МОТОРНЫЕ МАСЛА

Моторные масла – смазочные масла для поршневых двигателей внутреннего сгорания. Эти смазочные материалы, состоят из основы – базового масла и синтетических добавок – присадок, улучшающих свойства базового масла или придающих ему необходимые новые свойства. Их применяют в автомобилях, тракторах, тепловозах, сельскохозяйственной, дорожной, судовой и другой технике.

Основные функции, назначение и требования предъявляемые к моторным маслам

Для обеспечения требуемой надежности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и их устойчивой работы используются моторные масла. Их основными функциями являются:

  • уменьшение трения, возникающего между сопряженными деталями;
  • снижение износа и предотвращение задира контактирующих поверхностей;
  • отвод тепла от трущихся деталей;
  • уплотнение зазоров в сопряженных узлах трения, т.е. предотвращение прорыва газов через лабиринт поршневых колец из надпоршневого пространства в картер.

К смазываемым этими маслами узлам и деталям двигателей внутреннего сгорания относятся: цилиндропоршневая группа, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения и т.д. Смазочные системы двигателей обычно обеспечивают подачу масла под давлением в подшипниковые узлы и к деталям механизма газораспределения; зеркала цилиндров и поршни смазываются разбрызгиванием. В большинстве двухтактных ДВС масло добавляется непосредственно в топливо.

В двигателях внутреннего сгорания масло в процессе эксплуатации соприкасается с горячими поверхностями камеры сгорания, контактирует с коррозионными продуктами неполного сгорания топлива и одновременно смазывает сопряжение «поршневое кольцо – гильза цилиндра» в условиях изменения режима смазывания от жидкостного (в середине хода) до граничного (в «мертвых точках»). Масло работает в широком диапазоне удельных нагрузок (от 0,15-1,3 МПа в зоне компрессионных колец, до 1000-2000 МПа в паре кулачок-толкатель), скоростей скольжения (в средней части цилиндра до 20-25 м/с; в подшипниках коленчатого вала до 15 м/с и более) и температур. По развиваемым в процессе эксплуатации температурам в ДВС выделяют три зоны:

  • высокотемпературная, включающая камеру сгорания (температура у выпускного клапана 800° С), днище поршня (400° С) и верхнюю часть цилиндра. Масло, попавшее в эту зону, сгорает с образованием нагара;
  • среднетемпературная, включающая боковую поверхность поршня, верхнюю часть шатуна и стенки цилиндра (температура в зоне первых поршневых канавок 270-280° С; а в дизелях с наддувом – 300-330° С). В этой зоне масло в тонком слое в результате окисления и каталитического влияния металла образует лаковые отложения продуктов окисления;
  • низкотемпературная, включающая области коленчатого вала и картера (рабочая температура масла в картере 80-120° С, температура газов, прорвавшихся в картер на такте сжатия может достигать 150-450° С для карбюраторных двигателей и 500-700° С для дизелей; температура масла в коренных и шатунных подшипниках достигает 180° С). Смазка разбрызгиванием при высоких температурах создает условия для интенсивного окисления масел, приводящего в конечном счете к образованию липких осадков – низкотемпературных отложений.

Для эффективного выполнения своих функций в ДВС масло должно максимально возможное во времени сохранять свои заданные свойства и не оказывать отрицательного влияния на технические характеристики двигателя. Для этого оно должно:

  • иметь хорошую вязкостно-температурную характеристику (обеспечивать необходимый уровень вязкости в требуемом интервале температур);
  • иметь высокую моюще-диспергирующую способность (не вызывать образование различного рода отложений для обеспечения чистоты поршней, стенок гильзы цилиндра и т.д.);
  • иметь высокие антиокислительные свойства;
  • обладать хорошей нейтрализующей способностью;
  • иметь высокие противоизносные и антикоррозионные свойства (в том числе атмосферной);
  • отличаться пониженной склонностью к пенообразованию.

В зависимости от типа двигателя и условий его эксплуатации значимость тех или иных требований, предъявляемых к маслу, может меняться.

Классификации моторных масел

Одной из важнейших характеристик моторного масла является его вязкость, определяющая надежность работы агрегата, его экономичность, эффективность охлаждения и уплотнения узлов трения, легкость запуска. Другие характеристики масла определяются сочетанием базового масла и пакета присадок. Поэтому современные моторные масла классифицируют по вязкости и уровню эксплуатационных свойств.

Классификации по вязкости, принятые в различных странах, учитывают деление масел по сезонности применения на зимние, летние и всесезонные.

Согласно отечественной классификации по ГОСТ 17479.1 (табл. 7.1), моторные масла в зависимости от уровня кинематической вязкости делятся на 22 класса, включая четыре зимних (3З...6З), восемь летних (6...24) и десять всесезонных, которые при низких температурах имеют вязкость зимних масел, а при высоких температурах – вязкость летних масел. Всесезонные масла имеют дробное обозначение: в числителе указан зимний класс, которому соответствует масло при температуре -18° С, а в знаменателе – летний, которому соответствует масло при температуре 100° С (3З/8–6З/16).

Таблица 1. Классификация моторных масел по вязкости (ГОСТ 17479.1)

Ведущие отечественные производители, а также производители масел других стран регламентируют свою продукцию в соответствии не только с отечественными классификациями, но и с международными стандартами. В настоящее время во всем мире моторные масла классифицируют по вязкости по единой системе SAE (Сообщество автомобильных инженеров).

Принцип построения классификации SAE заключается в следующем: для каждого масла зимнего класса регламентируют значения максимальной динамической вязкости, измеренные на вискозиметре, имитирующем холодный пуск двигателя, и на вискозиметре, имитирующем прокачивание масла при определенных минусовых температурах, характеризующих каждый класс вязкости. Каждый летний класс вязкости характеризуют минимальными значениями кинематической вязкости при 100 °С динамической вязкости при 150° С и градиенте скорости сдвига 106 с-1.

Согласно классификации SAE J-300, моторные масла делятся на 11 классов вязкости: 6 зимних (SAE 0W – 25W) и 5 летних (20 – 60). Всесезонные масла носят двойные обозначения: например, SAE 15W-40 обозначает, что при низких температурах воздуха масло соответствует вязкости зимнего класса 15W, а при высоких температурах – вязкости летнего класса 40. Существует 20 всесезонных классов масел (SAE 0W-20 – 20W-60).

Таблица 2. Соотношение между классами вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1 и SAE J300.

Классификация моторных масел по уровню эксплуатационных свойств регламентируется ГОСТ 17479.1 (табл. 3). Согласно этому стандарту, по уровню эксплуатационных свойств моторные масла подразделяются на шесть групп (А – Е), пять из которых (Б – Е) дополнительно разбиты на две подгруппы – масла для карбюраторных двигателей и масла для дизелей. Маслам для карбюраторных двигателей присваивают индекс 1 (подгруппа 1), а маслам для дизелей – индекс 2 (подгруппа 2). Универсальным моторным маслам, которые используются и в карбюраторных двигателях, и в дизелях одного уровня форсирования, индекса не присваивают.

Таблица 3. Классификация моторных масел по эксплуатационным свойствам по ГОСТ 17479.1

Масла различных групп отличаются друг от друга составом, концентрацией и эффективностью введенных присадок. Так, масла группы А выпускают без присадок или с минимальным их содержанием. Масла группы Б содержат до 6% присадок, группы В – до 8%, группы Г – до 14% , группы Д – до 15-18% присадок.

Присадки обычно вводят в моторные масла в следующих концентрациях: моющие 3-15%; диспергирующие 1-2%; антиокислительные и противоизносные до 2%; антикоррозионные до 1% и т.д. Считают, что высококачественные моторные масла для бензиновых двигателей содержат 6-15% присадок; масла для дизелей – 6-25% присадок. Ассортимент и количество присадок зависят от назначения и уровня эксплуатационных свойств масла.

Группу масел в зависимости от уровня форсирования двигателя выбирают, исходя из уровней эффективного давления рэф и значения скорости поршня Сп (рис. 1).

Рис. 1. Графические зависимости для выбора группы масла.

Существует ряд зарубежных классификаций моторных масел по назначению и уровню качества. Это международные классификации, например классификация АСЕА (Ассоциации европейских производителей автомобилей), и национальные классификации. К национальным классификациям, которые являются общепризнанными во всем мире, относится стандарт Американского нефтяного института (API). Отечественные производители также широко пользуются этой классификацией.

Классификация API уровня эксплуатационных свойств моторных масел предусматривает две категории масел: для четырехтактных бензиновых двигателей – категория S (Service), для четырехтактных и двухтактных дизелей – категория С (Commercial). После указания категории в обозначении следует буква, отражающая уровень эксплуатационных свойств масла: от А до L (для категории S) и от А до Н (для категории С). Чем дальше от начала алфавита стоит буква, отражающая уровень эксплуатационных свойств масел, тем выше этот уровень, тем более современный двигатель рекомендуется смазывать этим маслом. В обозначении масел для дизелей входят также цифры 2 или 4 (первая для обозначения двухтактных дизелей, вторая – для четырехтактных). Универсальные масла, согласно API, обозначаются дробью, например обозначение SJ/CG-4 свидетельствует о том, что это масло может быть применено в бензиновых двигателях, в которых рекомендовано масло класса SJ и в четырехтактных дизелях, в которых рекомендовано масло класса CG-4. В числителе приводится приоритетная группа масла.

В табл. 4 приведено соотношение между группами моторных масел по эксплуатационным свойствам по ГОСТ 17479.1 и API. Поскольку отечественная классификация и классификация API основаны на различных принципах, такое соотношение может быть только ориентировочным.

Таблица 4. Ориентировочное соотношение между группами моторных масел по эксплуатационным свойствам по ГОСТ 17479.1 и API.

В целях удобства применения и обслуживания техники специально разрабатываются и используются моторно-трансмиссионные и моторно-трансмиссионно-гидравлические масла. В отечественной практике к их числу относятся масла серии МТ и МТГ, в зарубежной, например, в США, масла типа TOU и STOU. Масла указанного типа получили распространение в основном в тракторной и инженерной технике.

Для специальных целей, например на ремонтных предприятиях, в ДВС используются масла, имеющие статус технологических. К ним относятся приработочные (обкаточные) и промывочные масла. Первые из указанных применяются исключительно на ремонтных заводах или предприятиях-изготовителях техники для ускоренной обкатки (приработки) капитально отремонтированных или вновь собранных двигателей. Вторые из указанных могут использоваться как в условиях промышленных предприятий, так и у эксплуатантов, в особенности при переходе в работе двигателя с одной марки масла на другую.

Обозначение моторных масел по ГОСТ

Моторные масла обозначаются группой знаков:

  • буква «М», что означает «моторные»;
  • цифры, характеризующие класс кинематической вязкости;
  • прописные буквы, обозначающие принадлежность к группе масел по эксплуатационным свойствам. Универсальные масла, принадлежащие к разным группам для карбюраторных двигателей и дизелей должны иметь двойное буквенное обозначение, первое из которых характеризует уровень качества масла для применения в дизеле, второе – в карбюраторном двигателе.

Так,

М-8-В обозначает моторное масло (М) с кинематической вязкостью 7,5-8,5 мм2/с при 100° С (класс вязкости 8) универсальное для среднефорсированных карбюраторных двигателей и дизелей (группа В);

М-6З/10-В2 – моторное масло, всесезонное, вязкостью не более 10400 мм2/с при температуре -18° С, имеющее при 100° С вязкость 9,3-11,5 мм2/с (класс вязкости 6З/10), предназначенное для смазывания среднефорсированных дизелей (В2);

М-4З/8-В2Г1 – моторное масло, вязкостью не более 2600 мм2/с при температуре -18° С, имеющее при 100° С вязкость 7,0-9,3 мм2/с (класс вязкости 4З/8), предназначенное для использования в среднефорсированных дизелях (В2) и в высокофорсированных бензиновых двигателях (Г1).

В состав обозначения могут входить буквы, уточняющие область применения масел или их состав, например:

рк – рабоче-консервационное;

цл – для циркуляционных и лубрикаторных систем;

с – наличие синтетического компонента;

20 – соответствующее щелочное число и т.д.

Эти уточнения приводят в скобках, например: М-10-Д2 (цл 20) – масло для высокофорсированных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых условиях, применяемое в циркуляционных и лубрикаторных системах, имеющих щелочное число 20 мг КОН/г.

Литература

  1. Доценко А.И., Буяновский И.А. / Основы триботехники. Учебник. - М.: Инфра-М, 2014.
  2. Лашхи В.Л., Чудиновских А.Л. Физико-химические основы химмотологии моторных масел. - М.: ООО «Издательский дом Недра», 2015.