Популярная маслография. Часть 4. Начало в № 9, 10 и 11/2014
Заканчивая этот небольшой цикл, поговорим о маслах для грузовых автомобилей. Пусть читатель извинит нас за некоторые повторы прежних публикаций. Это необходимо для логики изложения. Лучше повториться, чем отвлекаться на многочисленные ссылки «см. ”АБС-авто“ номер такой-то, страница такая-то». Пусть все будет здесь, на этих страницах. А теперь начнем.
Масляная летопись
Лет тридцать-сорок назад ассортимент моторных масел был невелик, а критерии выбора просты: бензиновый мотор или дизель, изношен или нет – вот, пожалуй, и все. Во главе отечественного масляного парада выступала «жигулевская всесезонка». Для машин-ветеранов искали что-нибудь погуще, а дизелисты использовали масло, прозванное в народе «камазовским».
Потом прилавки захлестнуло импортное изобилие, и автомобилисты растерялись: что покупать? К счастью, на рыночном троне воцарилось Универсальное Всесезонное Масло разнообразных классов вязкости. Его «титулы» говорили сами за себя – универсальность примирила дизель с бензиновым мотором, это облегчало выбор. Профессионалы автодела научились разбираться в классификациях API, ACEA и спецификациях производителей автомобилей.
Тем временем экологические требования к транспорту ужесточались, двигатели совершенствовались, ассортимент масел ширился. И вдруг оказалось, что универсальное масло уже не является венцом творения. Ведь любая универсальность – это компромисс. И чем совершеннее масло, тем труднее он достигался, слишком противоречивыми стали требования к моторам. Вновь возникла необходимость масляной специализации, но уже на качественно другом уровне.
Европейские производители масел предложили рынку новую идеологию выбора. Масла «легковые» и «грузовые». Масла чисто «дизельные». И разумеется, традиционные универсальные – рано списывать их со счетов, они еще послужат!
Новые линейки предоставили широчайшие возможности выбора масла под конкретный двигатель. Выбора снайперского, в «десяточку». Правда, для этого необходимо знать особенности этого самого конкретного двигателя.
«Откройте капот!»
Бензиновые грузовики медленно, но неотвратимо уходят в историю. А потому под капотом у грузовика дизель. Или под кабиной, если компоновка бескапотная. Значит, и моторное масло для грузового автотранспорта надо выбирать соответствующее – дизельное или универсальное (о бензиновых «ГАЗелях» тоже замолвим словечко, но ниже, в конце статьи).
Маркировка дизельных и универсальных масел регламентирована европейской классификацией АСЕА и американской API – как именно, можно узнать из справочной литературы. Пусть это будет маленьким домашним заданием. Характерно, что классификация API не разделяет дизели на легковые и грузовые – запомним это.
Говоря о дизелях, мы ориентируемся на магистральные грузовые автомобили, небольшие бортовые грузовики, коммерческие пикапы и фургоны. Маленьким приходится тяжелее, в их моторах масло работает в более жестких условиях, чем в двигателях шоссейных грузовиков.
Судите сами: масло в малоразмерных дизелях циркулирует интенсивнее. Больше у них и «удельная мощность», если считать на единицу периметра цилиндра. Отсюда повышенный, в сравнении с большими грузовиками, прорыв газов. Кроме того, среди «малых» дизелей встречаются двигатели с разделенной камерой сгорания, способствующей повышенному сажеобразованию (подробно об этом – в следующем разделе).
И еще одно важное замечание. Среда обитания дизельных легковушек, фургонов и пикапов – город с его пробками, частыми разгонами и торможениями. В то время как удел большегрузных машин – шоссе со стабильными режимами движения.
Производители автомобилей знают о нелегкой доле малоразмерных дизелей. Поэтому многие концерны предписывают менять масло в легких коммерческих грузовиках в среднем в 2,5 раза чаще, чем в шоссейных «монстрах». А теперь перейдем к специфическим задачам, стоящим перед дизельными и универсальными маслами.
И хлопья сажи измельчить…
Бензиновый двигатель и дизель работают на топливах с различными физическими и химическими свойствами. Воспламенение в этих моторах различается принципиально. В результате и процессы сгорания протекают по-разному.
В бензиновом моторе фронт пламени движется от свечи зажигания к периферии камеры. В дизеле самовоспламеняется каждая капля топлива. И сгорает она, образно говоря, «на правах богатой смеси», что приводит к повышенному образованию сажи. Это особенно проявляется в предкамерных и вихрекамерных дизелях, где цикловая подача производится в малый объем с недостатком воздуха. Именно здесь возникают самые крупные хлопья сажи. При непосредственном впрыске топлива сажевые частицы тоже образуются, но гораздо меньших размеров и в существенно меньшем количестве.
Сажа – это беда для масла. Во-первых, она действует как загуститель. И если ее содержание в масле достигает 3–4% (что при современных интервалах пробега до очередного ТО вполне реально), вязкость масла выходит за допустимый верхний предел. Последствия очевидны: затрудненный пуск, ухудшение прокачиваемости, грозящее задирами, и увеличение расхода топлива.
Во-вторых, суммарная площадь сажевых частиц во много раз превышает площадь смазываемых поверхностей двигателя. Чем это плохо? Да уже тем, что сажа «забирает» у масла противоизносные присадки. Вместо того чтобы химически модифицировать металлические поверхности деталей, присадки адсорбируются на частицах сажи и уносятся из зон трения.
В-третьих – сажа, которая может иметь достаточно «крупные» размеры, циркулирует внутри двигателя, осаждаясь на внутренних поверхностях и забивая масляные фильтры.
Можно ли бороться с сажей? Да, можно. Для этого необходимо ее тонко диспергировать и постоянно поддерживать во взвешенном состоянии. Измельченная сажа меньше влияет на рост вязкости, в гораздо меньшей степени снижает эффективность противоизносных присадок и не липнет к внутренностям двигателя. Когда по масляной системе «бегают» маленькие частицы, это не страшно.
Поэтому в универсальные масла вводят эффективные диспергирующие присадки – беззольные дисперсанты, способные в числе прочего дробить сажу.
Нечего «киснуть»
Чтобы впрыскиваемое топливо самовоспламенилось, температура воздуха в конце такта сжатия должна быть очень высокой. Поэтому степень сжатия у дизелей гораздо выше, чем у бензиновых моторов. Чем это грозит?
Во-первых, утечкой воздуха через лабиринт поршневых колец в такте сжатия. А воздух (уж извините за банальность!) содержит кислород, активно окисляющий масло.
Во-вторых, прорывом более богатых кислородом горячих газов в картер в такте расширения, что тоже сокращает срок службы масла.
В-третьих, благодаря той же повышенной температуре масляная пленка на стенках цилиндров в дизеле окисляется гораздо быстрее, чем в бензиновых моторах.
Кроме того, добиваясь более полного сгорания, конструкторы дизелей стремятся поднять верхнее компрессионное кольцо как можно выше, максимально приблизив его к камере сгорания. Тем самым уменьшается мертвый объем над кольцом, где скапливаются несгоревшие капельки топлива. Но при этом моторное масло работает ближе к камере сгорания, в более горячих условиях! Вот еще одна причина для нарушения термоокислительной стабильности масла.
Еще ряд неприятностей сулит… совершенствование самих дизелей. Для снижения эмиссии оксидов азота мощные грузовые дизели оборудуют системой рециркуляции отработавших газов.
Очень хорошее дело. Но вдумайтесь: при рециркуляции часть продуктов сгорания возвращается! А значит, агрессивные газы и твердые частицы контактируют с масляной пленкой на стенках цилиндров не только в такте расширения и выпуска, но и при впуске и сжатии.
Однако температура возвращенных газов при впуске и сжатии ниже первоначальной. Следовательно, создаются прекрасные условия для конденсации влаги и образования кислот из оксидов азота и серы, а это способствует коррозионно-механическому износу цилиндропоршневой группы.
Подытожим «кислотные» опасности, подстерегающие масло в дизеле. Окисление кислородом воздуха – раз; старение от прорыва газов – два; воздействие конденсата и кислот от системы рециркуляции – три.
И что же делать конструкторам универсальных и дизельных масел? Они знают решение: композицию присадок необходимо усиливать мощными антиоксидантами. А для борьбы с нагарообразованием вводить в масло больше эффективных моющих присадок – разумеется, в синергетическом содружестве с другими ингредиентами композиции.
А результатом будет отменная противоокислительная стойкость, подтвержденная «дизельными» категориями API и АСЕА. Такие масла не только долго служат, но и предохраняют двигатель от упомянутого коррозионно-механического износа.
Охлаждать принудительно
Как уже говорилось, температура в камере сгорания у дизелей существенно выше, чем у бензиновых собратьев. И механические нагрузки на детали больше. Поэтому конструкции поршней у дизелей более изощренные. Казалось бы, при чем тут моторное масло? А вот при чем.
В современных дизелях применяют системы принудительного охлаждения поршня – все тем же моторным маслом. Причем схем охлаждения несколько. Масло может подаваться через отверстие в верхней головке шатуна либо впрыскиваться форсункой, установленной в блоке, но его задача не меняется: омывать днище поршня изнутри, снижая температуру в зоне поршневых колец.
Выполнив свою работу, масло свободно стекает в картер. Правда, есть системы, метко прозванные «коктейль-шейкер» – когда масло задерживается в специальном кармане под днищем поршня. Там оно взбалтывается, будто в шейкере у бармена, и эффективно охлаждает днище поршня, постепенно стекая в картер. Масло в карман поступает непрерывно.
Итак, налицо мощное тепловое воздействие на масло. Значит, необходимо обеспечивать его высокую термическую стойкость. Она достигается тщательным подбором базового масла, причем наилучшие результаты дает «синтетика». Недаром конструкторы современных масел широко используют синтетическую базу или близкие по качеству VHVI (продукты гидрокрекинга).
Снижать зольность
К сожалению, некоторое количество масла сгорает в двигателе – ведь масляная пленка на стенках цилиндров присутствует всегда. А современные автомобили оснащают сажевыми фильтрами, которым категорически противопоказана сульфатная зольность. Значит, ее необходимо снижать – что и делается производителями моторных масел.
Но как же быть с зольными детергентами – присадками, поддерживающими внутренности двигателя в чистоте? Химики нашли ответ и на этот вопрос: они заменили зольные детергенты беззольными моющими присадками.
Откроем документацию современного моторного масла. Читаем: «синтетическое моторное масло последнего поколения, изготовленное по технологии «low SAPS». Расшифруем этот ребус: «low» – низкий; SA – сульфатная зольность (от sulphate и ash – зола); P – фосфор (phosphorus), S – сера (sulphur). Итак, это масло характеризуется низкой сульфатной зольностью и малым содержанием серы и фосфора. Так обеспечивается сохранность не только сажевых фильтров, но и каталитических нейтрализаторов отработавших газов.
Вернемся к документу: «…предназначено для использования в бензиновых двигателях и дизелях, отвечающих нормам EURO IV, как снабженных фильтром твердых частиц (DPF) и трехкомпонентным катализатором отработанных газов (TWC), так и без них». Как говорится, комментарии излишни.
Не полировать
Всем известно, что хонингование цилиндров способствует удержанию масляной пленки – той самой, что обеспечивает смазку пары «поршень-цилиндр». При этом глубина канавок после хонингования составляет около 3 мкм.
Если головка поршня покрыта твердым нагаром, при перекладке хонинговальные риски стираются. Возникнет известный эффект полировки цилиндра. Масляная пленка на стенках цилиндра уже не держится. В зазор между кольцом и цилиндром увеличивается прорыв газов в картер и расход масла на угар, поршень может перегреваться, что увеличивает вероятность задира. Разумеется, это приводит к необходимости ремонта блока.
В силу некоторых конструктивных особенностей полировка цилиндра свойственна мощным дизелям, производимым в Европе. Потому европейская классификация оговаривает и ограничивает степень полировки. Борются с ней, усиливая моющие свойства масел для предотвращения высокотемпературного нагарообразования.
А вот американские дизели полировкой цилиндров не страдают. Поэтому в масла для них вводят меньше зольных детергентов, но увеличивают количество беззольных дисперсантов для дробления уже упоминавшейся сажи.
Посмотрим на характеристики тех или иных масел. Если они аттестованы по дизельным категориям АСЕА, то способны эффективно противостоять эффекту полировки цилиндров – композиция присадок гарантирует.
Масло и топливо
В разговоре о дизельном масле не обойтись без дизельного топлива. В России оно издавна «славилось» повышенным содержанием серы, поскольку вырабатывалось из сернистых нефтей. Сера оказывает колоссальное влияние на «срабатывание» масляных присадок. Все просто: сгорая, сера образует оксиды SO2 и SO3. Соединяясь с парами воды, они образуют сернистую и серную кислоты, снижающие щелочное число масла и, следовательно, его нейтрализующую способность. Все это влечет повышенный коррозионный износ цилиндропоршневой группы. Кроме того, снижается эффективность детергентов – образно говоря, кислоты отнимают у них соли металлов с моющими свойствами.
Этим губительным процессам противостоят вводимые в дизельное масло щелочные присадки. Кроме того, в продукте увеличивают содержание моющих и диспергирующих присадок.
Сегодня благодаря экологическим требованиям содержание серы в европейском дизельном топливе снижено на порядки. Однако это палка о двух концах. Ведь сера играет роль природной присадки, предотвращающей износ топливной аппаратуры. Поэтому в малосернистое топливо вводят специальные противоизносные присадки.
Многие современные масла уживаются как с малосернистым, так и высокосернистым дизельным топливом – просто в последнем случае менять масло придется чаще.
Немного о спецификациях
Все автопроизводители имеют собственные спецификации на дизельные масла – в том числе и для грузовиков. Достаточно назвать такие имена как Daimler, Cummins, MAN, Scania, Volvo и др. Без таких спецификаций никуда: ведь каждый двигатель индивидуален, а масло – полноправный и весьма специфический элемент его конструкции.
Допуск по спецификации производителя автомобиля… Ему предшествуют долгие часы испытаний в лаборатории, на стенде, трассе, и рассказывать об этом можно бесконечно. Полагаем, читателю будет интересно ознакомиться с таблицей, предоставленной редакции ведущими российскими специалистами по моторным маслам. В ней отражены сведения о требованиях «грандов» к моторным маслам для своей техники: наименование собственной спецификации и базовые уровни ACEA и API; рекомендуемые классы вязкости по SAE и особые условия – например, ограничения по сульфатной зольности.
Вот, например, двигатели Cummins. Спецификация Cummins Engineering Standart (CES) 20071 и API CH-4 регламентируют требования к маслам для дизелей, поставляемых на американский рынок. А CES 20072 и АСЕА Е 3, соответственно, на европейский.
И что же? Сульфатная зольность масла для «американцев» ниже, чем для «европейцев», что вполне согласуется с наличием зольных детергентов и эффектом полировки цилиндра, о чем говорилось в предыдущих разделах.
Возьмем широко распространенные в нашей стране грузовые автомобили Mercedes. В третьей строке Daimler находим базовые требования: спецификация МВ 228.2/3, категория ACEA B2/E3. А теперь посмотрим в следующую, четвертую строку, где значатся требования для более современных грузовых автомобилей Mercedes. Спецификация МВ 228.5, «сезонность» уже не допускается, только всесезонное масло. Это продиктовано требованиями к энергосберегающим свойствам масла.
А вот очень любопытный пример. Спецификация MAN M3477 требует, чтобы сера в масле присутствовала только в составе присадок. Значит, базовое масло должно быть вообще свободно от серы. Такое возможно лишь в двух случаях: во‑первых, при полностью синтетической базе, во‑вторых, при гидрокрекинговой базе.
Может ли полусинтетическое масло соответствовать этой спецификации? Не спешите говорить «нет». Может, если минеральная составляющая базы получена гидрокрекингом. И такие примеры есть. Вот какие интересные факты можно выяснить, если поработать со спецификациями производителя автомобилей.
О российской специфике
Российский грузовой парк – это КамАЗы, МАЗы, КрАЗы, ЗИЛы и прочие «свои, любимые» с дизелями в основном ярославского производства. А еще – Mercedes, Scania, Volvo и другие иноземцы. Встречаются и дети от смешанных браков – «бычки» с двигателем Caterpillar или «Уралы» c Iveco.
Чем отличаются российские условия эксплуатации от западных? Думаем, не откроем большого секрета, если отметим худшее (менее стабильное) качество дизельного топлива; опять же худшее состояние автомобильных дорог; и не столь благоприятные климатические условия.
О топливе, в частности, о содержании в нем серы, мы уже говорили. Состояние автодорог снижает скорость движения, – следовательно, время работы масла в пересчете на километр пробега увеличивается. Масло стареет быстрее, а частые холодные пуски и необходимость длительного прогрева в холода тоже не прибавляют ему жизни.
В итоге для эксплуатируемых в России импортных двигателей пробеги между заменами моторного масла рекомендуется сократить – примерно в 2 раза в сравнении с установленными в Европе.
И еще о нашем, о российском. Дизелизация грузового транспорта – дело хорошее, но давайте будем реалистами. По дорогам страны все еще колесят ЗИЛ-130, ГА3–52, ГА3–53 и подобные им грузовики с моторами под «семьдесят шестой» бензин. Оставить их без рекомендаций было бы несправедливо.
А мы и не оставим: в ассортименте производителей масел всегда найдется бюджетный продукт, рекомендованный для старых российских автомобилей. Что касается популярных грузовичков «Газель», то ориентиры могут быть такими. Для двигателя ЗМЗ-402, откатавшего два-три десятка тыс. км, подойдет недорогая «минералка», а для ЗМЗ-4063.10 – любое полусинтетическое или гидрокрекинговое масло. Класс вязкости по SAE подбирается стандартным образом: с учетом сезона и степени изношенности двигателя.
Итак, разработчики современных «грузовых» масел постарались учесть все нюансы дизеля. Что касается конкретных советов, они известны. При выборе масла следует ориентироваться на категории API и АСЕА и допуски производителей автомобилей. Для импортных дизелей, эксплуатируемых в России, пробеги между заменами моторного масла рекомендуется сократить, о чем уже говорилось. Впрочем, растущее качество нашего дизельного топлива вселяет надежду, что эта рекомендация совсем скоро уйдет в прошлое.
