Три темы, три проблемы
Вместе с двигателями совершенствуются и моторные масла. А поскольку процесс это непрерывный, тема масел в наступившем году будет продолжена.
Мы рассмотрим три тенденции развития этого продукта: создание маловязких масел – раз; снижение содержания фосфора, серы, а также сульфатной зольности – два; разработка и внедрение нового поколения присадок в угоду экологическим требованиям – три.
Эти задачи тесно связаны между собой. И решают их все мировые производители моторных масел и присадок – каждый в своих научных центрах и лабораториях.
В этот раз мы лишь обозначим перечисленные проблемы – откуда они возникли, что дает их решение и т. д. А в ближайшие месяцы эти темы будут рассмотрены более подробно. Итак, за работу!
Все ниже, и ниже, и ниже…
Как мы уже писали однажды, к маловязким относятся масла, у которых летний класс вязкости меньше или равен 30. Например, масла 5W-30 и 0W-20 – маловязкие, а 5W-40 уже нет.
Широкое использование таких масел имеет свои причины. В последние десятилетия промышленность активно занималась снижением выбросов автомобильных двигателей. А экологи пролоббировали ряд законов, жестко их ограничивающих.
Результаты были впечатляющие, вредные выбросы двигателей существенно снизились. Однако сегодня автомобильная техника достигла такого уровня, что снижать в отработавших газах количество СО2, СО, NOx и СН, образно говоря, уже некуда – их объемы уже сопоставимы с точностью измерений.
Экологи, конечно, скажут, что мы утрируем. Но факт остается фактом – совсем избавиться от выбросов СО2 невозможно: при сгорании топлива в двигателе в любом случае образуется углекислый газ.
Соответственно бороться за снижение его эмиссии возможно только одним способом: общим снижением расхода топлива. Существует несколько способов такого снижения, но давайте остановимся на одном, «масляном». Одним из путей уменьшения трения в двигателе является снижение вязкости масла.
По пути использования маловязких масел пошли многие производители автомобилей – в частности, японские и американские. Однако надо понимать, что снижение вязкости ставит перед разработчиками двигателей серьезные задачи – необходимо адаптировать моторы под такие масла. Низкая вязкость масел подразумевает уменьшение зазоров в подшипниках, работающих при жидкостной смазке, а это требует повышения жесткости конструкции двигателя, снижения температурных поводок деталей и в первую очередь блока, пересчета теплового баланса и многих других достаточно сложных технических решений.
Отметим, что не все автомобильные корпорации пошли по этому пути: некоторые европейские производители придерживаются традиционных взглядов. И занимаются проработкой вопроса использования маловязких масел в значительно меньшей мере, чем, например, японские автомобильные компании.
Надо признать, что у маловязких масел есть свое достаточно мощное лобби. И в результате в классификации SAE J-300 появился новый класс вязкости – 16. Так что сейчас стоит ожидать появления масел 5W-16 и 0W-16. А ведь совсем недавно самый низкий летний класс был 20.
Какими свойствами обладают маловязкие масла? Чуть-чуть уменьшенной вязкостью при 100 °C. Но самое главное – пониженной вязкостью при температуре 150° при высоких скоростях сдвига (если говорить просто – это моделирование условий работы масла в подшипнике). Если у масел, не экономящих топливо, вязкость при высокой скорости сдвига не менее 3,5–3,7 мПа•с, то у маловязких масел – не менее 2,3, что значительно ниже.
Теперь о ресурсе двигателя. Ответ на этот вопрос может быть только обоснованным, экспертным, поскольку статистика эксплуатации двигателей с такими маслами еще не накоплена. Так что можно лишь предположить, что ресурс двигателей как минимум не увеличится.
С другой стороны, современные легковые автомобили и не рассчитаны на длительную многолетнюю эксплуатацию. Срок службы автомобиля среднего класса закладывается в пределах 10 лет максимум. Об этом никто из производителей не заявляет, но опыт показывает, что это так. И вообще, мировой рынок в современном его понимании требует снижения расхода топлива, а не увеличения ресурса (пробега).
Стоит сказать и вот о чем: масла пониженной вязкости имеют в своем составе специальные антифрикционные присадки. Без них такие масла будут создавать повышенное трение в трибосопряжениях, работающих при граничной смазке (кулачковые механизмы, поршни в зоне ВМТ и НМТ), при запуске двигателя. Как долго они «проживут», эти присадки? И приживутся ли в общей композиции? Как говорят французы, «время – честный человек. Оно скажет всю правду».
Каждому времени свои моторы. Свои конструкционные материалы, антифрикционные покрытия, уменьшенные зазоры, минимальные тепловые поводки и прочие инженерные ухищрения. И каждому мотору – свое масло. Например, высокофорсированные двигатели, легкие и компактные, не любят масел малой вязкости. Это особенно проявляется при высоких скоростях и тяжелых нагрузках. И ни один автопроизводитель в здравом уме не станет рекомендовать маловязкие продукты для таких моторов.
Была команда low!
На современные автомобили уже давно устанавливают каталитические нейтрализаторы и сажевые фильтры. Моторные масла должны быть совместимы с этими системами. Поэтому в композициях присадок ограничивают содержание фосфора и серы, а также снижают сульфатную зольность.
Почему так? Ответ известен: сульфатная зольность масла влияет на загрязнение и возможность регенерации сажевого фильтра, фосфор отравляет катализатор дожига угарного газа CO и несгоревших углеводородов CH, а сера нарушает работу нейтрализатора оксидов азота.
Кроме того, сера оказывает колоссальное влияние на срабатывание масляных присадок. В результате сгорания серы получаются 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.
Еще пример. К сожалению, некоторое количество масла сгорает в двигателе – ведь масляная пленка на стенках цилиндров присутствует всегда. Отсюда и зола, губящая сажевые фильтры. Значит, сульфатную зольность необходимо снижать – что и делается производителями моторных масел.
Откроем документацию любого современного моторного масла. Читаем: «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 (больший ресурс) упомянутых сажевых фильтров и каталитических нейтрализаторов отработавших газов.
Вернемся к документу: «…предназначено для использования в бензиновых двигателях и дизелях, отвечающих действующим нормам EURO и снабженных фильтром твердых частиц (DPF) и трехкомпонентным катализатором отработанных газов (TWC)».
Иными словами, low SAPS выполняет все требования по охране дорогостоящих экологических узлов автомобиля.
Настоящие мойщики
Моющие присадки называют детергентами. Фактически это мыла, но растворимые не в воде, а в масле. Их задача – предотвращение образования нагара и лаковых отложений на наиболее нагретых участках деталей. В первую очередь назовем верхнюю часть поршня – твердый нагар на ней способствует полировке цилиндра при перекладке. А рядом – поршневые канавки. Образование нагара в них может вызвать залегание поршневых колец и потерю их подвижности.
Внутренняя поверхность днища вблизи поршневого пальца просто обязана быть чистой, иначе отвод теплоты от поршня резко ухудшится. А ведь эта область непрерывно омывается маслом – в некоторых двигателях разбрызгиванием, а в некоторых принудительно, под давлением.
Обычно в масло вводят не один детергент, а их комбинацию. Большинство детергентов обладает щелочными свойствами. Они нейтрализуют кислоты, образующиеся при сгорании топлива и окислении масла. Но скорости нейтрализации у детергентов различные.
Детергенты играют еще одну немаловажную роль: они предохраняют детали двигателя от ржавления на стоянке и при работе в режиме «stop and go». Дело в том, что в обоих случаях в двигателе конденсируются кислоты и ответственные чугунные и стальные поверхности подвергаются массированной коррозионной атаке.
У детергентов есть еще одна интересная особенность. При эксплуатации автомобиля в тропических странах возможно бактериальное поражение моторного масла и топлива. Причина проста: парафины служат питательной средой для грибков и бактерий. Но если масло содержит детергенты, бактерий в нем не будет.
До недавнего времени в качестве детергентов использовали соединения, содержащие соли, – как правило, сульфонаты, салицилаты и феноляты кальция, магния и других металлов. И назывались эти присадки зольными детергентами.
Но смотрите – уже само название входит в противоречие с технологией low SAPS, призванной снижать сульфатную зольность. Как же быть? Химики нашли ответ на этот вопрос: они заменили зольные детергенты беззольными моющими присадками. Их состав держится в секрете, но мы надеемся приоткрыть завесу тайны и рассказать, как это работает.
