Масла для двигателей внутреннего сгорания. Классификация.

Расказ пойдет о тестировании, характеристиках и классификации моторных и трансмиссионных масел

1. Моторные тесты

После того как разрабатывается каждый новый состав моторного масла или в существующий состав вносятся какие-либо корректировки, образцы готового продукта в обязательном порядке проходят тесты на соответствие предъявляемым требованиям. Это могут быть требования ассоциаций автопроизводителей (АСЕА), специализированных институтов (API) или отдельных автопроизводителей (BMW, Mercedes-Benz, VW-AUDI и т.д.).
Как правило, для получения соответствующего допуска необходимо проведение лабораторных и моторных испытаний. В ходе лабораторных исследований определяются такие базовые параметры масла, как вязкость, температуры застывания и вспышки, испаряемость и другие.

Моторные тесты проводятся для определения тех параметров масла, которые не могут быть определены в ходе лабораторных тестов. Стенд моторного теста представляет собой реальный или специально сконструированный бензиновый или дизельный двигатель внутреннего сгорания, в котором испытывается масло в режимах, имитирующих реальные условия работы двигателя. В ходе моторного теста, как правило, контролируется сразу несколько параметров масла, например, окисляемость, количество образовавшихся отложений, износ некоторых пар трения двигателя, топливная экономичность, расход масла на угар и другие. Каждый автопроизводитель выдвигает свои требования к качеству моторного масла и, соответственно, имеет свой набор и последовательность тестов.

Mercedes M111
В ходе теста определяется количество отложений в двигателе и экономия топлива для норм АСЕА (Ассоциация Европейских Производителей Автомобилей). Кроме того, дается средняя оценка количества шлама, средний износ кулачка-толкателя для нормы MB 229.1 и общее количество шлама для норм VW 500.00/501.01/502.00/505.00.

Mercedes OM 441 La
Определяется общий объем шлама, чистота поршня, визуально оценивается износ отдельных пар трения, полировка внутренней поверхности цилиндра, средний его износ, залипание колец, расход масла. Тест проводится для масел, перечисленных на странице МВ 228.5 (масла для двигателей, отвечающих нормам Euro II).

BMW 2.5 TurboDiesel
Определяется способность масла работать при крайне высоких температурах турбокомпрессора дизельного двигателя.

BMW M 44
Определяются все параметры (количество отложений, общий износ, расход масла на угар, залипание колец и др.), перечисленные в регламенте для получения допуска BMW Special Oil и BMW Long Life Oil. Это основное испытание, проводимое BMW для апробации моторных масел.

Peugeot XUD 11
Дается общая оценка чистоты деталей двигателя, определяется количество низкотемпературных отложений, расход масла на угар и увеличение вязкости масла по окончании теста. Применяется при определении соответствия нормам АСЕА.

Peugeot TU3
Также дается общая оценка чистоты деталей двигателя, определяется количество высокотемпературных отложений, расход масла на угар, увеличение вязкости масла и, дополнительно, износ кулачка-толкателя. Применяется при определении соответствия нормам АСЕА.

Volkswagen T4
Определяется вязкость масла при 40оС по завершении теста, общее щелочное число, залипание колец и чистота поршня для нормы VW 502.00.

Nissan KA24E
Определяется износ пары трения кулачок – толкатель. Только при помощи моторных тестов удается получить самые точные данные о том, как масло будет работать в двигателе автомобиля в реальных условиях эксплуатации.

2. Классификация моторных масел

Моторные масла – это масла, предназначенные для поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Их главная функция – уменьшение трения и износа деталей двигателя. Однако, моторные масла должны обеспечивать выполнение ряда других функций, не менее важных для работоспособности двигателей в течение заданного ресурса. В современных высокофорсированных двигателях работоспособны только легированные масла, т.е. масла, содержащие присадки – синтетические добавки к базовому маслу, придающие ему необходимые свойства, или усиливающие природные свойства базового масла. Содержание присадок составляет от 10-15% моторного масла.

По составу базового масла различают три типа моторных масел: минеральные, частично синтетические и полностью синтетические.

Одним из фундаментальных свойств моторного масла является вязкость и ее зависимость от температуры в широком диапазоне (от температуры холодного пуска двигателя при безгаражной стоянке автомобиля зимой до максимальной температуры масла в двигателе, работающем с максимальной нагрузкой). Поэтому первой стала классификация моторных масел по вязкости.

Сегодня общепринятой в международном масштабе стала классификация SAE J 300. В последней редакции она подразделяет моторные масла на шесть зимних и (0W, 5W, 10W, 15 W, 20W , 25W) и пять летних (20,30, 40, 50 и 60) классов. Всесезонные масла обозначают сдвоенным номером, один из которых соответствует зимнему, а другой летнему классу, например SAE 0W-30, 5W-40, 10W-40 и т.п. Для зимних масел установлены максимальные значения динамической вязкости при низких температурах и минимальные значения кинематической вязкости при 100°С. Для летних масел установлены пределы кинематической вязкости при 100°С и минимальные значения динамической вязкости при 150°С и скорости сдвига 106 с-1. Каждый класс зимнего или всесезонного масла характеризуется двумя значениями динамической вязкости при температуре, отличающейся на 10°С. Первое их них дает потребителю информацию о предельной температуре масла, при которой возможно проворачивание двигателя стартером , второе – о предельной температуре, при которой масляной насос будет прокачивать масло под давлением в процессе холодного пуска. Предельная температура прокачиваемости обязательно ниже, чтобы при холодном пуске избежать сухого трения в узлах, смазываемых под давлением.

Классификация моторных масел SAE J300

Безаварийная работа двигателя в большой степени зависит от вязкости масла, выбранной согласно температуре окружающей среды и условиям работы. Нижний уровень вязкости должен выбираться таким, чтобы обеспечить легкость запуска двигателя при заданных пусковом моменте и мощности аккумулятора даже при низких температурах окружающего воздуха. С другой стороны, уровень вязкости должен обеспечивать требования всех смазываемых узлов и при высоких рабочих температурах. Для предотвращения неправильного выбора уровня вязкости американским обществом SAE и ASTM была разработана и внедрена система классификации моторных масел по вязкости. Эта классификация принята во всем мире и ее последний вариант SAE J300 DEC99. ( в действии с июня 2001 г.)представлен в табл.1. Она разделяет масла по вязкостным характеристикам на 11 классов, из которых шесть относятся к зимним (SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W, где буква W означает «Winter» – зима) и пять – к летним (SAE 20, 30, 40, 50, 60).

Общим признаком для всех классов служит кинематическая вязкость при 100º С. Для зимних масел ограничение только по минимальному значению кинематической вязкости.

Для летних масел классификация устанавливает довольно широкие пределы кинематической вязкости при 100º С для каждого класса.

Всесезонные масла, получают загущением маловязких минеральных базовых масел вязкостными присадками, из базовых масел гидрокрекинга, смеси базового масла с синтетическими компонентами с высоким индексом вязкости и синтетических загущенных масел. Пределы вязкости, которых можно достичь с помощью вязкостных присадок, ограничиваются их склонностью к деструкции ( механическое и термическое разрушение ). Снижение вязкости, вызванного деструкцией вязкостных присадок во время эксплуатации ухудшает смазочные свойства при высоких температурах и отрицательно влияет на противоизносные характеристики моторных масел.

Низкотемпературная вязкость запуска двигателя является показателем способности масла течь и смазывать узлы трения в холодном двигателе. Она определяется при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS.

Вязкость прокачивания является мерой способности масла течь и создавать необходимое давление в системе смазки в начальной стадии работы холодного двигателя.

Стабильность к сдвигу это способность масла сохранять постоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига при эксплуатации. Устойчивость к деформации сдвига является важным показателем для масел, применяемых в современных высокоскоростных, высоконагруженных, мощных и малогабаритных двигателях.

В характеристиках на моторные масла часто указывается температура застывания, но между температурой застывания масла и предельной температурой холодного пуска двигателя нет однозначной зависимости.

КЛАССИФИКАЦИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПО API

Примечание:

+ Действующий класс

- Устаревший класс

До 1940 г. для смазывания почти всех двигателей внутреннего сгорания применяли масла без присадок и моторные масла классифицировались только по вязкости без учета других свойств и качеств масла. Современные моторные масла весьма различны по концентрации, числу присадок и их композициям и соответственно по эксплуатационным свойствам. Различие обусловлено использованием их в бензиновых и дизельных двигателях. Улучшенные характеристики и малые габариты современных двигателей, наряду с мерами, принимаемыми для защиты окружающей среды, ужесточают требования к моторным маслам, вызывая необходимость в постоянном совершенствовании эксплуатационных свойств.

Применение присадок и продолжающееся улучшение качества моторных масел создало потребность в классификации по качеству помимо классификации по вязкости.

Смазочный комитет американского нефтяного института (API) опубликовал в 1947 г. классификацию моторных масел ,разделив их на три группы согласно содержанию в них присадок и стали классифицироваться как:

- масла обычного типа (Regular Type)

- масла высшего типа (Premium Type)

- масла для тяжелых условий работы (Heavy Duty Type)

Для преодоления возникших трудностей API ввел в 1951 г. в классификацию разделение на две категории: S (Service) и C (Commercial).

Масла категории S предназначены для 4-тактных бензиновых двигателей легковых автомобилей, фургонов, микроавтобусов, грузопассажирских машин.

Масла категории С предназначены для дизелей грузовых автомобилей, автобусов, дорожно-строительной техники и сельскохозяйственных тракторов.

API S состоит из классов качества моторных масел, идущих в хронологическом порядке. Для каждого нового класса присваивается новая буква по алфавиту: API SA, API SB, API SC, API SD, API SE, API SF, API SG, API SH, API SJ и API SL (категории SK и SI намеренно пропущены API). Классы масел API SA – API SH на сегодняшний день признаны недействительными, как устаревшие, однако в некоторых странах масла этих классов еще выпускаются.

API C состоит из классов качества и назначения масел идущих в хронологическом порядке. Для каждого нового класса присваивается новая буква по алфавиту: API CA, API CB, API CC, API CD, API CD –2, API CE, API CF, API CF-2, API CF-4, API CG-4, API CH-4 и API CI-4. Классы масел API CA – API CE признаны недействительными, как устаревшие, однако в некоторых странах масла этих классов еще выпускаются.

3. Классификация ILSAC.

Международный комитет по стандартизации и одобрению масел ввел классификацию, обязательным требованием которой является наличие у масел энергосберегающих свойств и распространяется только на масла для бензиновых двигателей. Существуют стандарты качества: ILSAC GF-1 (устаревший класс), ILSAC GF-2 и ILSAC GF-3. Это маловязкие всесезонные масла с зимними характеристиками SAE 0W, 5W и 10W. По уровню эксплуатационных свойств классы ILSAC практически соответствуют классам API: GF-1 – SH, GF-2 – SJ, GF-3 – SL(с энергосберегающими свойствами).

Классификация SAE J306

Масла сортов SAE 70W, 75W, 80W, 85W и соответствующие сорта все сезонных масел SAE 75W-90, 80W-90, 85W-140 рекомендуются для использования в странах с холодным климатом в качестве зимних или все сезонных.

По классификации API трансмиссионные масла делят на шесть групп в зависимости от конструкции агрегатов трансмиссий и условий их эксплуатации: группа GL-1 – относительно мягкие условия эксплуатации (невысокие нагрузки и скорости скольжения) в механических коробах передач с ручным переключателем ведущих мостах со спирально-коническими и червячными шестернями; в основном масла без присадок или с депрессорными и антипенными присадками; группа GL-2 – заметно жесткие условия по нагрузкам и скоростям скольжения в главных передачах грузовых автомобилей с червячными парами; в состав масел входят антифрикрикционные присадки; группа GL-3 – умеренно жесткие условия со средними нагрузками и скоростями скольжения в ведущих мостах со спирально-коническими шестернями и некоторые коробах передач; в масле должны быть слабые противозадирные присадки; группа GL-4 – тяжелые условия работы масла в ведущих мостах с гипоидными шестернями и механических коробках передач легковых автомобилей; в составе масла должна быть противозадирная присадка средней активности (умеренного действия); группа GL-5 – очень тяжелые условия по нагрузкам и скоростям скольжение, включая ударные нагрузки в гипоидных парах легковых и грузовых автомобилей, механических коробках передач; в составе масла должны быть активные противозадирные и противоизносные присадки; группа GL-6 – очень тяжелые условия с высокими скоростями скольжения и ударными нагрузками в гипоидных передачах с возможно большим сдвигом осей; в составе масла должны быть активные противозадирные и противоизносные присадки.

Многие изготовители автомобилей имеют собственные методы испытаний трансмиссионных масел первой заправки, например General Motors, Ford, MAN, Mercedes-Benz, Voith, Volkswagen, Zahnradfabrik и некоторые другие.

Большинство автомобильных фирм Западной Европы полностью или в качестве основы используют спецификации США MIL-L-2105B или MIL-L 2105C.

Масла (или жидкости) для автоматических коробок передач имеют особые маркировки, наиболее распространенные из которых – TYPE A, TYPE F, DEXTRON, MERCON. Различаются они в основном фрикционными характеристиками. Все эти жидкости представляют собой минеральные масла с хорошей низкотемпературной текучестью.

Type A и Dextron соответствуют требованиям, предъявляемым к автоматическим трансмиссиям Ford, выпущенным после 1981 г., а Type F – к Ford выпуска до 1981 г. Это не означает, что они не годятся для коробок передач других производителей – привязка к фирме означает лишь, что масла разрабатывались по ее заказу и сертифицировались ее специалистами.

Сопоставление классификаций моторных масел

Классификация АСЕА (в отличие от классификации API) выделяет масла для дизелей легковых автомобилей в самостоятельную категорию, так как в Европе доля таких автомобилей значительно больше, чем в США.

Масла классов А1-96 и А2-96 отличаются только тем, что первые – это энергосберегающие масла. То же относится к маслам классов В1-96 и В2-96. Все прочие эксплуатационные свойства могут быть идентичны и соответствуют стандартному уровню. Масла классов А3-96 и В3-96 отвечают высшим современным требованиям. По моюще-диспергирующим выше масел двух предшествующих классов.

Производители моторных масел в своих проспектах, рекламных материалах, на этикетках канистр обычно указывают, каким классам SAE по вязкости и каким классам по API, АСЕА (ССМС) соответствует данный продукт по уровню эксплуатационных свойств и условиям применения. Кроме того, если масло прошло соответствующие испытания и отвечает требованиям каких-то фирменных спецификация, производитель масел непременно сообщает потребителю о наличии допуска к применению данного продукта со стороны конкретных изготовителей техники. Например, масла с некоторой торговой маркой может характеризоваться так: SAE 10W-40, API SH/CF-4, ACEA A3-96/B3-96 (CCMC G-5/PD-2/D-5), BMW “Special Oils”, VW 500.00, VW 505.00, VW 501.01/505.00. Вместо указания фирменных спецификаций может быть приведен перечень фирм, выдавших допуск к применению данного масла и внесших его марку в инструкцию по эксплуатации.

Потребитель моторных масел из предлагаемого ассортимента должен выбрать тот продукт, который соответствует спецификации фирмы-изготовителя его автомобиля, трактора, экскаватора и т.п. Только при отсутствии на рынке масла, соответствующего фирменной спецификации (т.е. имеющей допуск изготовителя техники) следует приобретать масло, соответствующее базовым требованиям классификации.

При этом для техники американского производства предпочтительны масла, сертифицированные по классификации API, а для европейской – сертифицированные по классификации АСЕА (ССМС).

На рисунке показаны типичные температурные диапазоны работоспособности наиболее часто используемых всесезонных, а также сезонных (зимних и летних) масел.

Следует еще раз подчеркнуть, что для двигателей различной конструкции температурные пределы работоспособности масла данного класса SAE существенно отличаются. Они зависят от мощности стартера, пусковой частоты вращения, производительности масляного насоса, гидравлического сопротивления маслоприемного тракта и многих других факторов.

Трансмиссионные масла работают в режиме высоких скоростей скольжения, давлений и широким диапазоне температуры. Их пусковые свойства и длительная работоспособность должны обеспечиваться в интервале температур от минус 60^оС до + 150^оС.

Многообразие вырабатываемых трансмиссионных масел, предназначенных для разнообразной техники, вызвало необходимость разработки и использования их классификаций, которые позволяют правильно выбрать сорт масел для данной конструкции трансмиссии.

В США и странах Западной Европы получили распространение две системы классификации автотракторных трансмиссионных масел:

- классификация SAE J306 C (Американского общества автомобильных инженеров) по вязкостно-температурным свойствам (табл.4)

- классификация API (Американского нефтяного института) по эксплуатационным свойствам.

Эти классификации дополняют одна другую, и их совместное использование обеспечивает правильных выбор необходимого сорта масла.