиновых двигателей легковых автомобилей

Масла категории S (service) предназначены для бензиновых двигателей легковых автомобилей, микроавтобусов и грузовых автомобилей малой грузоподъемности.

категория API SF:

масла данной категории предназначены для двигателей моделей 1988 года и старше, питаемых этилированным бензином. Они имеют более эффективные, чем предыдущие категории, противоокислительные, противоизносные, антикоррозийные свойства и обладают меньшей склонностью к образованию высоко- и низкотемпературных отложений и шлака.

масла API SF заменяют масла API SC, API SD и API SE в более старых двигателях.

категория API SG:

лицензированная категория, утвержденная в 1988 году. Выдача лицензий прекращена в конце 1995 года. Масла предназначены для двигателей моделей 1993 года и старше, питаемых неэтилированным бензином. Удовлетворяют требованиям, выдвигаемым к маслам для дизельных двигателей категории API CC и API CD. Имеют более высокую термическую и противоокислительную стабильность, улучшенные противоизносные свойства, уменьшенную склонность к образованию отложений и шлама.

масла API SG заменяют масла категорий API SF, SE, API SF/CC и API SE/CC.

категория API SH (условно действующая):

лицензированная категория, утвержденная в 1992 году. На сегодняшний день категория является условно действующей и может быть сертифицирована только как дополнительная к категориям API C (например API AF-4/SH). По требованиям соответствует категории ILSAC GF-1, но без обязательного энергосбережения. Масла данной категории предназначены для бензиновых двигателей моделей 1996 года и старше. При проведении сертификации на энергосбережение, в зависимости от степени экономии топлива присваивались категории API SH/EC и API SH/ECII.

категория API SJ (действующая):

категория утверждена 06.11.1995, лицензии стали выдаваться с 15.10.1996. Масла данной категории предназначены для всех используемых в настоящее время бензиновых двигателей и полностью заменяют масла всех существовавших ранее категорий в более старых моделях двигателей. Максимальных уровень эксплуатационных свойств. Возможность сертификации по категории энергосбережения API SJ/EC.

проект категории API SL (на стадии разработки проектное название PS-06):

API планировал разрабатывать проект PS-06 как следующую категорию API SK, но один из поставщиков моторных масел в Корее использует сокращение "SK" как часть своего корпоративного имени. Для исключения возможной путаницы буква "К" будет пропущена для следующей категории "S".

стабильность энергосберегающих свойств;

пониженная летучесть;

удлиненные интервалы замены;

предполагаемое введение в действие - 2-ой квартал 2002-го года.

Категории масел для дизельных двигателей коммерческих автомобилей

Данные категории обозначаются буквой С (commercial).

категория API CC (устаревшая):

Категория введена в 1961 году. Масла для дизельных двигателей без наддува. Допускается применение для двигателей с турбонаддувом, работающих в легком или среднем режиме и для бензиновых двигателей большой мощности. Масла данной категории содержат антикоррозийные присадки и присадки предотвращающие образование высоко- и низкотемпературных отложений.

категория API CD (устаревшая):

Категория введена в 1955 году. Типичная категория масел для дизельных двигателей с турбонаддувом и без, для которых требуется эффективный контроль за накоплением продуктов износа. Допускается применение топлива с повышенным содержанием серы. Масла содержат присадки предотвращающие образование высокотемпературных отложений и предохраняющие подшипники от коррозии.

Соответствует требованиям MIL-L-2104C/D.

категория API CD + (устаревшая):

Категория создана для удовлетворения требованиям японских автопроизводителей. Масла обладают повышенной устойчивостью к окислению, загущению (под влиянием накопления сажи) и повышенной защитой клапанного механизма от износа.

категория API CD-II (устаревшая):

Категория введена в 1987 году. Масла данной категории предназначены для двухтактных дизельных двигателей. Эффективно подавляют износ и образование шлама.

Соответствует всем требованиям категории API CD.

категория API CE (устаревшая):

Категория введена в 1987 году. Масла предназначены для форсированных и мощных дизельных двигателей с турбонаддувом и без, работающих как при малых оборотах и больших нагрузках, так и при больших оборотах и больших нагрузках.

Заменяет масла категорий API CC и CD в более старых двигателях.

категория API CF (действующая):

Категория введена в 1994 году. Масла предназначены для внедорожной техники, для двигателей с распределенным впрыском, включая двигатели работающие на топливе с содержанием серы более 0,5% от массы. Масла данной категории эффективно подавляют образование нагара на поршнях и коррозию медных сплавов подшипников.

Заменяет масла категории API CD в более старых двигателях.

категория API CF-2 (действующая):

Категория введена в 1994 году. Масла предназначены для высоконагруженных двухтактных дизельных двигателей. Эффективно подавляют износ цилиндров и залегание (закоксование) поршневых колец.

Заменяет масла категории API CD-II в более старых моделях.

категория API CF-4 (действующая):

Категория введена в 1990 году. Масла предназначены для высокоскоростных мощных четырехтактных дизельных двигателей с турбонаддувом и без него, устанавливаемых на мощных магистральных тягачах. Отвечают всем требованиям качества категории API CE и, кроме того, обладают меньшим расходом на угар и меньшей склонностью к нагарообразованию на поршнях. При согласовании с требованиями категории API SG (API CF-4/SG), могут быть применены для бензиновых двигателей легковых и малых грузовых автомобилей. Отвечают повышенным требованиям по токсичности отработанных газов.

Заменяет масла категории API CE в более старых двигателях.

категория API CG-4 (действующая):

Категория представлена в 1995 году. Масла предназначены для высоконагруженных, высокоскоростных, четырехтактных дизельных двигателей грузовых автомобилей магистрального типа использующих топливо с содержанием серы менее 0,05% от массы и немагистрального типа (содержание серы может достигать 0,5% от массы). Эффективно подавляют образование высокотемпературного нагара на поршнях, износ, пенообразоване, окисление, образование сажи (эти свойства необходимы для двигателей новых магистральных тягачей и автобусов). Категория создана для удовлетворения требованиям стандартов США по токсичности отработанных газов (редакция 1994 года).

Заменяет масла категорий API CD, API CE и API CF-4. Основным недостатком, ограничивающим применение масел данной категории в мире, является относительно большая зависимость ресурса масла от качества применяемого топлива.

категория API CH-4 (действующая):

Проектное название API PC-7. Категория представлена 1 декабря 1998 года. Масла данной категории предназначены для высокоскоростных, четырехтактных двигателей выполняющих требования жестких стандартов 1998 года по токсичности отработанных газов. Отвечают высочайшим требованиям не только американских, но и европейских производителей дизельных двигателей. Специально сформулированы для применения в двигателях, использующих топливо с содержанием серы до 0,5% от массы. В отличие от категории API CG-4, допускается применение дизельного топлива с содержанием серы более 0,5%, что является важным преимуществом в странах, в которых распространены высокосернистые топлива (Южная Америка, Азия, Африка). Масла удовлетворяют повышенным требованиям по уменьшению износа клапанов и уменьшению образования нагара.

Заменяют масла категорий API CD, API CE, API CF-4 и API CG-4.

категория API PC-7.5 (проект)

В январе 1999 года требования по токсичности отработанных газов были существенно ужесточены. Для удовлетворения этим требованиям североамериканские автопроизводители внесли ряд конструктивных изменений в свои двигатели, что привело к увеличению уровня образования сажи в моторных маслах в три-пять раз. Для предотвращения вредных последствий наличия сажи в моторном масле (увеличение степени износа деталей двигателя и загущение масла), необходимо было ввести ряд дополнительных требований и испытаний. С этой целью предполагалось создать новую категорию с проектным названием API PC-7.5. Однако "Mack Truck" и "Cummins" создали новые методы испытаний Mack T-8E, Mack T-9, Cummins M-11 и выпустили собственные спецификации - Mack EO-M Plus и Cummins CES 20076. Требования данных спецификаций были признаны достаточными для удовлетворения требований к новым маслам со стороны других автопроизводителей и были включены, как дополнительные, в категорию API CH-4. Потребность в новой категории API PC-7.5 отпала.

категория API PC-8 (проект)

Проект создавался для удовлетворения потребностей японских автомобилестроителей. Был рекомендован для двигателей с пониженной эмиссией выхлопных газов. Не получил большой известности в связи с созданием нового японского стандарта JASO DX-1.

категория API PС-9 (проект)

Эта категория проектируется в связи с новыми экологическими требованиями, которые сформулированы Американским агентством по охране окружающей среды (EPA). Основным способом удовлетворения этих требований является система рециркуляции отработанных газов (AGR - exhaust gas recirculation). Для этого требуются изменение конструкции двигателей и придание новых эксплуатационных свойств моторным маслам. Одновременно прогнозируется повышение удельных мощностей двигателей. Основные отличия работы моторного масла в условиях рециркуляции выхлопных газов и повышенной удельной мощности:

- тенденция к образованию сильных кислот;

- повышенное образование сажи и, в связи с этим, загущение масла и повышенный износ деталей двигателя;

- более высокотемпературный режим работы двигателя и масла. Для оценки повышенных эксплуатационных свойств, вводятся новые моторные испытания на стендовых двигателях с рециркуляцией выхлопных газов: Cat 1Q, Mack T-10, Cummins M-11.

Категорию API PC-9 предполагается ввести в действие в 2002 году.

Сравнение требований к новейшим американским категориям моторных масел для дизельных двигателей

Испытание	API CD	API CD-II	API CE	API CF	API CF-2	API CF-4	API CG-4	APICH-4 (PC-7)
CRC-l 38. Коррозия подшипников, чистота поршня	+	+	+	++	++	+	+++	+++
Последовательность IIIE. Высокотемпературное окисление, износ и загущение масла							++	+++
CAT 1G2. Отложения на поршне	+	+	+
CAT 1 M-PC. Отложения на поршне и расход масла				+	++
CAT 1K. Отложения на поршне и расход масла						++
CAT 1N. Отложения на поршне и расход масла							+++	+++
Detroit Diesel 6V-92TA. Износ кольца и втулки в двухтактных двигателях		+			++
Mack T7. Прирост вязкости масла			+			+
Mack T8. Прирост вязкости масла от сажи							++	++
Mack T6. Износ колец и втулок, расход масла			+			+
Cummins NTC-400. расход масла, износ, отложения			+			++
GM 6,2 L, RFWT. Износ ролика-толкателя							+	+
Стендовое испытание коррозии						+	+	+
Пенообразование							+	+
HEU 1, Аэрация							+	+
Caterpillar TO-4								+
Allison C-4								+

Примечание: уровень требований: + - низкий; ++ - средний; +++ - высокий.

По старой системе API, основные свойства и назначение масла обозначались принятыми терминами и буквами. На сегодня эта система отменена, но в названиях современных марок масел иногда встречаются применявшиеся ранее термины.

Основные обозначения:

Regular oil - минеральное масло без присадок, полученное путем вакуумной дистилляции без дальнейшей обработки (straight mineral oil);

Premium oil - минеральное масло с противоокислительными присадками;

Heavy Duty oil, HD oil - масло с противоокислительными, моющими и диспергирующими присадками для мощных двигателей;

ML - масло для бензиновых двигателей, работающих в легких условиях (L - light);

ММ - масло для бензиновых двигателей, работающих в умеренно тяжелых условиях (М - moderate);

MS - масло для бензиновых двигателей, работающих в тяжелых условиях (S - severe);

DG - масло для дизельных двигателей, работающих в легких условиях (G - general);

DM - масло для дизельных двигателей, работающих в умеренно тяжелых условиях (М - moderate);

DS - масло для дизельных двигателей, работающих в тяжелых условиях (S - severe).

Категория энергосберегающих масел

Моторные масла, отличающиеся низкой вязкостью как при низкой, так и при высокой температуре могут быть сертифицированы на соответствие категории API EC "энергосберегающее" масло ("Energy Conserving" Oil). Ранее энергосбережение определялось по методике Последовательности VI (Sequence VI, ASTM RR D02 1204). Данная методика использовалась для сертификации масел категории API SH на уровни (степени) энергосбережения: API SH/EC - 1,5% экономии топлива и API SH/ECII - 2,7% экономии топлива, по сравнению с эталонным маслом SAE 20w-30.

С 1 августа 1997 года экономия топлива определяется по новой методике ASTM RR D02 1364, Последовательность VIA (Sequence VIA), согласно которой маслу может быть присвоена только одна степень энергосбережения (ЕС). Пример: API SJ/EС.

Энергосберегающие масла предназначены для легковых и грузовых автомобилей малой грузоподъемности. В настоящее время разрабатывается аналогичная категория масел для мощных дизелей.

Система классификации ILSAC

Американская ассоциация производителей автомобилей ААМА и Японская ассоциация производителей автомобилей JAMA совместно создали Международных комитет по стандартизации и апробации моторных масел ILSAC (International Lubricant Standardization and Approval Committee). От имени этого комитета издаются стандарты качества масел для бензиновых двигателей легковых автомобилей: ILSAC GF-1, ILSAC GF-2, ILSAC GF-3.

категория ILSAC GF-1 (устарела), полностью соответствовала требованиям качества категории API SH; вязкости SAE 0W-XX, SAE 5W-XX, SAE 10W-XX; где XX - 30, 40 ,50, 60;

категория ILSAC GF-2 - принята в 1996 году, должна соответствовать требованиям качества по категории API SJ, вязкости: дополнительно к GF-1 - SAE 0W-20, 5W-20;

категория ILSAC GF-3, проект опубликован в августе 1998 года, предполагается ввести в действие в 2001г. и будет соответствовать новой категории API Sl (PS 06).

Основные отличия масел категории ILSAC:

низкая вязкость -2,6-2,9 мПа с при температуре 150°С и скорости сдвига 10⁶ с^-1

малая летучесть (по Нок или ASTM);

хорошая фильтруемость при низких температурах (испытание "General Motors");

низкая склонность к пенообразованию (испытание ASTM I-IV);

высокая стабильность к сдвигу (L-38 не менее 10 часов) (shear stability);

обязательная экономия топлива (испытание ASTM, Sequence VIA);

малое содержание фосфора (для предотвращения засорения катализатора).

Система классификации JASO

JASO DX-1 (проект) - новая спецификация на моторные масла для высоконагруженных дизельных двигателей японских автопроизводителей, включающая процедуры испытаний применяемые в США, Европе и Японии.

Долгое время японские OEM"s рекомендовали к применению (за пределами Японии) масла категории API CD. Однако на сегодняшний день ни одна из спецификаций API не учитывает увеличивающиеся требования к качеству моторных масел для японских дизельных двигателей с низким уровнем токсичности отработанных газов. По этой причине сперва была создана дополнительная категория API CD+, а потом - проект новой категории API PC-8, который так и не был осуществлен. Японская организация автомобильных стандартов (JASO) приняла решение о создании собственной спецификации на моторные масла для дизельных двигателей японского производства. Необходимость в отдельной спецификации объясняется несколькими причинами:

Первая - это высокая степень износа деталей клапанного механизма, при применении масел с большим содержанием дисперсантов (особенно в маслах API CG-4). Для измерения защиты от износа, планируется проводить испытания на типичном японском двигателе Mitsubishi 4D34T.

Вторая - высокотемпературные отложения на поршнях. Как правило, верхнее кольцо в современных японских двигателях располагается ниже, чем в европейских и североамериканских, в результате чего максимальные температуры в зоне верхних поршневых колец существенно ниже. Для максимального соответствия реальным температурным условиям, измерения отложений на поршне планируется проводить на двигателе Nissan TD-25.

Третьей основной причиной для принятия новой спецификации является все большее распространение японских двигателей с системой повторного сжигания отработанных газов - exhaust gas recirculation (EGR). EGR способствует увеличению количества кислот сгорания, что может значительно усилить коррозионый износ. По этой причине в спецификации JASO DX-1, вероятно, будут включены требования по минимальному значения TBN (не менее 10 по методу ASTM D 4739, что приблизительно равно 11-12 TBN по методу ASTM D 2896).

Система классификации ССМС

Комитет производителей автомобилей Европейского Общего Рынка - ССМС (Commitee of Common Market Automobile Constructiors) был основан в 1972 году. В 1975 году ССМС опубликовал требования к качеству моторных масел применяемых в двигателях европейской сборки. Первые спецификации имели много общего с американскими спецификациями API и MIL. До 1996 года качество европейских моторныз масел регламентировалось спецификацией ССМС - "ССМС ряды европейских масел, применяемых для сервисного обслуживания" (CCMC European Oil Sequences for Service-Fill Oils). Последнее издание этой спецификации появилось в апреле 1991 года под номерами FL/19/91, Fl20/91. В 1991 году спецификация была переработана с учетом новых требований по продлению интервалов замены масла и требований по увеличению термической и окислительной стабильности, ввиду применения новых составов топлива и ужесточения эксплуатационных условий работы новейших двигателей.

Все это привело к введению дополнительных спецификаций:

ССМС G4, CCMC G5;

CCMC D4, CCMC D4;

CCMC PD2.

Спецификация ССМС G4:

с 1989 года заместила спецификацию ССМС G2;

масла нормальной вязкости SAE 10W-XX, SAE 15W-XX и SAE 20W-XX;

более высокие требования к качеству, чем по спецификации API SG, особенно по степени износа клапанных коромысел и по склонности к образованию высокотемпературных отложений;

ужесточены требования к противокислительной стабильности, шламообразованию и износу деталей двигателя.

Спецификация CCMC G5:

с 1989 года заместила спецификацию CCMC G3;

маловязкие легкотекучие масла SAE 5W-XX и SAE 10W-XX;

более высокие требования к качеству, чем по спецификации API SG, особенно по степени износа клапанных коромысел и по склонности к образованию высокотемпературных отложений;

по сравнению с CCMC G4 ужесточены требования к противоокислительной стабильности, моющим и противоизносным свойствам.

Спецификация CCMC PD2:

с 1989 года заместила спецификацию CCMC PD1;

ужесточены требования к залеганию (закоксовыванию) поршневых колец и степени износа коромысел клапанов.

Спецификация CCMC D4:

с 1989 года заместила спецификацию CCMC D2;

масла предназначены для мощных двигателей коммерческих автомобилей, работающих в условиях больших нагрузок;

более высокие эксплуатационные требования, чем у CCMC D2, особенно по износу стенок цилиндров и коромысел клапанов;

уменьшенный выброс сажи.

Спецификация CCMC D5:

с 1989 года заместила спецификацию CCMC D3;

масла предназначены для мощных высокоскоростных двигателей коммерческих автомобилей магистрального типа, работающих в тяжелых условиях;

продленный интервал замена масел;

более высокие эксплуатационные требования, чем CCMC D3, особенно по полированию стенок цилиндров;

уменьшенный износ коромысел клапанов;

уменьшенный выброс сажи;

соответствует спецификациям на масла SHPD.

Прежние спецификации системы CCMC соответствовали следующим американским спецификациям и стандартам:

- CCMC G1 - соответствовала API SE;

- CCMC G2 - соответствовала API SF;

- CCMC G3 - маловязкие всесезонные масла, превышающие требования API SF;

- CCMC РD1 - соответствовала API CD/SE;

- CCMC D1 - соответствовала спецификации MIL-L-46152 A;

- CCMC D2 - соответствовала спецификации MIL-L-2104 C;

- CCMC D3 - масла SHPD для европейских мощных и высокоскоростных дизельных двигателей.

Система классификации ССМС действовала до конца 1995 года.

Система классификации АСЕА

В 1991 году была создана Ассоциация производителей автомобилей Европы АСЕА (Association des Constructeurs Europeens d'Automobiles - Association of European Car Makers), которая взяла на себя функции ССМС, прекратившего свою деятельность в 1996 году. АСЕА создала новую систему классификации моторных масел, которая заменила систему ССМС. Оценка качества масел стала производиться, в основном, по европейским методам испытаний, разработанным Европейским координационным советом СЕС.

Система АСЕА действует с 1996 года, с момента опубликования документации о требованиях по качеству для европейских масел - "АСЕА ряды европейских масел" (АСЕА European Oil Sequences, FL/52/95). В этом документе указаны обязательные лабораторные и моторные испытания, контрольные показатели качества масел, которые применяются при техническом обслуживании автомобилей. В марте 1998 года было опубликовано новое издание спецификаций, которые вступили в силу с марта 1999 года. С этого времени вновь выпускаемые масла должны маркироваться со ссылкой на новые спецификации 1998 года. В апреле 2000 года планируется запретить ссылку на спецификации 1996 года.

Моторные масла разделяются на три класса:

А - класс масел для бензиновых двигателей;

В - класс масел для дизельных двигателей малой мощности (Light Duty) устанавливаемых на легковые и грузовые автомобили малой грузоподъемности;

Е - класс масел для мощных дизельных двигателей (Heavy Duty).

Уровень качества и назначение в каждом классе обозначается цифрами. Дополнительно указывается ссылка на год утверждения или изменения спецификаций (например, АСЕА Е2-96 или АСЕА Е4-99).

Требования европейских стандартов к качеству моторных масел являются более строгими, чем американских. В Европе условия эксплуатации и конструкция двигателей отличаются от американских:

более высокой степенью форсирования и максимальными оборотами;

меньшей массой двигателей;

большей удельной мощностью;

большими допустимыми скоростями передвижения;

более тяжелыми городскими режимами.

Ввиду этих особенностей, испытания моторных масел проводятся на европейских двигателях и по методикам отличающимся от американских. Это не позволяет напрямую сравнивать уровни требований и стандартов АСЕА и API.

Европейская система классификации АСЕА предусматривает лабораторные и моторные (стендовые) испытания, при помощи которых проверяются показатели качества для обеспечения гарантированной и непрерывной смазки двигателей при любых эксплуатационных и температурных условиях с учетом особенностей в Европе. Особое внимание уделено моющим свойствам, т.к. считается, что они являются одними из основных, обеспечивающих надежную и бесперебойную работу двигателей.

Новые требования 1998-1999 годов предусматривают включение новых испытаний и ужесточение требований по результатам существовавших испытаний.

Класс масел для бензиновых двигателей легковых автомобилей

категория АСЕА А1-96:

масла предназначены для двигателей, допускающих применение масел с низкой высокотемпературной вязкостью в условиях высоких скоростей сдвига (2,9-3,5 мПа*с), благодаря чему достигается достаточно высокая степень экономии топлива; для таких двигателей масло обладает достаточно высокими противоизносными свойствами; недопустимо применение масел этой категории для двигателей требующих HTHSRV>3,5 мПа с,

возможность применения этих масел определяется "Руководством по эксплуатации" конкретного автомобиля;

категория АСЕА А1-98:

по сравнению с А1-96, значительно ужесточены требования к эксплуатационным параметрам; новый уровень эксплуатационных свойств позволяет использовать масла данной категории в двигателях допускающих применение масел с HTHSRV менее 3,5 мПа*с, с удлиненными интервалами замены (например, VW 503.00); в двигателях данных конструкций достигается высокая степень энергосбережения, при высоком уровне защиты от изнашивания; включено обязательное испытание на экономию топлива СЕС L-54-Т-96 (М111);

категория АСЕА А2-96:

универсальные масла, допускаемые к применению в большинстве бензиновых двигателей при нормальных интервалах замены масла; уровень эксплуатационных свойств не обеспечивает достаточной степени защиты высокофорсированных двигателей;

категория АСЕА А2-96, выпуск 2:

требования к качеству остались без изменений (в сравнении с АСЕА А2-96).

категория АСЕА А3-96:

универсальные масла с высочайшими эксплуатационными свойствами для высокоэффективных мощных бензиновых двигателей; при указаниях автопроизводителей допускаются удлиненные интервалы замены, круглогодичное использование и применение в тяжелых режимах эксплуатации;

категория АСЕА А3-98:

в дополнение к А3-96, усложнены условия прохождения высокотемпературных тестов Peugeot TU3 (CEC-L-55-T-95) и GM-Buick (Sequence IIIE).

Для всего класса А введено новое испытание на склонность к пенообразованию при 150°С.

Класс масел для дизельных двигателей легковых автомобилей

категория АСЕА В1-96:

масла предназначены для двигателей, допускающих применение масел с низкой высокотемпературной вязкостью в условиях высоких скоростей сдвига (2,9-3,5 мПа*с), благодаря чему достигается достаточно высокая степень экономии топлива; для таких двигателей масло обладает достаточно высокими противоизносными свойствами; недопустимо применение масел этой категории для двигателей требующих HTHSRV> 3,5 мПа*с;

возможность применения этих масел определяется "Руководством по эксплуатации" конкретного автомобиля.

категория АСЕА В1-98:

по сравнению с В1-96, включены дополнительные проходные критерии при прохождении теста на двигателе ОМ 602А (СЕС-L-51-Т-95); включено обязательное испытание на экономию топлива М111 (FE) (СЕС-L-54-Т-96);

категория АСЕА В2-96:

универсальные масла, допускаемые к применению в большинстве дизельных двигателей (прежде всего без непосредственного впрыска топлива) легковых автомобилей и фургонов, при нормальных интервалах замены масла; уровень эксплуатационных свойств не обеспечивает достаточной степени защиты высокофорсированных двигателей;

категория АСЕА В2-98:

в дополнение к АСЕА В2-96, включены дополнительные проходные критерии при прохождении теста на двигателе ОМ 602А (CEC-L-51-T-95);

категория АСЕА В3-96:

масла с высокой стабильностью свойств, предназначенные для применения в высокопроизводительных дизельных двигателях (прежде всего без непосредственного впрыска топлива) легковых автомобилей и легких фургонов; при указаниях автопроизводителей допускаются удлиненные интервалы замены, круглогодичное использование и применение в тяжелых режимах эксплуатации;

категория АСЕА В3-98:

в дополнение к В3-96, включены дополнительные проходные критерии при прохождении теста на двигателе ОМ 602А (CEC-L-51-T-95).

Для всего класса В введено новое испытание на склонность к пенообразованию при 150°С.

категория АСЕА В4-98:

новая категория, предназначенная для применения в дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива легковых автомобилей и фургонов; базовые требования совпадают с требованиями категории В2-98; дополнительно проводится испытание в четырехцилиндровом двигателе VW D1 с непосредственным впрыском топлива (СЕС-L-54-T-96) объемом 1,9 литра.

Класс масел для мощных дизельных двигателей коммерческих автомобилей

категория АСЕА Е1-96:

масло, заменяющее ССМС D4, но более высокого качества;

стандартное масло для мощных дизельных двигателей без турбонаддува;

соответствуют требованиям спецификации "Mercedes-Benz" 227.1;

с сентября 1999 года этот класс исключен из классификации;

категория АСЕА Е2-96, выпуск 3:

новый промежуточный уровень качества, превышающий АСЕА Е1-96;

масло категории качества SHPD;

улучшенные противоизносные свойства, уменьшено полирование цилиндров, образование нагара и отложений (по сравнению с АСЕА Е1-96);

соответствует требованиям спецификации "Mercedes-Benz" 228.1;

соответствуют требованиям спецификации MAN 271;

категория АСЕА Е3-96, выпуск 3:

масло, заменяющее ССМС D5, но более высокого качества;

улучшенные свойства по сравнению с SHPD маслом АСЕА Е2-96;

соответствует требованиям спецификации "Mercedes-Benz" 228.3;

соответствуют требованиям спецификации MAN М3275;

категория АСЕА Е4-99:

новое, наиболее совершенное масло для мощных и быстроходных дизелей Euro 1, Euro 2 и Euro 3;

соответствуют требованиям спецификации "Mercedes-Benz" 228.5 и MAN М3277;

масло продленного интервала замены;

категория АСЕА Е5-99:

новое, наиболее совершенное масло, не имеющее аналогов по качеству;

для мощных и быстроходных дизелей Euro 1, Euro 2 и Euro 3;

отвечает требованиям не только европейских, но и американских производителей автомобилей;

масло отличается стабильностью свойств и предназначено для продленного интервала замены;

обеспечивает чистоту двигателя и лучше предохраняет детали от износа;

от масла Е4 отличается соответствием новым строгим требованиям, которые предъявляются к новейшим американским дизельным двигателям.

1.7 Показатели качества моторного масла. Браковочные показатели

Моторное масло - это сложное органическое соединение, обладающее взаимосвязанными физико-химическими и эксплуатационными свойствами. В процессе работы моторные масла подвергаются воздействию различных факторов, таких, как высокая температура, интенсивные контакты с кислородом воздуха и с продуктами сгорания топлива; каталитическое воздействие металлов и сплавов; изменение скоростного и нагрузочного режимов двигателя; техническое состояние двигателя; попадание в моторное масло топлива, воды, сажи и пыли, а также окисления самого масла и расходования, содержащихся в нем специальных химических добавок - присадок и т.д. К этому следует добавить, что условия эксплуатации автомобилей характеризуются не только колебаниями температур, но и значительными изменениями влажности, запыленностью, вибрациями и др. Эти факторы, воздействующие на моторное масло, приводят к постепенному изменению его первоначальных физико-химических свойств, в результате чего изменяются эксплуатационные свойства масел и показатели их качества (табл. 6.10.).

Недопустимое изменение любого эксплуатационного свойства масла может привести к ухудшению технического состояния двигателя.

Так изменение вяз костных свойств масла может привести к повышенному износу двигателей, снижению их мощности, ухудшению топливной экономичности, увеличению расхода масла на угар и т.д.

Ухудшение термоокислительной стабильности приводит к образованию тонких лакообразных отложений в высокотемпературных зонах - на поверхности камеры сгорания, в канавках поршневых колец и на самих кольцах. В низкотемпературных зонах проявлением термоокислительных процессов является образование шлама. Шлам скапливается в зоне маслоприемника, что может серьезно нарушить циркуляцию масла и тем самым вызвать повреждение двигателя. Шламообразные отложения являются самыми опасными, способными внезапно вызвать полную или частичную закупорку масляных каналов.

При плохой моюще-диспергирующей способности масла усиливается процесс накопления низкотемпературного шлама, так как моюще-диспергирующие присадки предназначены поддерживать в мелкодисперсном взвешенном состоянии загрязняющие примеси.

Изменение противоизносных свойств масла особенно сильно влияет на износ высоконагруженной трущейся пары двигателя - кулачок-толкатель механизма газораспределения. Низкий уровень этих свойств масла вызывает не только повышенное изнашивание пары, но и является причиной задира и питтинга ее рабочих поверхностей .

При снижении противокоррозионных свойств масла агрессивные продукты, содержащиеся в масле, способны вызывать коррозию всех металлических поверхностей (цилиндра, поршневых колец, шейки вала), но наиболее, уязвимым местом являются вкладыши подшипников коленчатого вала.

Таким образом, моторное масло, являясь конструктивным элементом системы "двигатель внутреннего сгорания - масло", оказывает влияние на техническое состояние двигателя. В то же время изменения, происходящие в работе систем и механизмов двигателя, влияют на изменение качества масла.

Нарушение нормальной работы воздухоочистителя приводит к проникновению дорожной пыли в двигатель, которая способствует процессу усиления абразивного износа трущихся деталей, что вызывает резкое возрастание в моторном масле концентрации металлов.

Повышенный износ цилиндропоршневой группы характеризуется большим прорывом газов в картер, что способствует загрязнению масла органическими примесями. Причем, топливо может играть значительно большую роль в образовании загрязняющих примесей, чем масло. Установлено, что при работе карбюраторного двигателя на пониженном тепловом режиме около 94% всех органических примесей в масле являются продуктами неполного сгорания топлива.

Само масло также участвует в образовании органических примесей.

Накопление продуктов окислительной полимеризации (органических примесей) быстро приводит к истощению термоокислительных свойств масла, особенно если в масле присутствуют продукты изнашивания двигателя. Они являются сильными катализаторами, ускоряющими процесс окисления.



Зависимость содержания нерастворимых в бензоле компонентов с включением коагулянта Сн от наработки масла Lм

При определенных условиях и наработке масла может наступить момент насыщения жидкой фазы масла твердыми частичками нерастворимых примесей. В такой момент начинается процесс коагуляции частиц. Частицы соединяются между собой в более крупные агломерации при помощи продуктов окисления, накапливающихся в масле. Удельный вес образовавшихся агломератов настолько велик, что они начинают выпадать в осадок по всей системе смазки. Попадая на горячие детали двигателя, они образуют различные лако и нагароотложения, которые в свою очередь ускоряют и предопределяют выход из строя деталей и механизмов двигателя. Этот момент японские исследователи считают предельным для работоспособности масла.

Количество нерастворимых примесей в масле определяется по содержанию нерастворимых компонентов в бензоле с добавлением коагулянта. В процессе эксплуатации происходит увеличение доли нерастворимых в бензоле компонентов с добавлением коагулянта, однако после критического момента происходит ее резкое уменьшение (рис. 10).

Это явление свидетельствует о достижении предела диспергирующей способности масла в отношении осадка. Для предупреждения этого необходимо проводить замену масла. В целом критическое содержание в масле нерастворимых в бензоле примесей характеризуется потерей диспергирующей способности, увеличением концентрации продуктов износа, срабатываемостью присадки.

Данное явление замедляется путем ввода в масло специальных моюще-диспергирующих присадок, которые поддерживают нерастворимые органические примеси в мелкодисперсном состоянии и нейтрализуют кислые продукты, попадающие в масло. В процессе эксплуатации присадки срабатываются, вступая в реакции с различными веществами. Срабатываемость присадок приводит к ускорению процесса коагуляции.

Основные источники загрязнения масла и их химический состав представлены в табл. 6.11.

Причиной ухудшения противокоррозионных свойств масла большинство исследователей считают наличие серы в топливе для дизельных двигателей и содержание галогенных веществ в бензине. В бензин вместе с присадками в виде свинца в качестве выносителей добавляют галогенные соединения на основе хлора и брома. Эти соединения снижают температуру плавления образовавшихся солей свинца и таким образом облегчают их удаление из двигателя с выхлопными газами. Но при горении галогенных соединений образуются продукты, которые снижают щелочность масла и могут быть причиной коррозии подшипников, а также оказывать влияние на износ и отложения в двигателе.

Накопление продуктов окисления оказывает влияние и на вязкостные свойства масел.

При установлении сроков службы масла в двигателях применяют показатели предельного состояния (браковочные показатели) при достижении которых необходимо заменять масло.



Источники загрязнения масла и состав продуктов загрязнения

Источник загрязнения	Характеристика загрязнений
	Наименование	Химический состав
Двигатель	Продукты износа	Fe, Al, Cu, Pb, Cr и др.
Топливо	Топливо и продукты неполного сгорания	Сажа, углерод, окислы серы, вода, топливо
Масло	Продукты окисления и полимеризации	Кислоты, оксикислоты, асфальтеновые кислоты, смолы, асфальтеты, карбены и карбоиды, мономеры и полимеры оксикарбоновых кислот, и др.
	Продукты взаимодействия и разложения присадки	Ba, Ca, Zn, их соли и металлоорганические соединения
Окружающая среда	Пыль, песок, вода	Al O SiO и алюмосиликаты различного состава, вода

Большинство исследователей в качестве браковочных показателей используют загрязненность масла, диспергирующие и кислотно-щелочные свойства. Реже в качестве браковочных показателей используются вязкость масла, коксуемость и некоторые другие.

За рубежом в качестве браковочных показателей рекомендуется применять щелочность, загрязненность и диспергирующую способность масла, оцениваемую капельной пробой, коксуемость, оптическую плотность и т.п. В качестве примера в табл. 6.12 приведены браковочные показатели, рекомендуемые в ФРГ.

Браковочные показатели качества масла, применяемые в ФРГ

Показатели	Максимальное значение, до которого может быть допущена работа двигателя	Браковочное значение, рекомендуемое для смены масла
Коксуемость по Конрадсону, % Нерастворимые в бензине примеси,% Асфальтены, % Содержание топлива, % Содержание воды, % Прирост вязкости	3,5 3,0 0,5 1,0 0,8 38,0	3,0 2,5 0,5 0,8 0,5 35,0

По мнению Васильевой Л.С. браковочными показателями обычно служат: изменение вязкости, температуры вспышки, щелочность, содержание загрязняющих примесей, воды и топлива, значения диспергирующих свойств масла и ряд других (табл. 6.13).

Браковочные показатели работавших масел

Показатель	Карбюраторные двигатели	Дизельные двигатели
Изменение вязкости, %:		35 20 3,0 1,0-3,0* 20 0,3 0,8 0,3 - 0,35 7 - 10
прирост снижение Содержание примесей, нерастворимых в бензине, %, не более Щелочное число, мг КОН/ 1г, не менее Снижение температуры вспышки, С, не более Содержание воды, %, не более Содержание топлива, %, не более Диспергирующие свойства по методу масляного пятна, усл. ед., не менее Стабильность по индикаторному периоду осадкообразования в приборе ДК-НАМИ, ч	25 20 1,0 0,5-2,0* 20 0,5 0,8 0,3 - 0,35 3 - 5

* - большие значения для масел высших групп

Таким образом, своевременная смена масла является одним из важнейших условий обеспечения надежной и долговечной работы двигателя, а также наиболее рационального и экономного использования самого масла.

Влияние факторов на изменение качества моторных масел

Влияние температуры окружающего воздуха на изменение качества моторных масел

Интенсивность изменения качества моторного масла существенно зависит от температуры окружающего воздуха. Известно, что с понижением температуры окружающего воздуха резко ухудшаются условия смесеобразования, и сгорания рабочей смеси, увеличивается накопление конденсатов бензина и воды в моторном масле, увеличивается вязкость моторных масел, в результате скопления воды возможен гидролиз моющих присадок или полное их вымывание.