Немного общего о масле

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Вынесенным в заголовок вопросом испещерены все автомобильные интернет-форумы.

Но количество информации по этому поводу, на моей памяти ни разу не переходило в качество, скорее - наборот. Множество же опубликованных за это время статей, также преследуют какие угодно цели, кроме как дать, наконец, ответ на этот вопрос. Долгое время, мы являлись единственным сервисом, точно знающим "какое масло залить". Скромно остаемся им и по сей день, но сейчас к этому добавилась еще и обширная исследовательская работа, дополняющая базу в несколько сотен детально исследованных двигателей BMW, Mercedes, Audi (видеоэндоскопия высокого разрешения, вакуумная диагностика цилиндро-поршневой группы, анализ и систематизация данных по фактическому расходу масла на пробеге, широкополосная аудиоспектрометрия, данные исследований виброускорений и т.д.). Одним из направлений сейчас является многостороннее исследование физико-химических свойств масел, что в конечном итоге даст исчерпывающий ответ на вопрос заголовка. Начнем с того, что ознакомимся с базовыми понятиями и терминами "масляной" темы предельно понятным, как мне кажется языком.

Итак:


Вязкость

Вязкость по SAE
 - общепринятый стандарт классификации вязкости моторных масел SAE J300. За цифрами скрываются определенные стандартом диапазоны вязкости, в которые должен укладываться данный образец. Если масло "всесезонное", цифр на канистре указывается две - для "холодного старта" и для рабочей температуры прогретого мотора. Первая цифра отделена от второй литерой "W" - "зимнее". Так как практически все выпускаемые современные масла - всесезонные, общепринятой стала комбинированная кодировка, например: 5W(холодный запуск)40(рабочая температура). В лабораторных условиях, определяется усилие сдвига и прокачиваемости масла при низких температурах - это важно для самой возможности запустить холодный двигатель. Чем ниже цифра, тем масло более жидкое и более приспособлено к условиям холодного запуска. После достижения рабочей температуры (а это уже около 40 градусов и выше - несколько минут после запуска), влияние этого параметра на эксплуатационные характеристики масла становится малозначительным. Важным становится второе значение - кинематическая вязкость при рабочей температуре двигателя (около 100 градусов). Масло, очевидно, не должно быть слишком жидким при рабочей температуре, которая повышается пропорционально нагрузке на двигатель и может достигать 150-180 градусов и даже выше. Например, в области поршневых колец, где масло забирает значимую часть тепла, образовавшуюся в результате сгорания топлива. Слишком тонкий слой может быть подвержен разрыву: он не создает требуемой защиты и приведет к ускоренному износу. Слишком густой - создаст постоянные излишки смазочного материала в области поршневых канавок, что постепенно приведет к коксованию (потере подвижности) поршневых колец при определенных условиях - таких, например, как низкие обороты двигателя, характерные для стояния в пробке. Кроме того, стоит обратить внимание, что высокотемпературная вязкость "40" и "60" отличается в абсолютных цифрах примерно вдвое - это значит, что значительно возрастают потери мощности, которые при прочих равных условиях, могут достигать 10%, что также приводит и к ухудшению топливной экономичности - кому же понравится, что на более густом масле автомобиль "тупой" и кушает слишком много бензина?

Какую вязкость выбрать?
В современной реальности, мы имеем дело с универсальным всесезонным маслом, с диапазонами согласно SAE 0-25W, и 20-60 - для рабочей температуры. На практике, не существует масел, перекрывающих весь температурный диапазон: масла с предельно низкой низкотемпературной вязкостью имеют средние высокотемпературные показатели - 0W40, 5W40. Густые масла, соответственно, являются достаточно густыми и при низкой температуре - 10W60, 5W50, 20W60. Очевидно, что для универсальной круглогодичной эксплуатации, при прочих равных условиях, стоит ориентироваться на средние диапазоны вязкостей, например 0W40, 5W40 и подобные - такие масла обеспечат уверенный запуск мотора при температурах типичных для средней полосы России и обеспечат должную защиту подвижных частей двигателя при эксплуатации в рабочем диапазоне оборотов обычного мотора: 600-6000 об/мин. Все это при оптимальных потерях на трение, что даст оптимум и в топливной экономичности, а также и мощности.

Маловязкие масла, типа 0W30, или даже 0W20, созданы для уменьшения внутренних потерь (экономии топлива) и для обычного двигателя могут быть рекомендованы лишь для теоретического улучшения топливной экономичности (около 2% по испытательному циклу), а также для достижения незначительного улучшения мощностных показателей при определенных условиях эксплуатации. Подобные масла (а точнее - рекомендации к их применению) характерны для автомобилей азиатского и североамериканского рынков и могут быть, (а могут и не быть) связаны с конструктивными особенностями мотора - геометрией масляных каналов, расположением масляных форсунок и т.д. Во втором случае, нет никаких препятствий для использования иных (оптимальных для данного региона) вязкостных диапазонов.

Рассмотрение вязкостных характеристик масла в отрыве от конкретного образца практически лишено смысла - вязкость является лишь одной из характеристик качества, в свою очередь, имеющей зависимость, а также прямое и косвенное влияние на интегральный показатель качества продукта в потребительском смысле - всегда необходимо рассматривать совокупность потребительских параметров. Масло может быть выбрано оптимально с точки зрения вязкости, но это не гарантирует ничего, кроме возможности холодного запуска и стабильности масляной пленки.

Масла с выраженно высокой вязкостью (в их составе содержится загуститель), обеспечивают максимальную толщину масляной пленки при высоких температурах и высоких оборотах, в обмен на высокие потери и ухудшение топливной экономичности в стандартном режиме эксплуатации. Типичные высоковязкостные диапазоны для товарных масел: "10W60", "20W60", "5W50". Действительно, такие масла могут быть рекомендованы для защиты двигателя в режиме экстремальной эксплуатации, а также и в случае специфических режимов использования: например, длительная работа мотора в режиме предельных оборотов.

Вопреки распространенному заблуждению, т.н. "гоночные" марки масел далеко не всегда имеют большую вязкость. Типичное масло для высокооборотистого спортивного мотора "на гонку" - "15W40" - такой мотор запускается только после предварительного подогрева, "зимнее" число практически малозначимо. В свою очередь, столь узкий диапазон дает бОльшую свободу при выборе основы для масляной композиции. Для квалификации вполне может быть использовано и крайне маловязкое масло типа "0W20" - для достижения максимального результата - минимум мощностных потерь. В случае, повторюсь, длительной эксплуатации двигателя в зоне максимальных оборотов, например, гонок "Le Mans 24" - может быть обосновано применение масла вязкости 10W60 - ему тут самое место. А в типичном гражданском моторе - нет.

Вывод: для повседневной, круглогодичной, даже крайне интенсивной эксплуатации (не гонка, не испытания и т.д.) абсолютно универсальными являются масла со средним диапазоном вязкостей типа 0w40, 5w40 и подобные. Применение маловязких, или же наоборот, слишком густых масел, с верхним дипазоном SAE 20, 30, 50 и 60 служит для решения узкого спектра задач и может привести к повышенному износу двигателя, коксованию колец, увеличению расхода топлива, снижению мощности и т.д. Думаю, читателю несложно соотнести свой режим движения с описанными выше и сделать выбор. Определенная специфика встречается также и при сильных отклонениях от климатической нормы - в холодном климате оптимальны именно маловязкие масла, в крайне жарком - густые.

Индекс вязкости масла
Условная безразмерная величина, характеризующая стабильность вязкостных свойств при изменении температуры. Чем выше значение, тем в более широком диапазоне температур масло сохранит текучесть. Часто используется как косвенный параметр оценки примененных базовых масел. В чистом виде, не является параметром качества.


Индекс испаряемости NOACK
Одна из современных методик, характеризующая качество фракционного состава смазочных материалов. Масло нагревается до температуры 250 градусов и после истечения установленного промежутка времени, оценивается относительное изменение массы образца - согласно европейской методике, изменение массы не должно быть более 13,7%. При прочих равных, чем больше от исходной массы выкипело, тем масло более такое склонно к угару - в его составе больше "коротких" молекул - в основе масла присутствуют низкокачественные компоненты. Существует прямая связь между количеством испарившегося масла и его классом вязкости - определенные осторожные выводы, уместны лишь среди масел одного класса вязкости - густое масло, разумеется, менее склонно к выкипанию. Но это не делает его "лучше" .

Температура вспышки в закрытом тигле
Один из параметров безопасности - масло постепенно нагревается в закрытом резервуаре до момента, когда поднесенный источник открытого огня вызовет вспышку пламени. Фиксируется минимальная температура вспышки. Еще один параметр, косвенно характеризующий качество базовой основы - провальных значений быть не должно. В чистом виде определяющим критерием не являтся.

Щелочное число TBN
Величина прямо характеризующая запас моющих свойств у масла. Связана с количеством активных элементов в составе моющих и грязеудерживающих присадок. Больше - лучше. С появлением т.н. "малозольных" масел (с определенно низким TBN), активно насаждается мнение, что TBN не является критерием, однозначно определяющим запас моющих свойств, что отчасти верно - важна динамика снижения, а также, как в рекламе - "кислотно-щелочной баланс". Однако, в любом случае, никакой иной методики, кроме как контроль снижения щелочности и роста кислотности (непосредственно связанных с контролем щелочного числа) никто пока не предлагает.

Кислотное число TAN
Кислотное число - характеристика кислотности масла, не должна существенно превышать щелочность.

Окисление
Величина, прямо связанная с температурной деградацией - помутнением основы и утратой свойств пакетом присадок.

Нитрование
Параметр связанный с лако- и нагарообразованием в результате проникновения в масло соединений азота.

Присадки
В составе современных моторных масел содержится не более 10-15% присадок. Присадки предотвращают преждевременный износ, коррозию, отмывают и удерживают в себе отложения. По сути, это соединения на основе следующих металлов:

Ca, Mg (кальций и магний) - моющие и удерживающие отложения присадки. Обычно 0,2 до 0,3% суммарного массового содержания.
Zn, P (цинк, фосфор) - противоизносные присадки. До 0,2% суммарного массового содержания.
Mo, B (Молибден, Бор) - чаще всего, присадки для снижения трения, до 0,2% массового содержания, присутствуют, как правило, исключительно в дорогих высокотехнологичных маслах.

Кроме того, сюда относятся и модификаторы вязкости на основе полимеров.

Продукты износа
К определяемым в отработанном масле продуктам износа относят металлы, из которых изготовлены подверженные износу детали двигателя. Следует учесть, что в зависимости от типа двигателя, меняется состав пар трения: зеркало блока цилиндров может быть изготовлено из чугуна, а может из алюминия. При этом, алюминиевый поршень может быть покрыт тонким слоем железа и так далее... Относительные результаты справедливы лишь для двигателей одного типа. Также некорректно сравнивать двигатели разной металлоемкости - рядный четырехцилиндровый мотор и, например, V12 - абсолютные значения содержания продуктов износа как минимум пропорциональны количеству цилиндров.

Загрязнение
Для исправного двигателя, нам важно определить содержание кремния - его количество пропорционально пробегу и говорит о качестве фильтрации входящего воздуха. Кроме того, существует норматив по содержанию топлива в масле: его должно быть не более 1,5% - если больше, существуют какие-либо проблемы со смесеобразованием и(или) цилиндро-поршневой группой.


Классификация базовых основ
Долгое время, масла для машин и механизмов были минеральными, или даже являлись смесью с растительными маслами. Например, старейшая торговая марка Castrol, как известно, это акроним образованный от "Castor oil" - касторовое масло: в базовую минеральную основу производитель добавлял растительное масло, получая тем самым гибрид из свойств обоих. Главные недостатки таких масел - быстрое окисление и старение, подверженность угару, слишком высокая вязкость при низкой температуре или слишком низкая при высокой, рабочей. Такие масла сложно было назвать "всесезонными". Пробег между заменами, к тому же, составлял всего-то около 2-5 тысяч километров. Причина таких свойств - происхождение смазочного материала. В результате отделения от нефти легких фракций образуется своеобразный коктейль из молекул разных типов и длин. Минеральное масло - разнородное, "непричесанное" по молекулярному составу масло. Для стабилизации свойств, со временем, в него стали добавлять разнообразные присадки в объеме до 20-30% , но удовлетворительного результата с такой основой все равно достичь не получалось.

Решением стало появление синтетических масел (чаще всего - ПАО) - продуктов целенаправленного синтеза молекул с заданными свойствами, получаемых чаще всего из децена -   углеводородного сырья, напоминающего сжиженный газ. Такое базовое масло имеет высокий (более 120) индекс вязкости (точку застывания около -50 и ниже), хорошо противостоит окислению, практически не содержит серы, имеет низкую летучесть. На этом достоинства заканчиваются. Недостатков у такого сырья также хватает: слабые смазывающие свойства, сравнительная агрессивность к резиновым уплотнениям, высокая стойкость высокотемпературных отложений, что становится важным, например, при попадании масла в камеру сгорания. 

На сегодняшний момент, действует следующая классификация базовых основ масла предложенная американским институтом нефти:

Группа 1 - высокосернистые минеральные масла с низким индексом вязкости.
Группа 2 - малосернистые минеральные масла с низким индексом вязкости.
Группа 4 - чисто синтетические базовые масла группы полиальфаолефинов (ПАО).

Куда подевалась третья группа? 

Альтернативой рассмотренным выше 4 группе, стала технология гидроочистки базовых минеральных масел, т.н. "гидрокрекинг". Не вдаваясь в излишние подробности, процесс представляет собой своеобразную ломку молекул разной длины для придания продукту однородности и требуемых свойств. По основным свойствам (стабильность вязкости), такие продукты приблизились, или даже превзошли ПАО, образовав третью группу - масел гидрокрекинга. Крайне важной является и невысокая относительная стоимость данной технологии - такие масла производить выгодно. Эта технология набрала популярность не более 10 лет назад.

Итак, группа 3 - продукты гидрокрекинга.

Все остальные виды базовых масел, не вошедшее в эти группы, расположилось в группе номер 5. Наиболее известные представители этой группы - т.н. "эстеры" - сложные эфиры - продукты взаимодействия спиртов и кислот. Такие базовые масла отличаются полярными свойствами - адгезией (прилипают) к металлам, что позволяет производителям масел заявлять о большем ресурсе и лучшей защите масел на полиэфирной основе. По своим свойствам, эфиры превосходят конкурентов - они стабильны, имеют отличные смазывающие способности, экологичны и т.д. Главный недостаток - цена. Преимущественно применяются небольшими производителями  в премиум-сегменте. Крупные нефтеперерабатывающие компании больше нацелены на продукты гидрокрекинга - базой для него служит добываемая ими нефть.

Допуски и одобрения
Существует целый ряд организаций, выдвигающих требования к смазочным материалам, в т.ч. и моторным маслам.  Американский институт нефти - API, Европейская ассоциация производителей автомобилей - ACEA, Международный комитет стандартизации и одобрения смазочных материалов - ILSAC и другие... Все эти организации определяют и утверждают требования к смазочным материалам. Если разобраться детально -  требования практически одинаковые. На их базе, ведущие производители автомобилей, в свою очередь, разрабатывают свои требования к автомаслам, зачастую просто дублирующие стандарты мировых организаций. Удобно и наглядно было бы рассмотреть эти требования на примере допусков от BMW, появившихся в 98 году. 

Итак,

BMW Special oil - масло включенное в перечень масел вообще рекомендуемых для моторов BMW старого поколения - иными словами, практически любое масло. Де-факто - дублер ACEA A3/B3.

LongLife `98 - первое "экологическое" масло - включено требование на увеличенный интервал замены масла - всесезонное масло со стабильными во времени характеристиками. Еще один дублер ACEA A3/B3. При ближайшем рассмотрении  - "обычное масло".

LongLife `01 - тоже самое, с улучшенными характеристиками. По некоторым источникам - обязательно наличие компонентов ПАО.

LongLife `01FE - тоже самое, с низкой высокотемпературной вязкостью для топливной экономии (например, 0W30).

LongLife`04 - масло на основе стандарта ACEA "C3" - C - "catalyst" - катализатор. Масло с пониженным содержанием сульфатной золы, фосфора, серы. Т.н. группа MidSAPS и LowSAPS масел.

То есть, эволюция масел нацелена на четкие экологические требования: меняем масло как можно реже, используем масло как можно жиже (экономия топлива), а теперь еще используем масла с низким содержанием активных элементов пакета присадок - LL-04, чтобы не навредить катализатору.

В том или ином сочетании, совершенно аналогичная ситуация прослеживается и у других производителей.

Маловязкое масло с усеченным на треть пакетом моющих присадок - еще тот подарок для мотора. Впрочем, неизбежное ограничение моющих способностей масла не несет угрозы в "идеальных" условиях эксплуатации без воздействия агрессивных факторов - например пробок, которых в крупных городах хватает. Аналогичным образом, наличие полноценного пакета присадок не представляет опасности для катализатора, если мотор исправен и в основе масла лежит качественная база - масло не угорает и вообще не проникает в камеру сгорания. В то же время, если масло по любой причине попадает в катализатор, никакие MidSAPS и LowSAPS допуски катализатор не спасут. Если вам суждено захлебнуться, то совсем неважно, сделаете ли вы это водопроводной водой или дистиллированной.

Катализатор отравит то самое трудноразлагаемое базовое масло, а совсем не жалкие лишние % сульфатной золы.

Допуск LongLife `0 (а по большому счету - все масла с допуском "ACEA C3" и выше) не рекомендованы BMW для использования за пределами Европейского сообщества. Почему-то считается, что пакет добьет "высокая сернистость" нашего топлива, в то время, как низкие щелочные свойства малозольного пакета добивает хотя бы простое простаивание в пробках - ускоренное окисление масла, с чем высокотемпературные моторы BMW справляются просто на отлично, а высокого содержания серы в топливе нет уж лет 10.

Любопытная ситуация - создан целый класс "катализаторофильных" масел, в которых идет борьба за жалкие проценты содержания сульфатной золы, что снижает разом моющие свойства примерно на 30% и уж точно не продляет маслу жизнь, в то же время, в исправном двигателе, масло в катализатор просто не попадает. А если и попадает, то по причине неисправности поршневых колец, или же течи сальников клапанов, что вызывает, разумеется, не пакет присадок, а агрессивная и склонная к коксованию, при условии высокой температуры, масляная основа. И вот если попадает - никакие экологические пакеты катализатор не спасут - нормой для нового двигателя производители положили аж 0,7 л на 1000 км, это "норма" для газонокосилки,  в которой масло специально заправляется в бензобак  в пропорции от 50:1 до 25:1, а не для современного двигателя.

Производителю бы бороться "за базу", что дало бы пользу и мотору и экологии. А борьба идет - присадками и с присадками... 

Иными словами, вам предлагают выпить чай из воды, набранной в местном болоте. Когда же вы морщитесь, в ваших же интересах, предлагают заменить сахар на безвредный подсластитель. И не так уж этот подсластитель плох... Но перестанете ли вы морщиться?