Снижение вредных выбросов и потребления горюче-смазочных материалов, высокий индекс вязкости, более низкие потери масел на испарение, более высокая износостойкость, гибридные транспортные средства, электромобили – это новые тенденции и вызовы моторных масел, с которыми сталкиваются производители смазочных материалов. Опираясь на материалы независимой лаборатории по анализу смазочных материалов Oelcheck, можно выделить четыре основных тенденции.
Тенденция № 1: Снижение вредных выбросов
В соответствии с действующим стандартом токсичности отработавших газов Евро-6 предельно допустимые значения содержания частиц для дизельных двигателей грузовых автомобилей и автобусов было снижено примерно на 67 %, а оксидов азота — примерно на 80 % по сравнению со стандартом Евро-5. Для всех новых моделей легковых автомобилей Европарламентом на 2021 год установлено максимально допустимое количество выбросов 95 граммов диоксида углерода (CO2) на 1 км пробега. 95 % автомобилей должны удовлетворять этим условиям уже начиная с 2020 года.
Сокращение выбросов подняло планку требований к транспортным средствам. Заметим, что снижение токсичности отработавших газов достижимо лишь при помощи правильно составленных моторных масел. Целевые показатели предельно допустимого содержания вредных выбросов не могут быть достигнуты при использовании моторных масел, изначально имеющих более низкие эксплуатационные характеристики. Кроме того, при сгорании неподходящего моторного масла образуется слишком много мелких частиц, которые осаждаются в порах дизельного сажевого фильтра и сильно сокращают срок его службы. Помимо этого, на днище поршня и на клапанах могут образовываться отложения, препятствующие оптимальному сгоранию топлива и вызывающие так называемый «стук», что может стать причиной повреждения двигателя.
Нормы токсичности отработавших газов, помимо всего прочего, означают соблюдение максимально допустимого содержания зольных веществ в моторных маслах. Моторные масла подразделяются на мало-, средне- и высокозольные (Low, Medium или High SAPS) в зависимости от результатов лабораторного определения сульфатной золы, которые существенно зависят от содержания в присадках фосфора и серы (отсюда и сокращение SAPS = Sulfated Ash, Phosphor, Sulfur = сульфатная зола, фосфор, сера). К примеру, для стационарных газовых двигателей сегодня используются даже «беззольные» моторные масла.
Если раньше к маслам добавляли в большом количестве соединения серы и фосфора для защиты от окисления и износа, то сейчас их содержание сводят к минимуму. Тем не менее, для соблюдения таких современных требований к малозольным маслам (Low SAPS), как удлиненный срок службы масла до замены, сниженное трение и хорошая защита от износа, были разработаны совершенно новые пакеты присадок и оптимально подобраны базовые масла.
Тенденция № 2: Снижение потребления горюче-смазочных материалов
Двигатели должны экономно расходовать топливо и масло, и это также выдвигает дополнительные требования к моторным маслам. Одним из важных критериев при этом является потеря базового масла на испарение, значимость которого определяется, помимо всего прочего, такими факторами, зависящими от конструктивных особенностей, как высокая температура в зоне поршневых колец и днища поршня. Но от этого зависит и количество моторного масла, которое испаряется при контакте с нагретыми узлами и деталями. Здесь играют роль такие факторы, как тип базового масла, его вязкость, а также пакет присадок. Моторное масло с повышенным содержанием летучих молекулярных соединений при этом имеют тенденцию к сгущению при испарении. Это приводит отнюдь не только к ухудшению всесезонных характеристик масла и его низкотемпературных свойств. Уплотнительные кольца гильзы цилиндров и маслосъемные кольца не так хорошо счищают масло со стенки цилиндра, если оно образует более вязкую смазочную пленку. Таким образом, вместе с топливом сгорает больше моторного масла, и расход моторного масла возрастает. Кроме того, загустевшее масло теряет часть своих низкофрикционных свойств, что приводит к повышенному расходу топлива.
Чем меньше потеря масла на испарение, тем более стабильны его вязкостные характеристики. Поэтому расход топлива и масла снижается. Так, в действующих нормативах ACEA E6, E7, E9 приводятся допустимые потери на испарение, определяемые по методу Ноака (в течение 60 минут при 250 °C). Так, для моторных масел, предназначенных для автомобилей большой грузоподъемности и автобусов, значение испарения не должно превышать 13%, при этом у очень хороших масел этот показатель намного ниже.
Тенденция №3: Все жиже и жиже
Моторные масла классов SAE 0W20 и 0W30 для легковых автомобилей или SAE 5W30 для автомобилей большой грузоподъемности и автобусов сегодня уже не редкость. Уже даже существуют моторные масла классов вязкости SAE 0W16 и 0W12. Для гибридных автомобилей на рынке уже имеется масло класса вязкости 0W8. И эта тенденция продолжается в направлении еще более «жидких» масел.
В принципе, любой двигатель при смазке его маловязким моторным маслом работает более экономно и с меньшими потерями на трение. Но чем жиже масло, тем труднее оно образует гидродинамически устойчивую смазочную пленку, которая в максимальной степени предохраняла бы подвижные части от механического контакта и защищала бы их контактные поверхности от износа.
В этом контексте большую роль для моторного масла играет так называемая «вязкость HTHS». HTHS (High Temperature High Shear), то есть вязкость при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, дает представление о динамической вязкости, измеряемой при температуре 150 °C, высоком срезающем усилии и выраженной в миллипаскаль-секундах (мПа·с). Снижение вязкости HTHS масла благодаря снижению «внутреннего трения» приводит к снижению потерь мощности, что способствует экономии топлива. Но если вязкость HTHS падает слишком сильно, а масляная пленка становится слишком тонкой, то это уже отрицательно сказывается на износостойкости.
Ограничение вязкости HTHS по нижней границе призвано обеспечить надежную смазку даже в шатунных подшипниках, характеризующихся высокими значениями срезающего усилия и высокой температурой масла.
В некоторые масла дополнительно вносят присадки, понижающие трение — к примеру, присадки на основе молибденорганических соединений; это делается с той целью, чтобы шероховатости на контактирующих металлических поверхностях по возможности сгладились, благодаря чему легче образуется непрерывная смазочная пленка. Подобные присадки зачастую используются для снижения износа даже в моторных маслах для гоночных автомобилей.
Вывод: Создать масло с повышенными эксплуатационными характеристиками, обладающее одновременно низкой вязкостью HTHS, высоким индексом вязкости, низкими потерями на испарение и превосходной защитой от износа — настоящее искусство поиска баланса. Надлежащий контроль и выбор подходящих масел возможны лишь благодаря обширной программе анализа смазочных материалов.
Тенденция №4: Гибридные транспортные средства и электроприводы
Гибридные автомобили: электропривод в связке с двигателем внутреннего сгорания
Гибридные транспортные средства приводятся в действие при помощи электропривода, в котором аккумуляторные батареи при необходимости подзаряжаются от двигателя внутреннего сгорания, чаще всего работающего на бензине. В результате двигатель почти всегда может работать в режиме около 2500 оборотов в минуту в оптимальном диапазоне КПД (свыше 35 %), тогда как традиционным способом достигается КПД не более 20 %. Изначально в этих концептуальных двигателях использовались обычные моторные масла. Сегодня для смазки гибридных двигателей все чаще используются специальные масла. Поскольку гибридные двигатели обычно работают в сравнительно узком диапазоне оборотов при равномерной нагрузке, применение находят маловязкие масла классов от SAE 0W8 до SAE 0W20. Аккумуляторная батарея дает возможность подогреть масло до такой температуры, что фактически устраняет проблему «холодного пуска» двигателя. Тем не менее, при работе в частом прерывистом режиме, как, например, в городском цикле, на почти постоянных оборотах характеристики этих масел меняются иначе, чем у их классических аналогов.
К сожалению, результаты долговременных испытаний этих моторных масел в гибридных автомобилях пока отсутствуют. Поэтому настоятельно рекомендуется систематический контроль состояния моторного масла с целью определения оптимальной периодичности замены масла, а также оценки долговечности системы в целом.
Полностью электрические транспортные средства
Даже электромобили, у которых аккумуляторные батареи полностью заряжаются от сети на зарядных станциях, нуждаются в смазочных материалах, хотя это и не моторные масла. Для смазки редуктора, расположенного сразу вслед за электродвигателем, по-прежнему требуется трансмиссионное или трансформаторное масло. Для смазки гидроусилителя руля, а часто и подвески требуются специальные или же всесезонные гидравлические жидкости. Для охлаждения элементов аккумуляторных батарей используется трансформаторное масло или охлаждающая жидкость на водной основе.
Однако эти продукты по своим важнейшим характеристикам сильно отличаются от продуктов, предназначенных для двигателей внутреннего сгорания.
Анализ смазочных масел помогает решать множество новых задач
Анализ смазочных материалов является неотъемлемой составной частью автомобильной отрасли — он позволяет судить об оптимальной периодичности замены масла в зависимости от его состояния, способствует выявлению причин повреждений, а также профилактике неисправностей и износа. Но в дополнение к этим стандартным задачам анализ берется и за другие задачи. Они столь же разнообразны, как и разработки в области моторных масел, которые становятся все более жидкими и при этом должны отвечать критериям износостойкости. Без контроля состояния масла при помощи анализа невозможна разработка специальных смазочных материалов для гибридных транспортных средств или электромобилей, равно как и более экономичных маловязких моторных масел для традиционных двигателей внутреннего сгорания. Цель разработки новых двигателей состоит в уменьшении выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ и снижении расхода горюче-смазочных материалов. При использовании моторных масел, разработанных с этой целью, анализ смазочных материалов служит незаменимым инструментом контроля, особенно как часть долгосрочной программы, когда он дает более полную информацию о самом смазочном материале, а также о смазываемом двигателе.
Тийна Суйя
Генеральный директор ADDINOL Lube Oil OÜ