Существует два основных принципа классификации масел: по вязкостно-температурным свойствам и классификация масел по эксплуатационным свойствам (назначению и качеству). Что касается вязкости, то ориентир номер один — спецификация SAE. В классификации масел по качеству и назначению такого единства нет: в настоящее время существует одновременно несколько систем — API, ACEA, JASO, ILSAC и ГОСТ (для стран СНГ). Наряду с общепринятыми системами классификации масел Военное ведомство США (MIL) и крупные производители автомобилей и техники (OEM) выдвигают дополнительные требования (спецификации) к качеству масел.

АВТОРИТЕТУ SAE ПОЧТИ 100 ЛЕТ

Вязкость масла — это основной показатель качества, который является общим для всех масел. Для двигателя или любого другого механизма необходимо применять масла с оптимальной вязкостью, величина которой зависит от конструкции, режима работы и степени износа, температуры окружающей среды и других факторов.

В настоящее время основной системой классификации автомобильных моторных масел является спецификация SAE J300. SAE — это аббревиатура Общества автомобильных инженеров США (Society of Automotive Engineers), организации, основанной в далеком 1911 году. SAE J-300 содержит 6 зимних классов и 5 летних классов моторных масел. Классы вязкости SAE OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W относятся к зимним, а SAE 20, 30, 40, 50, 60 — к летним.

ЗИМНЯЯ И ЛЕТНЯЯ ВЯЗКОСТЬ

Когда двигатель холодный, масло обладает тенденцией сгущаться. В этом случае важно, чтобы оно оставалось жидким даже при низких температурах, чтобы протекать через двигатель, защищать его детали и способствовать пуску. Холодная вязкость обозначается в нормах SAE «зимней степенью вязкости» (с буквой W – winter).

Чем больше число летней вязкости (без буквенного обозначения), тем в большей степени масло будет сохранять свою вязкость при нагревании. В условиях городского движения и при спортивном вождении, а также когда высока температура воздуха, двигатель подвергается воздействию высоких температур. Важно пользоваться маслом, которое при высокой температуре в большой степени сохраняет свою вязкость для защиты двигателя.

ЧТО МНЕ СНЕГ, ЧТО МНЕ ЗНОЙ…

Летнее масло имеет достаточную вязкость, чтобы обеспечить надежное смазывание при высокой температуре, но оно слишком вязкое при низкой температуре, в результате чего при низкой температуре воздуха затрудняется пуск двигателя. Маловязкое зимнее масло облегчает холодный пуск двигателя при низкой температуре, но не обеспечивает его смазывание летом, когда температура масла в двигателе превышает 100°С. Именно поэтому у нас сейчас «засилье» всесезонных масел, которые обозначаются двойным индексом, например 10W-40. Как же сделать масло, обладающее такими «двоякими» свойствами, ведь вязкость минеральных масел в интервале температур от –30 до 150°С изменяется в тысячи раз?

Для этого в них добавляют полимерные присадки (полиметакрилаты, сополимеры олефинов, полиизобутилены, гидрированные сополимеры стирола с диенами и так далее). Эти присадки хитрым образом почти не влияют на вязкость базового масла при низких температурах, зато в жару увеличивают ее очень сильно (одна из причин – увеличение объема макрополимерных молекул с повышением температуры).

В отличие от сезонных масел, загущенные всесезонные масла изменяют вязкость не только под влиянием температуры, но и скорости сдвига, причем изменение это временное. С уменьшением скорости перемещения смазываемых деталей вязкость возрастает, а с увеличением – снижается. Этот эффект больше проявляется в мороз, но сохраняется и в жару, что имеет два плюса: снижение вязкости в начале проворачивания холодного двигателя облегчает пуск, а небольшое снижение вязкости масла в зазорах между поверхностями трения деталей прогретого двигателя уменьшает потери энергии на трение и дает экономию топлива.

ТЕСТИРУЕМ ВЯЗКОСТЬ

Как же определить, к какой категории принадлежит масло, и что скрывается за цифровыми обозначениями? Как проверить, соответствуют ли масла заявленным спецификациям? Конечно же, при помощи испытаний!

В классификации SAE цифры – это «условные единицы, отвечающие показателям вязкости проворачиваемости и прокачиваемости при низких температурах (низкотемпературная вязкость), а также значения вязкости при температуре 100°С и минимальной вязкости при температуре 150°С при высокой скорости сдвига (высокотемпературная вязкость).

Но поскольку мы находимся в российских реалиях, то и тест наш пришлось проводить по «нашему» ГОСТу. Мы измеряли следующие «вязкостные» параметры.

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ (по ГОСТ 33): определяется в капиллярных вискозиметрах при температурах 40°С и 100°С. Измерение проводится в термостате, в котором поддерживается заданная температура. Вискозиметр погружается в термостат, и когда масло нагрелось до нужной температуры, засекается время прохождения маслом известного объема вискозиметра (изогнутой трубки). Вязкость рассчитывается по формуле.

ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ: определяется при различных градиентах скорости сдвига в ротационных вискозиметрах (ASTM D5293). Мы тестировали низкотемпературную вязкость проворачиваемости, от которой зависит число оборотов коленвала двигателя во время «зимнего пуска».

ТЕМПЕРАТУРА ЗАСТЫВАНИЯ (по ГОСТ 20287): температура, при которой масло не течет под действием силы тяжести, то есть теряет текучесть. Масло в пробирке помещается в термостат с сухим льдом, где по достижении им заданной температуры проводится нехитрый опыт: пробирку наклоняют под углом 45 градусов и если через минуту сдвиг уровня есть – значит, масло не застыло. Температура застывания должна быть на 5—7°С ниже той температуры, при которой масло должно обеспечивать прокачиваемость. В большинстве случаев моторные масла застывают из-за выпадения кристаллов парафинов. Требуемая нормативной документацией температура застывания достигается депарафинизацией базовых компонентов и/или введением в состав депрессорных присадок (полиметилакрилаты, алкилнафталины и т. д.).

По классификации SAE показатели ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ВЯЗКОСТИ моторных масел оцениваются на основе следующих значений:

• минимальной и максимальной вязкости масла (сСт) при температуре 100°С (по стандарту ASTM D 445);

• минимальной вязкости при температуре 150°С и высокой скорости сдвига (10^6 с^-1) (метод ASTM D 4683 или, в Европе, метод СЕС L-36-А-90).

Почему важна высокотемпературная вязкость при большой скорости сдвига? Дело в том, что она показывает поведение масла в узких узлах трения двигателя — в подшипниках коленчатого и распределительного валов, кривошипно-шатунного механизма и т.д.

Максимальная НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ВЯЗКОСТЬ проворачиваемости определяется на имитаторе запуска холодного двигателя (CCS) по стандарту ASTM D 5293 и измеряется в сантипуазах (мПа с). Установлено, что от этой вязкости зависит число оборотов коленвала двигателя во время «зимнего пуска».

Вязкость прокачиваемости определяется по стандарту ASTM D 4684 и характеризует возможность притока масла в масляный насос и создания нужного давления в системе смазки при запуске двигателя. Определение вязкости прокачиваемости было введено после того, как было замечено, что некоторые масла (SAE 10W-30 и SAE 10W-40) после пребывания определенного времени (более 24 часов) при низкой температуре теряют текучесть и становятся желеобразными.

API – ЗНАЕШЬ И КУПИЛ!

Система классификации масел API разработана в 1947 году Американским институтом нефти (American Petroleum Institute). Она подразделяет масла согласно их назначению и качеству. Качество масла – вещь относительная, а именно комплекс свойств, который необходим для выполнения работы масла по назначению. Одни свойства, такие как вязкостные, являются основными для всех масел, независимо от их назначения, а другие необходимы только в определенных условиях применения и в каждом конкретном случае характеризуются обособленными показателями качества.

Стандарты рабочих характеристик API указываются при помощи сокращений типа API: SJ и API: CE: первая буква означает тип двигателя (S = бензиновый, а C = дизельный), вторая буква означает уровень рабочих характеристик, и чем ниже уровень характеристик, тем ближе буква к началу алфавита.

SL — это новейший стандарт для бензиновых двигателей. CF — это последний стандарт для легких дизельных автомобилей. CD-II И CF-2 классификация для 2-тактных дизельных двигателей. От CF-4 до CH-4 это стандарты для тяжелых дизельных двигателей.

Для достижения уровней рабочих характеристик API: смазочные материалы должны успешно пройти четыре испытания, во время которых учитывается следующее:

— повышение температуры масла в работающем двигателе;

— удлинение периода между заменой масла, рекомендованного изготовителем; усилия для достижения рабочих характеристик двигателя; стандарты по охране окружающей среды, требования которых все время ужесточаются.

Для некоторых масел также учитывается более низкий расход топлива, благодаря низкой вязкости (энергосберегающая категория ЕС).

В ТЕСТЕ ИСПЫТЫВАЛИСЬ МАСЛА КАТЕГОРИИ API: SG/CD И API: SG/CE

КАТЕГОРИЯ API: SG (для бензиновых двигателей) — лицензированная категория, утвержденная в 1988 году. Выдача лицензий прекращена в конце 1995 года. Масла предназначены для двигателей моделей 1993 года и старше, питаемых неэтилированным бензином с оксигенатами. Удовлетворяют требованиям, выдвигаемым к маслам для дизельных двигателей категории API: CC и API: CD. Имеют более высокую термическую и противоокислительную стабильность, улучшенные противоизносные свойства, уменьшенную склонность к образованию отложений и шлама. Масла API SG заменяют масла категорий API SF, SE, API SF/CC и API SE/CC.

МАСЛЯНАЯ ВСПЫШКА

Конечно, стандарты SAE и API очень удобны, чего не скажешь об отечественном ГОСТе, который вообще не учитывает некоторые категории современных масел. Но все-таки методики тестирования и параметры, заложенные в ГОСТе, хотя и не очень адекватны для классификации, зато могут пригодиться для независимой оценки качества масел. Это методики, по которым готовы работать отечественные лаборатории, определяя те характеристики масел, которые наиболее влияют на их эксплуатационные свойства.

Тесты по стандарту API: проводятся в рабочем двигателе. А что же можно сделать в лабораторных условиях? Вот тут и понадобился отечественный ГОСТ, по которому можно тестировать еще одну группу свойств, позволяющих судить о качестве масла. Это:

ПЛОТНОСТЬ ПРИ 20°С (ГОСТ 3900) – определяется ареометром.

ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ В ОТКРЫТОМ ТИГЛЕ (по ГОСТ 4333), для определения которой есть специальный прибор. Тигель, в который наливается масло, подогревают, при этом за 1 минуту температура масла не должна подниматься больше, чем на 2 градуса. Затем над тиглем проводят зажженным фитильком и фиксируют температуру, если масло вспыхивает (именно вспыхивает и гаснет, но не горит – чтобы масло загорелось, нужна температура куда большая).

ВАЖНА ЗОЛОТАЯ СЕРЕДИНА

Следующие две характеристики, которые мы тестировали, определяются входящими в масло присадками. Пакет присадок включает в себя несколько типов присадок, они есть в любом масле, например, противоизносные, антикоррозионные, антиокислительные, моюще-диспергирующие, антипенные, регуляторы набухания уплотнений, модификаторы трения, присадки-загустители.

ЩЕЛОЧНОЕ ЧИСЛО (ГОСТ 11362) указывает на потенциал масла в плане ресурса. При работе двигателя в масле образуются продукты окисления, которые вызывают коррозионный износ деталей, который только усиливается зимой. Для нейтрализации этих кислот в него добавляют специальные присадки. Изначально высокое щелочное число — показатель долговечности масла, хотя на то, с какой скоростью масло будет «стареть» и терять свои свойства, очень сильно влияют и условия эксплуатации. Если производитель сэкономил на количестве присадок, а масло используется в тяжелых условиях (например, в автомобиле, который эксплуатируется в крупном городе, или просто в сильно изношенном двигателе), то присадки очень быстро сработаются. Для определения щелочного числа масло растворяют в определенном объеме и проводят обратное потенциометрическое титрование. Это значит, что в раствор добавляют избыток кислоты (соляной), а потом капают щелочь до тех пор, пока вольтметр не выдаст скачок напряжения. Из объема щелочи, который для этого понадобился, и определяют щелочное число масла.

СУЛЬФАТНУЮ ЗОЛЬНОСТЬ (ГОСТ 12417) определяют содержащиеся в масле присадки. Формулы и количество присадок, как правило, являются «секретом фирмы». Но по правде говоря, точные формулы интересны только компаниям-конкурентам – важные свойства масла определяются просто количеством присадок. Оно-то и вычисляется при взвешивании остатка, полученного при сжигании масла в присутствии серной кислоты (поэтому параметр и называется «сульфатная зольность»). Для процедуры используют специальный тигель из кварцевого стекла, который сначала греют на обычной плите, а потом переносят в муфельную печь, температура внутри которой равняется 775 плюс-минус 25 градусов. Чем больше сульфатная зольность, тем больше в масле присадок. Но ее значение не должно превышать 1,3% от общей массы для бензиновых двигателей, 1,8% для дизельных, потому что излишняя зольность увеличивает нагарообразование.

Comments are closed.