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