Автомобильные бензины

Автомобильные бензины, являющиеся топливом для бензиновых двигателей, должны удовлетворять определенным требованиям, основными из которых являются:

· быстрое образование топливно-воздушной (горючей) смеси необходимого состава;

· сгорание рабочей смеси с нормальной скоростью (без детонации);

· минимальное коррозирующее воздействие на детали системы питания двигателя;

· небольшие отложения смолистых веществ в системе питания двигателя;

· минимальное отравляющее воздействие на организм человека и окружающую среду;

· сохранность первоначальных свойств в течение длительного времени.

Основным свойством бензина является детонационная стойкость, характеризующая его способность сгорать в цилиндрах двигателя без детонации.

Детонацией называется сгорание рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью, превышающей скорость звука. В рабочей смеси образуются углеводородные перекиси, которые самовоспламеняются и сгорают со сверхзвуковой скоростью 1500…2500 м/с (при нормальном сгорании – 10…35 м/с). Это явление сопровождается резкими металлическими стуками, перегревом и падением мощности двигателя. При детонации в двигателе возникают ударные нагрузки, которые могут стать причиной его разрушения. Показателем, определяющим детонационную стойкость бензина, является октановое число; чем оно выше, тем меньше возможность появления детонации.

Кроме октанового числа на возникновение детонации при работе двигателя влияют эксплуатационные факторы: перегрев двигателя; большая нагрузка при малой частоте вращения коленчатого вала; ранняя установка зажигания.

Из конструктивных факторов, влияющих на возникновение детонации, следует отметить такие, как форма камеры сгорания, расположение свечи зажигания, диаметр цилиндра, а также важнейший конструктивный параметр двигателя – степень сжатия.

Для каждого типа бензинового двигателя допускается применение бензина со строго определенным октановым числом, которое обусловливается степенью сжатия двигателя: чем выше степень сжатия, тем большее октановое число должен иметь бензин. Октановое число определяют моторным и исследовательским методами, суть которых заключается в сравнении работы одноцилиндрового двигателя на испытуемом бензине и эталонном топливе. В качестве эталонного топлива используют смесь двух углеводородов – изооктана и нормального гептана. Октановое число первого принимают равным 100 единицам, второго – нулю. Если составлять смесь из этих углеводородов в определенном процентном соотношении, то оно и будет характеризовать октановое число. Так, смесь из 76 % изооктана и 24 % гептана будет равноценна бензину с октановым числом 76.

Испытание бензина м о т о р н ы м м е т о д о м проводят следующим образом: вначале запускают двигатель на испытуемом бензине и доводят его при повышении нагрузки до возникновения детонации, которая фиксируется по шкале указателя детонации; затем переводят питание двигателя на эталонную смесь, имеющую октановое число, примерно на две единицы большее, чем у бензина. Если в фиксированном режиме нагрузки детонация не появится, двигатель переводят на другую смесь (с октановым числом, меньшим на две единицы) и вновь наблюдают за возникновением детонации. При ее появлении подсчитывают октановое число как среднее арифметическое октановых чисел двух взятых эталонных смесей. С целью большей достоверности указанное испытание проводят три раза.

И с с л е д о в а т е л ь с к и й м е т о д испытания бензина по схеме проведения не отличается от моторного, различие заключается лишь в режиме нагрузки на двигатель в момент испытания: нагрузка устанавливается несколько меньшая, чем при моторном методе. В результате детонация возникает при использовании эталонных смесей с бόльшим содержанием изооктана, поэтому октановое число, получаемое исследовательским методом, будет на несколько единиц выше. Например, октановое число бензина А-76, определенное по моторному методу, соответствует бензину АИ-80.

Если испытание проводят исследовательским методом, то при маркировке бензина А после буквы А; означающей, что бензин является автомобильным, следует буква И (отсутствие этой буквы указывает на моторный метод проведения испытания).

Для повышения октанового числа в некоторые бензины добавляют специальные присадки. Чаще всего это этиловая жидкость с антидетонатором ТЭС (тетраэтилсвинец). Бензин с антидетонационной присадкой называется этилированным и в отличие от обычных бензинов окрашивается.

Вследствие повышенной токсичности этилированных бензинов, проявляющей в накоплении тетраэтилсвинца в живых организмах и растительности, применение их в абсолютном большинстве стран мира запрещено.

В настоящее время в соответствии с ТУ 38.001165-2003 «Бензи­ны автомобильные. Технические условия» выпускаются бензины сле­дующих марок: А-80 (АИ-80), А-92 (АИ-92), А-96 (АИ-96).

В зависимости от испаряемости бензины могут быть летними, зимними или всесезонными. В обозначении бензинов с улучшенными экологическими свойствами и присадками содержится аббревиатура Экп (например, АИ-95 Экп).

Маркировка бензина состоит из буквы «А» и цифры, соот­ветствующей минимальному значению октанового числа по исследо­вательскому методу для экспортных бензинов. Буквы «АИ» и цифры указывают, что бензин автомобильный с минимальным октановым числом, определенным исследовательским методом, поставляемых на внутренний рынок.

Летние бензины рекомендуются к эксплуатации в период с 1 ап­реля по 1 октября. Зимние бензины - с 1 октября по 1 апреля. Бензины А-80, А-92 и А-96 различаются только следующими свойствами: плотность их при 15 °С соответственно равна 759, 774 и 780 кг/м³; де­тонационная стойкость по моторному методу не менее 76,0, 83,0 и 85,0.

В целях повышения конкурентоспособности бензинов и доведения их качества до европейских стандартов введен ГОСТ 31077-2002 «Топлива для двигателей внутреннего сго­рания. Неэтилированный бензин», который предусматривает выпуск бензинов Нормаль-80, Регуляр-91, Регуляр-92, Премиум-95 и Супер-98. Данный стандарт подготовлен на основе ГОСТ Р51105-97 Российской Федера­ции и является межгосударственным стандартом для Содружества Не­зависимых Государств.

Бензин «Нормаль-80» предназначен для использования наряду с бензином А-76. Неэтилированный бензин «Регулятор-91» можно применять вместо этилированного бензина А-93. Бензины «Премиум-95» и «Супер-98» отвечают европейским стандартам и предназначены для современных импортных автомобилей.

В маркировке число указывает детонационную стойкость по ис­следовательскому методу.

В Западной Европе широко применяются бензины Benzin bleifrei, Super bleifrei и Super Plus с о.ч. соответственно 91, 95 и 98 единиц по исследовательскому методу.

3.1.2. Дизельные топлива

Топливо, применяемое для автомобильных дизельных двига­телей, представляет собой тяжелые нефтяные фракции. Дизельное топливо представляет собой сравнительно вязкую жидкость желтоватого цвета со слабым характерным запахом. К дизельным топливам при эксплуатации предъявляют требования, аналогичные требованиям к бензинам, однако из них можно выделить специфические, обусловленные особенностями смесеобразования и воспламенения в дизелях: сохранение текучести и определенной вязкости при возможно более низких температурах с целью обеспечения надежной подачи в цилиндры двигателя; хорошие смесеобразование и воспламеняемость при впрыскивании в камеру сгорания; обладать хорошими смазывающими; содержать наименьшее количество органических кислот и серы.

Определенная вязкость дизельного топлива необходима для обеспечения смазки топливоподающей аппаратуры, при недо­статочной вязкости условия смазки трущихся деталей топливной аппаратуры ухудшаются, что вызывает их усиленный износ.

Кроме того, маловязкое топливо просачивается через зазо­ры между плунжерами и гильзами насоса высокого давления,в результате этого подача топлива уменьшается, а мощность двига­теля падает.

При большой вязкости затруднена подача и впрыск топлива в цилиндры двигателя. Чем ниже температура застывания, тем надежнее работа автомобиля в зимних условиях. С уменьше­нием температуры самовоспламенения топлива облегчается пуск холодного двигателя.

Мягкая работа двигателя достигается при плавном нараста­нии давления в цилиндрах двигателя при сгорании, что возмож­но при воспламеняемости топлива сразу же после поступления в цилиндры первых его частиц. Запаздывание воспламеняемостиве­дет к одновременному сгоранию значительного количества топ­лива, что вызывает резкое нарастание давления и жесткую ра­боту двигателя. Поэтому воспламеняемость является основным технико-эксплуатационным свойством дизельного топлива, характеризующая способность его паров в определенных условиях воспламеняться без источника зажигания. Показателем воспламеняемости является цетановое число, оказывающее решающее влияние на легкость пуска и характер работы двигателя: чем оно больше, тем легче пуск двигателя и мягче его работа. Цетановое число равно объемному содержанию цетана в такой смеси с α-метилнафталином, которая при стандартных условиях испытания имеет одинаковую воспламеняемость с исследуемым топливом.

Воспламеняемость дизельного топлива, как и бензина, оценивается путем сравнения работы одноцилиндрового двигателя на эталонном топливе и на испытуемом. В качестве эталонного топлива применяют смесь углеводородов цетана и α-метилнафталина. Воспламеняемость цетана принимают за 100 единиц, а α-метилнафталина – за нуль. Составляя эталонное топливо из этих углеводородов в разных соотношениях, можно при работе одноцилиндрового двигателя на испытуемом топливе и на эталонном добиться одинаковой их воспламеняемости. В этом случае процентное содержание цетана в эталонном топливе будет численно равно цетановому числу испытуемого топлива. Цетановое число дизельных топлив составляет 45…58 единиц. Более высокое цетановое число показывает, что топливо мо­жет обеспечить более мягкую работу двигателя.

Для наиболее полного сгорания топливо, впрыснутое в ци­линдры двигателя, должно хорошо перемешиваться с воздухом. Значительное влияние в этом случае оказывает фракционный состав топлива.

Количество легких фракций, содержащихся в дизельном топливе, ограничивается допустимой температурой вспышки, т. е. температурой, при которой пары топлива сразу воспламе­няются от поднесенного открытого пламени.

Пригодность дизельного топлива для использования его в холод­ное время года определяется температурами его вспышки в закрытом тигле и предельной температурой фильтруемости. Температура фильтруемости характеризует момент, при котором в топливе образуются мельчайшие кристаллики парафина. Достигнув температуры фильтруемости, топливо теряет свою подвижность, так как весь содержащийся в нем парафин кристаллизуется.

Применение топлива с содержанием серы менее 0,2 % обес­печивает высокую износостойкость деталей двигателя, увеличе­ние ее содержания до 0,5 % увеличивает их износ. Поэтому содержание серы в дизельном топливе для автомобильных двигателей строго ограничено. По последним нормативам Европы и США допустимое содержание серы в дизельном топливе не более 0,001% (10 ppm). Понижение содержания серы в дизельном топливе, как правило, приводит к уменьшению его смазывающих свойств, поэтому для топлив с низким содержанием серы обязательным условием является содержание специальных присадок, повышающих смазывающие свойства таких топлив.

Способность дизельного топлива к испарению отражена в стандартах его фракционным составом. Топливо, испаряющееся при более низких температурах, обеспечивает легкий пуск ди­зельных двигателей, но оно плохо самовоспламеняется, что вызывает запаздывание самовоспламенения и ухудшает процесс сгорания.

Основные требования к дизельному топливу отражены в соответствующих стандартах (табл)

Примечание: Частицы в ppm (миллионные доли) применяются по принятому международному обозначению, при этом 1 % соответствует 10 000 ppm.

В зависимости от условий применения дизельные топлива делятся на летние (Л), зимние (З), северные (С) и арктические (А). Летние топлива могут применяться при температуре воздуха выше 0 ºС, зимние – от 0 ºС до -25 ºС, северные – от -25ºС до -35 ºС, арктические – от -35 ºС до -50 ºС. В случае отсутствия зимнего топлива для легковых автомобилей допускается использование летнего топлива в смеси с низкооктановым бензином (до 30 % бензина или осветительного керосина при температуре -5…-15 ºС и до 50 % бензина или осветительного керосина при температуре ниже -15 ºС) или присадки уменьшающие процесс образования кристаллизации топлива. Однако работа двигателя при этом будет жесткой и износ двигателя и топливной аппаратуры увеличится.

В качестве альтернативных дизельных топлив в настоящее время все более широкое распространение находит биодизельное топливо. Биотопливо – это топливо из биологического сырья (получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои) в смеси с метанолом или метиловым спиртом в соотношении 5…10 к 1.

3.2. Смазочные материалы

3.2.1. Масла для двигателей

Моторные масла – высо­котехнологичный, сложный и тонко сбалансированный по составу смазочный материал, выполняющий в двигателе це­лый ряд функций: разделение движущихся деталей, охлаж­дение горячих поверхностей, смывание и удаление загряз­нений, защита от коррозии.

Пленка масла, разделяю­щая детали и обеспечивающая легкий пуск двигателя при низ­кой температуре, должна со­храняться и на горячих дета­лях. Наличие пленки в основ­ном определяет противоизносные свойства, а в местах ее разрыва вступают в действие антизадирные присадки. Плен­ка масла, нанесенная на стенки цилиндра в ходе сжатия, первой встречает фронт пла­мени на рабочем ходу и защи­щает поверхностный слой ме­талла от термического удара.

Использование недостаточ­но качественного моторного масла ведет к образованию в камере сгорания отложений из частиц кокса (результат неполного сгорания топлива) и смолистых веществ (терми­ческое разложение остатков масла). Отложения вызывают сбой зажигания, а также запол­няют канавки на поршне, что уменьшает подвижность порш­невых колец. В дальнейшем под воздействием тепла отло­жения твердеют, происходит залегание или расклинивание колец. В результате они не прилегают к стенкам цилиндра и не обеспечивают компрес­сию в цилиндрах, мощность падает, усиливается прорыв газов в картер, растет расход масла. Расклинивание колец вызывает интенсивный износ цилиндропоршневой группы. Возможно также образование черного шлама в самом мас­ле, способствующего закупо­риванию фильтров и масля­ных каналов.

Наиболее известная классификация моторных масел по областям приме­нения и уровню эксплуатационных свойств, используемая в международном масштабе, – классификация API (American Petroleum Institute). Она под­разделяет моторные масла на две катего­рии. К категории «S» (Service) отнесены масла для бензиновых двигателей легко­вых автомобилей, к категории «С» (Commercial) – дизельные масла для гру­зовых автомобилей, тягачей, внедорож­ной строительной и сельскохозяйствен­ной техники. В каждой из этих категорий уровни эксплуатационных свойств масел обозначают первыми буквами латинского алфавита. Введение в классификацию API каждого нового класса было обуслов­лено существенным ужесточением требо­ваний к эксплуатационным свойствам ма­сел нового поколения.

Ресурс, надежность и безопасность эксплуатации современных транспортных средств в большой степени зависят от качества и свойств применяемых смазочных материалов.

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 и ряда других функций, не менее важных для работоспособности двигателей в течение заданного ресурса, а именно:

· предотвращение прорыва газов из надпоршневого пространства в картер путем уплотнения лабиринта поршневых колец и обеспечения их подвижности;

· охлаждение поршней, подшипников коленчатого вала и других деталей;

· защита двигателя от коррозии при работе и во время длительной стоянки;

· предотвращение образования нагара и лакообразных отложений, нарушающих теплоотвод от поршней и подвижность поршневых колец;

· нейтрализация кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива;

· обеспечение быстрого увеличения давления в смазываемых узлах при холодном пуске двигателя;

· предотвращение выпадения осадков в картере, маслопроводах, на сетке маслоприемника, под крышкой механизма газораспределения, крышкой привода агрегатов.

Кроме того, моторные масла должны быть совместимы с материалами уплотнителей (резинами) и катализаторами нейтрализатора отработавших газов, не должны оказывать отрицательного влияния на работоспособность свечей зажигания и вызывать преждевременное воспламенение рабочей смеси из-за образования зольных отложений в камерах сгорания.

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 до 10¼15 % моторного масла.

Обычно в состав масла вовлекают следующие присадки:

Беззольные депрессанты предотвра­щают образование низкотемпературных отложений на деталях двигателей, выпа­дение осадков в картере, загрязнение фильтров, а также предотвращают рост вязкости масла при накоплении в нем час­тиц сажи от неполного сгорания топлива.

Зольные детергенты (моющие при­садки) – это растворимые в базовом мас­ле мыла, обеспечивающие чистоту порш­ней и хорошую подвижность поршневых колец за счет удержания в масле мельчай­ших частиц нерастворимых веществ без отложения на деталях двигателя. Способность масла не давать частицам сли­паться и увеличиваться в раз­мерах необходима для проти­водействия абразивному из­носу и преждевременной блокировке масляных фильтров, а также для улучшения холодной прокачиваемости (защиты дви­гателя при холодном запуске). Обычно в составе масла использу­ют комбинации детергентов, обладающих способностью дополнять и улучшать эф­фективность друг друга. Детергенты со­держат металлы (кальций, магний) придающие маслам зольность. Зола – это неорганиче­ский остаток, образующийся после сгора­ния масла. Ее избыток очень нежелате­лен, т.к. это абразивный материал. Многие детергенты придают маслу спо­собность нейтрализовывать кислоты. Такие детергенты называют щелочными. Роль щелочных детергентов в предотвра­щении коррозионного износа деталей двигателей очень велика.

Антиокислители тормозят окисление масла кислородом воздуха при высокой температуре. Антиокислители разных классов часто вводят в составы масел в виде парных или тройных смесей, что дает лучший эффект. При рациональ­ном сочетании детергентов и антиокисли­телей удается значительно замедлить рост вязкости масла, увеличить срок его бессменной работы.

Противоизносные присадки предот­вращают быстрое изнашивание трущихся деталей двигателей в основном путем хи­мического взаимодействия с поверхнос­тями металлов и образования пленок, препятствующих контакту металла с ме­таллом, образованию рисок, задиров.

Антикоррозионные присадки защищают от коррозии антифрикционные спла­вы на основе меди, свинца, олова путем образования прочных защитных пленок на вкладышах подшипников, втулках и других деталях.

Противопенные присадки препятству­ют вспениванию масла и ускоряют разру­шение образовавшейся пены. В последнее время проблема вспениваемости масла приобрела особое значение в связи с при­менением дизельных масел в качестве ра­бочего тела в системах впрыскивания топлива под высоким давлением с помо­щью гидравлических насос-форсунок.

Модификатор трения (антифрикци­онные присадки) уменьшают коэффици­ент трения при граничном режиме смаз­ки, и этим повышают механический коэф­фициент полезного действия двигателей. Эти присадки вводят в энергосберегаю­щие масла.

Депрессорные присадки понижают тем­пературу застывания масел, их добавляют к зимним и всесезонным маслам для улуч­шения текучести при низкой температуре.

Модификаторы вязкости (загущающие присадки) повышают индекс вязкос­ти масла.

Другие присадки в моторных маслах используют редко, в тех случаях, когда к маслу предъявляют какие-либо специ­альные требования.

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

Минеральными называют масла, полученные путем очистки соответствующих фракций нефти от нежелательных веществ. Различают дистиллятные и остаточные фракции минеральных масел. Первые перегоняются при вакуумном разделении мазута на фракции, вторые – это остаток от перегонки, самые вязкие фракции.Таким образом, минеральные масла состоят из сложных смесей углеводородов, содержащихся в нефти. Дистиллятные фракции служат основой зимних и всесезонных масел, остаточные входят в состав летних масел в смеси с дистиллятными.

Требованияк стойкости против окисления, испаряемости, вязкостно-температурнымсвойствам моторных масел возросли настолько, что даже из отборныхнефтейсприменениемлучших технологий очистки масляных фракцийне представляется возможным вырабатывать минеральные базовыемасла, обеспечивающие получение конечного продукта с необходимыми свойствамиисроками службы. Это привело к использованию синтетических базовых масел.

Синтетические базовыемасла получают путем целенаправленных химических реакций, в результатекоторых образуются органические соединения с оптимальными эксплуатационными свойствами. Эго могут быть углеводородные жидкости (поли-a-олефины, алкилбензолы) или эфиры. Они обладают низкой температурой застывания, стойки к окислению, меньше расходуются на угар. В связи с этим синтетические масла имеют срок службы 20 тыс. км, а отдельные образцы 80…100 тыс. км. Главным достоинством синтетического масла является его способность становиться более жидким при низких температурах и густым при высоких. Синтетические базовые компоненты часто комбинируют, составляя смеси так, чтобы улучшить растворимость присадок, совместимость с эластомерами и другие характеристики. Недостаток синтетических базовых масел – высокая стоимость, в 2…3 раза выше минеральных. Компромисс – частично синтетические масла (полусинтетика), в которых основой является смесь высококачественного минерального базового масла (60%) и синтетических базовых компонентов (40%). Полусинтетикой называют также минеральные масла после специальной обработки – гидрокрекинга или гидроизомеризации. Цена таких масел существенно ниже, чем полностью синтетических.

Уровень эксплуатационных свойств моторного масла и пробег автомобиля, в течение которого оно остается работоспособным, зависят от содержания в масле присадок и их эффективности, качества базового масла и его приемистости к присадкам. В составе современных моторных масел используются сочетания присадок: дисперсанты, детергенты (моющие присадки), антиокислители, ингибиторы коррозии, модификаторы трения, противоизносные и антипенные присадки, деактиваторы металлов. Для того чтобы масло позволяло легко запустить двигатель при больших отрицательных температурах и в то же время сохраняло свою вязкость при работе, в него вводят загущающие присадки – полиизобутилены. Это длинные молекулярные цепочки, имеющие свойство при низкой температуре собираться в клубки. В таком состоянии они почти не влияют на вязкость масла, оно остается достаточно жидким. При повышении температуры клубки молекул «разматываются» и загущают масло, повышая его вязкость. Так получают всесезонные марки масел.

Способность моторного масла выполнять многочисленные функции проверяется в основном путем испытаний в двигателях на стендах по стандартным процедурам классификационных испытаний, а также методами лабораторных испытаний ряда физико-химических свойств. Некоторые фирменные спецификации включают как обязательный этап эксплуатационные испытания.

Главным свойством моторного масла является его вязкость при определенных температурах, а также пусковые свойства и прокачиваемость. Вязкостью называют свойство масла оказывать сопротивление взаимному перемещению соседних слоев масла. Чем выше вязкость, тем гуще масло, и наоборот. Различают динамическую и кинематическую вязкость.

Динамическая вязкость – это количественная характеристика сопротивления жидкости смещению одного слоя относительно другого, она выражается в паскаль-секундах (Па·с).

Кинематическая вязкость – это отношение динамической вязкости к плотности жидкости, она выражается в квадратных миллиметрах на секунду (мм²/с) или в сантистоксах (сСт).

Пусковые свойства (проворачивание коленчатого вала).Характеризуют сопротивление при пуске холодного двигателя и возможность достижения пусковой частоты вращения коленчатого вала. Определяются при отрицательных температурах от -10 до -35°С в зависимости от класса вязкости и высоких скоростях сдвига. Иными словами – в условиях, характерных для работы в подшипниках коленчатого вала при холодном пуске.

Прокачиваемость.Характеризует скорость поступления масла к парам трения при холодном пуске и вероятность выхода двигателя из строя из-за проворота вкладышей при холодном пуске. Определяется при отрицательных, от -15 до -40°С, температурах в зависимости от класса вязкости и низких скоростях сдвига. Таким образом, при оценке этой характеристики реализуются условия течения масла в поддоне к маслоприемнику и в маслоприемнике насоса при пуске холодного двигателя.

В основу действующего стандарта России 17479.1–85 на маркировку автомобильных масел, который применяется и в других странах постсоветского пространства, положены эксплуатационные свойства и кинематическая вязкость при 100 °С и –18 °С.

В зависимости от эксплуатационных свойствустановлено шесть групп масел по степени форсирования и типу двигателей, для которых эти масла предназначены: группа А – для нефорсированных, Б – малофорсированных, В – среднефорсированных и Г – высокофорсированных двигателей; кроме того, предусмотрены еще группа Д – только для высокофорсированных дизелей и Е – тоже для дизелей, но стационарных и судовых, работающих на топливе с большим содержанием серы. Масла групп Б, В и Г дополнительно подразделяются на карбюраторные (индекс 1) и дизельные (индекс 2). Отсутствие индекса говорит о том, что масло предназначено как для дизельных, так и для бензиновых двигателей данной группы по степени форсирования.

Другим показателем, положенным в основу этой классификации, является вязкость масла в сантистоксах (сСт) при рабочей температуре, принятой за 100 °С.

Вязкость влияет на прокачивание масла по системе смазки, на легкость и быстроту пуска двигателя, уплотнение поршневых колец в цилиндре, на степень очистки масла в фильтрах, расход масла и топлива. От вязкости масла зависит также охлаждение трущихся деталей.

При одинаковых температуре и давлении вязкость масла зависит от химического состава и структуры углеводородов, из которых оно состоит. Самая низкая вязкость у парафиновых углеводородов, самая высокая – у полициклических ароматических. Парафиновые углеводороды обладают также лучшими вязкостно-температурными свойствами.

При увеличении температуры вязкость понижается, а при увеличении давления – возрастает. Масло с большей вязкостью лучше уплотняет поршневые кольца в цилиндрах и уменьшает прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя. Оно в меньших количествах попадает в камеру сгорания, что уменьшает расход масла и нагарообразование, а также в меньшей степени подтекает через сальники и уплотнительные прокладки крышек картеров. Повышение вязкости масла ухудшает его циркуляцию в системе смазки, охлаждение деталей и очистку поверхностей трения от продуктов изнашивания и других загрязнений. Слишком вязкое масло не обеспечивает жидкостного трения вследствие затрудненного поступления к трущимся поверхностям.

Чем выше относительная скорость перемещения трущихся деталей и лучше качество обработки их поверхностей, тем меньшая вязкость масла требуется. Поэтому, например, для быстроходных двигателей применяют масло с меньшей вязкостью, чем для тихоходных. При уменьшении нагрузки на детали вязкость может быть снижена, а при увеличении зазоров между ними – увеличена.

Согласно ГОСТ 17479.1–85и другим техническим условиям, масла для двигателей обозначают буквой М и в зависимости от кинематической вязкости делят на классы. Условно масла можно разделить на летние и зимние. Принято считать, что зимние масла применяют в условиях температуры окружающего воздуха ниже –5 °С, летние – выше 20 °С. При маркировке масел по ГОСТ 17479.1–85применяются следующие обозначения:

· М – моторное масло;

· цифры после буквы М (4, 5, 6, 8, 10, 12 ¼) – класс кинематической вязкости. (Например, класс 6 означает, что при температуре 100 °С имеет среднюю вязкость 6 сСт; иногда после цифры может применяться нижний индекс «з», что свидетельствует о применении в данном масле загущающей присадки, при этом масло имеет и определенную вязкость при –18 °С. Такое масло является всесезонным и имеет двойное цифровое обозначение – косую черту.)

· буквы после цифр (А, Б, В, Г, Д, Е) обозначают принадлежность масла к определенной группе эксплуатационных свойств;

· нижний индекс после букв: 1 – масло предназначено только для бензиновых двигателей; 2 – масло предназначено только для дизельных двигателей; отсутствие индекса – масло унифицировано и может применяться как для дизельных, так и для бензиновых двигателей.

Ниже приведены примеры обозначения моторных масел:

М-8Г₁ – моторное масло, имеющее при температуре 100 °С вязкость 8 сСт, по эксплуатационным свойствам относится к группе Г и предназначено для высокофорсированных бензиновых двигателей;

М-10Г₂ – моторное масло, имеющее при температуре 100 °С вязкость 10 сСт, по эксплуатационным свойствам относится к группе Г и предназначено для высокофорсированных дизельных двигателей;

М-6_з /10Г₁ – моторное масло, имеющее при температуре –18 °С вязкость в пределах 2600...10 400 сСт, содержит загущающие (вязкостные) присадки и предназначено для применения в качестве зимнего или всесезонного масла; при 100 °С имеет вязкость 10 сСт, по эксплуатационным свойствам относится к группе Г и предназначено для высокофорсированных бензиновых двигателей;

М-10Г – универсальное масло, предназначенное как для дизельных, так и для бензиновых двигателей.

Для двигателей легковых автомобилей летними маслами можно считать масла повышенной вязкости типа М12Г, зимними – М8Г.

Учитывая большое разнообразие марок легковых автомобилей и условий их эксплуатации, моторные масла зарубежных и отечественных производителей классифицируют по трем основным признакам:

· вязкостно-температурные свойства;

· область применения и уровень эксплуатационных свойств;

· наличие или отсутствие энергосберегающих свойств.

Вязкостно-температурные свойства классифицируются по системе SAE (Общество автомобильных инженеров); они характеризуют зависимость вязкости масла от температуры холодного пуска двигателя при безгаражной стоянке автомобиля зимой до максимальной температуры масла в двигателе, работающем с максимальной нагрузкой.

В настоящее время общепринятой стала классификация SAE J300 (табл. 3.2), согласно которой моторные масла подразделяеются на шесть зимних (OW, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W) и пять летних (20, 30, 40, 50 и 60) классов. В этих обозначениях бόльшим числам соответствует бόльшая вязкость, буква W означает, что масло зимнее. Всесезонные масла, пригодные для круглогодичного применения, обозначают сдвоенным номером, один из которых указывает зимний, а другой – летний класс, например SAE 5W-30, SAE 10W-40, SAE 15W-40, SAE 20W-50 и т. д. 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 10⁶с^–1. Каждый класс зимнего или всесезонного масла характеризуется двумя значениями динамической вязкости при температурах, различающихся на 10 °С. Таким образом, классификация по SAE информирует о диапазоне температуры окружающей среды, в котором масло обеспечит проворачивание коленчатого вала двигателя стартером (первая слева колонка табл. 3.2), прокачивание масла насосом по системе смазки двигателя при холодном пуске под давлением не допускающем сухого трения в узлах двигателя (вторая слева колонка табл. 3.2) и надежное смазывание летом при длительной работе на максимальных скоростном и нагрузочном режиме (правая часть табл. 3.2).

Таблица 3.2

Выбор вязкостно-температурных свойств моторных масел зависит от климатических условий, в которых эксплуатируется автомобиль. Инструкции по эксплуатации предписывают применение масел по классификации SAE в реальном рабочем диапазоне температуры окружающего воздуха. Если разрешено применение сезонных масел, следует иметь в виду, что маловязкие зимние масла классов 0W, 5W и 10W нельзя применять при температуре воздуха выше –10 °С для первых и –5 °С для последнего, а летние масла класса SАЕ 30 и более вязкие – при температуре воздуха ниже +5 °С. Несоблюдение этих условий приводит к повышенному износу двигателя из-за недостаточной вязкости зимних масел при высокой температуре и затруднениям при холодном пуске двигателей на летних маслах, имеющих слишком высокую вязкость и недостаточную прокачиваемость при низкой температуре.

Уникальными вязкостно-температурными свойствами и широким температурным диапазоном работоспособности обладают синтетические масла класса SАЕ 5W-50 и SАЕ 0W-60. Использование таких масел целесообразно в регионах с резко континентальным климатом и в горных местностях, т. е. при экстремальных условиях в области низких и высоких температур.

На рис. 3.1 показаны типичные температурные диапазоны работоспособности наиболее часто используемых всесезонных, а также сезонных (зимних и летних) масел. Для выбора температурного диапазона использования масла по системе SAE (правда, с большим приближением) можно предложить следующие рекомендации.

Минимальная температура в градусах Цельсия, при которой возможно использование масла, определяется по формуле

Т_min = -(35–Х),

где Х – первые цифры маркировки.

Максимальную температуру можно принять приближенно по последним цифрам маркировки.

Например, для масла SAE 15W-40 минимальная температура, при которой можно его использовать,

Т_min = -(35 - 15)= -20 °С.

Максимальная температура, при которой можно использовать указанное масло, равна 40 °С. Однако для точного определения температурного диапазона, в котором можно применять масло, следует использовать данные, приведенные в табл. 3.1 и на рис. 3.1.

Классификация SAE распространяется только на вязкостно-температурные свойства моторных масел. Для классификации масел по области применения и уровню эксплуатационных свойств (качества) была предложена система APJ (Американский нефтяной институт).

По классификации APJ моторные масла подразделяются на две категории: S (Service) – для бензиновых двигателей и С (Commercial) – для дизельных. К категории S относятся масла для четырехтактных бензиновых двигателей легковых автомобилей, микроавтобусов, пикапов, к категории С – масла для дизельных двигателей. Масло одновременно может быть использовано как для бензинового, так и для дизельного двигателя, в таком случае оно имеет обозначение S/C. Уровни эксплуатационных свойств (качество) масла в порядке их возрастания обозначают буквами латинского алфавита, стоящими за знаком S или С. Масла класса SH применяются для бензиновых двигателей автомобилей, выпущенных до 1994 г. В настоящее время масло для бензиновых двигателей сертифицируется классами SH, SJ, SL (последнее для моделей с 2001 года), а для дизельных двигателей – классами СF, СF-2, СF-4, CG-4, СН-4 и CI-4 (последнее для моделей с 2002 года). По мере выпуска более качественных масел могут применяться следующие буквы латинского алфавита.

Масла классов SJ и SL отличаются от масел класса SH энергосберегающими свойствами (экономией топлива и масла) и способностью выдерживать нагрев, не образуя отложений.

Масла класса CF применяются для дизельных двигателей, имеющих разделенную камеру сгорания и работающих на топливе с повышенным содержанием серы (до 0,5 %); класса CF-4 – для дизельных четырехтактных двигателей грузовых автомобилей (они обладают моющими свойствами); класса CF-2 – для двухтактных двигателей; классов CG-4, СН-4 и CI-4 – для всех типов четырехтактных дизельных двигателей с моющими, противоизносными, антикоррозионными и менее вспенивающими свойствами, они хорошо сочетаются с топливами, имеющими малое содержание серы (менее 0,5 %).

Моторные масла, сертифицированные на соответствие тем или иным классам API, маркируются стандартным символом (рис. 3.2), наносимым на бочки, канистры, контейнеры и другую тару. В центре круга указывают класс вязкости по SAE. Категорию и класс по уровню эксплуатационных свойств указывают в верхнем полукольце, а наличие или отсутствие энергосберегающих свойств (energy conserving) у данного масла указывают в нижнем полукольце. Если последнее не заполнено, то данное масло не относится к энергосберегающим. Масла, обла­дающие высокими антифрик­ционными свойствами, обеспе­чивают несколько процентов экономии топлива за счет сни­жения трения в самом двигате­ле. Энергосберегающие масла обычно содержат присадки – модификаторы трения и имеют относительно низкую вязкость.

Для легковых автомобилей российского производства, в которых используются масла, имеющие маркировку стандартов России М-5_з/10Г₁, М-6_з/10-Г₁ и М6_з/12-Г₁, заменителями являются следующие масла по маркировке SAE API : API SH, SAE 15W-30; API SH, SAE 15W-40; API SH, SAE 10W-30.

Американские и японские автомобилестроители, сотрудничая в рамках Международного комитета по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC), разработали минимальные стандартные требования к моторным маслам для автомобильных бензиновых двигателей. Классификация ILSAC содержит два класса масел, обозначаемых GF-1 и GF-2. По эксплуатационным свойствам они практически идентичны маслам классов SH и SJ по API, но обязательно имеют высокие энергосберегающие свойства. Масла, сертифицированные API на соответствие, ILSAC маркируют стандартным символом в виде «солнца», что свидетельствует о пригод­ности продукта для эксплуата­ции в бензиновых автомоби­лях японского производства, (рис. 3.3).

Европейские автомобилестроители разработали и ввели с 1996 г. новую классификацию моторных масел, требования которой существенно отличаются (в сторону ужесточения) от требований классификаций АРI и ILSAC. Европейская классифика­ция АСЕА аналогична API: чем дальше буква от начала алфа­вита и чем больше цифра при этой букве, тем более высо­ким эксплуатационным требо­ваниям отвечает моторное мас­ло (через дефис указывается год начала действия документа).

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

Эта классификация подразделяет масла на три класса:

1.класс А – масла для бензиновых двигателей;

2.класс В – масла для дизелей легковых автомобилей;

3. класс Е – масла для дизелей грузовых автомобилей.

Масла классов по классификации АСЕА А1-96 и А2-96 различаются 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 АЗ-96 и ВЗ-96 отвечают современным требованиям. По моюще-диспергирующим, противоизносным, антиокислительным свойствам они существенно выше масел двух предшествующих классов.

Масла классов Е1-96, Е2-96 и ЕЗ-96 различаются по уровням эксп­луатационных свойств, которые в этом ряду возрастают. Масла класса Е1-96 обычно применяют в безнаддувных дизелях. Масла класса Е2-96 обеспечивают работу безнаддувных дизелей с увеличенным сроком замены и дизелей с умеренным наддувом в условиях обычной эксплуатации. Масла класса ЕЗ-96 предназначены для дизелей с турбонаддувом, эксплуатируемых в самых тяжелых условиях и соответствующих по выбросам токсичных веществ нормам Еurо II. Кроме того, масла класса ЕЗ-96 обеспечивают наибольший пробег автомобилей без замены масла.

Могут также при­сутствовать надписи, сообща­ющие о том, что масло про­шло испытания в автомобилях ведущих производителей — Volvo, BMW, Volkswagen-Audi (VW), Mercedes-Benz (MB), Porsche.

В отдельных случаях может указываться соответствие обеим системам и требованиям отдельных производителей.

Например: 76 Pure Synthetic Motor Oil SAE 5W-40;

API SL/CF;

АСЕА A3, 83;

BMW High Performance Syn­thetic Oil (U.S.), BMW Longlife Oil (outside U.S.); Mercedes-Benz Sheet 229.1; Porsche;

Volkswagen 505, 502, 500.

Это синтетическое всесезонное моторное масло, про­изведенное известной амери­канской корпорацией 76 Lubri­cants, может применяться в любых бензиновых и дизель­ных двигателях легковых ав­томобилей.

В России разработан стандарт «Масла моторные для автомобильной техники. Классификация, обозначение и технические требования». Указанный стандарт не заменяет существующих стандартов России, а дополняет их. Он разделяет масла по вязкостно-температурным свойствам, как и по системе SAE, и по группам качества масел. Таких групп семь: четыре (Б1, Б2, Б3 и Б4) для масел бензиновых двигателей и три (Д1, Д2 и Д3) для дизельных двигателей. При этом Б1 означает, что масло предназначено для двигателей грузовых автомобилей, Б2 – легковых автомобилей выпуска до 1996 г., Б3 – легковых автомобилей выпуска после 1996 г., Б4 – перспективных двигателей с улучшенными экологическими характеристиками. Маркировка Д1 означает, что масло предназначено для безнаддувных двигателей грузовых автомобилей; Д2 – для двигателей с наддувом и без него, работающих в тяжелых условиях; Д3 – для двигателей с наддувом, работающих в тяжелых условиях, и перспективных экологически чистых двигателей.

При обозначении масел перед характеристиками вязкостно-температурных свойств и уровня эксплуатационных свойств (качества) указывается торговая марка завода-изготовителя («Consol», «Лукойл», «Нафтан» и т. д.). Если масло синтетическое, то наносится соответствующее обозначение.

Смешивание моторных масел различных торговых марок запрещается. При переходе на другую торговую марку масла, промывка двигателя заменяющим маслом обязательна.

Каждая фирма производит товарные масла, добавляя к масляной основе целый комплекс присадок, химический состав которых держится в большом секрете. Поэтому, много качественных масел одинакового назначения, изготовленных по требованиям относительно экплуатационно-технических свойств международной классификации API и европейской спецификации ССМС-АСЕА, но по технологиям различных фирм, при смешивании способны создавать смеси низкого качества вследствие взаимодействия и взаимоуничтожения присадок, то есть "несовместимости" присадок. Масла разных фирм взаимозаменяемы, о возможности использования таких масел часто указывают моторостроители. Но это не значит, что их можно смешивать. То же относится к смешиванию минеральных или синтетических масел (иногда – даже одной фирмы).