Автомобильные масла и смазки

Автомобильные масла и смазки

Автомобильные масла и смазки получают в процессе переработки нефти. В состав автомобильных смазочных материалов входят циклоароматические, циклановые, ароматические и алканоциклоароматические углеводороды. Автомобильные смазочные масла и смазки работают в довольно агрессивных условиях: сочетание различных видов нагружения деталей, форсирование скоростных и нагрузочных режимов ДВС и т.п. приводит к повышению температуры установок и, соответственно, к интенсификации процессов старения масел.

Моторные масла

 

Моторные масла применяются для смазки трущихся деталей двигателей внутреннего сгорания. Большинство моторных масел имеет минеральную основу, оснащенную при­садками. Повышенные требования к условиям работы высоконагруженного контакта трения и увеличению сроков замены масел привели к распространению полностью или наполовину синтетических масел (например, полученных методом гидрокрекинга). Качество моторных масел определяется составом присадок.

Присадки, в соответствии с их функциями, подразделяются на:

  • повышающие индекс вязкости (VI);
  • снижающие температуру застывания;
  • замедляющие окисление и коррозию;
  • моющие;
  • обеспечивающие смазочную способность при высоких контактных напряжениях (ЕР);
  • модификаторы трения;
  • противопенные.

Моторные масла рассчитаны на работу в условиях тепловых и механических нагру­зок, действующих в двигателях внутреннего сгорания.

Существует несколько классификаций мо­торных масел:

АСЕА (Ассоциация европейских произво­дителей автомобилей) или ССМС (Комитет автомобильных производителей Общего Рынка, функционировавший до 1990 г., но стандарты которого еще действуют — в 1996 г. они заменили стандарты АСЕА);

API (Американский нефтяной институт);

MIL (военный стандарт); за исключением раздела MIL-L-2104 F для сверхтяжелых автомобилей и грузовиков, стандарт MIL не соответствует критериям европейского сектора гражданского автомобильного транспорта;

классификации автомобильных произво­дителей (например, ILSAC).

К основным критериям оценки моторных ма­сел относятся:

  • содержание сульфатно-зольной и цинко­вой составляющих;
  • тип двигателя (дизельный или с искровым зажиганием, атмосферный или наддувный);
  • уровень нагружения элементов силовой трансмиссии и подшипниковых узлов;
  • противоизносные свойства;
  • рабочая температура масла (в картере дви­гателя);
  • влияние на масло химически активных продуктов сгорания топлива;
  • моющие свойства;
  • совместимость с уплотнительными мате­риалами.

Классификация вязкости моторных и трансмиссионных масел (SAE J300. май 2014 г.)

Классификация АСЕА (ССМС)

 

Моторные масла для бензиновых двигателей

 

А1: специальные масла с высокой сма­зывающей способностью с пониженной вязкостью при высоких температурах и высоким сопротивлением сдвигу.

А2: стандартные моторные масла с высо­кой смазывающей способностью без лю­бых ограничений по вязкости; обладают более высокими качествами, чем масла классов ССМС G4 и API SH; устаревшие.

АЗ: масла этого класса обладают более вы­сокими качествами по сравнению с мас­лами классов А2, ССМС G4 и G5

А5: обладают улучшенными показателями «экономии топлива» по сравнению с маслами класса АЗ, что вызвано меньшей вязкостью, включая улучшенный состав добавок. Только для использования на двигателях, которые специально разработаны для этой цели.



Моторные масла для дизельных двигателей легковых автомобилей

 

В1: масла этого класса соответствуют классу А1 по показателю низких потерь на трение, что обеспечивает пониженный расход топлива.

В2: стандартные масла с высокой смазы­вающей способностью, соответствующие существующим минимальным требова­ниям к качеству моторных масел (качество масел этого класса выше, чем у масел класса ССМС PD2); устаревшие.

ВЗ: качественные характеристики у масел этого класса лучше, чем у масел класса В2.

В4: масла этого класса соответствуют классу В2, преимущественно использу­ются на двигателях VW TDI.

В5: данные масла превосходят масла классов ВЗ и В4, имеют улучшенные по­казатели «экономии топлива», также удовлетворяют требованиям VW 50 600 и 50 601. Внимание: Только для применения на двигателях, которые специально разрабо­таны для этой цели.

Моторные масла для дизельных двигателей легковых автомобилей, оборудованных са­жевым фильтром

 

С1: масла этого класса применяются с 2004 года, содержание сульфатной золы максимум 5 %. Вяз­кость HTHS (Ford).

C2: применяются c 2004 года, содержание сульфатной золы — максимум 0,8 %. Вяз­кость HTHS составляет > 2,9 мПа⋅с (Peugeot).

СЗ: применяются с 2004 года, содержание сульфатной золы — максимум 0,8 %. Вяз­кость HTHS составляет > 3,5 мПа⋅с (Daimler AG и BMW).

Моторные масла для дизельных двигателей коммерческих автомобилей

 

Е1: масла для двигателей без наддува и с турбонаддувом при нормальных интер­валах между сменой масла; устаревшие.

Е2: масла этого класса соответствуют специ­фикации МВ 228.1. Предназначены преиму­щественно для использования в двигателях, выпущенных до введения стандарта Евро-2.

ЕЗ: масла этого класса предназначены для двигателей, соответствующих стандарту Евро-2, соответствуют спецификации МВ 228.3. По сравнению с ранее выпускае­мыми маслами класса ССМС D5, эти масла значительно улучшены по показателям снижения нагарообразования и уменьше­ния склонности к загущению; устаревшие.

Е4: масла этого класса предназначены для дизельных двигателей, соответствующих стандартам от Евро-1 до Евро-3, увеличи­вают интервалы времени между сменой масла (в соответствии со спецификациями производителей автомобилей). В большой мере базируются на спецификации МВ 228.5.

Е5: масла этого класса предназначены для дизельных двигателей, соответствующих стандарту Евро-3, имеют уменьшенное со­держание золы.

Е6: масла этого класса предназначены для двигателей, оборудованных рециркуляцией отработавших газов (EGR) с/без сажевого фильтра и селективной каталитической нейтрализацией (SCR-NOx, уменьшает со­держание в отработавших газах NOx). Ре­комендованы для двигателей с дизельными сажевым фильтром и питанием топливом, не содержащим серы, содержание в масле сульфатной золы — менее 1% по массе.

Е7: масла этого класса предназначены для двигателей, оборудованных EGR и SCR-NOx, содержание в масле сульфатной золы — максимум 2% по массе.

Примеры применения классификаций:

 

Согласно данной классификации, приве­денные выше классы обычно дополняются. Например, АЗ/ВЗ-04 — масло для двигателей с искровым зажиганием (класс А) и дизель­ных двигателей (класс В) категории качества 3, испытания соответствуют классификации АСЕА, изданной в 2004 году.

Классификация API

 

S (сервис): для двигателей с искровым за­жиганием.

С (коммерческие автомобили): для дизель­ных двигателей.

SF: для двигателей выпуска с 1980 года; устаревшие.

SG: применяются с 1988 года, с более жесткими требованиями к выбросам вред­ных веществ в атмосферу, улучшенной стабильностью к окислению и повышен­ными противоизносными свойствами.

SH: применяются с середины 1993 года, со­ответствуют уровню качества SG, но с более жесткими требованиями к оценке масел.

SJ: применяются с октября 1996 года, прошли более интенсивные испытания, чем масла класса SH.

SL: применяются с 2001 года, меньший рас­ход масла по сравнению с SJ, меньшая испа­ряемость, улучшенные чистящие свойства, намного лучшее сопротивление старению.

SM: применяются с 2004 года, для дви­гателей с искровым зажиганием и легких дизельных двигателей, с повышенными противоизносными свойствами, улучшен­ной прокачиваемостью, включая отрабо­тавшие масла.

СС: моторные масла для нетурбонаддувных дизельных двигателей; устаревшие.

CD: моторные масла для нетурбонаддувных и турбонаддувных дизельных двигате­лей, заменили API CF в 1994 году.

CD-2: отвечают требованиям API CD, до­полнительно могут использоваться в двух­тактных дизельных двигателях.

CF-2: специально предназначены для при­менения в двухтактных двигателях (выпу­скаются с 1994 года).

СЕ: с эксплуатационными характеристи­ками, аналогичными CD, применимы для двигателей Mack и Cummins.

CF: заменившие масла класса API CD в 1994 году. Предназначены специально для двигателей с непосредственным впрыском топлива; применяются даже в случае, когда содержание серы в топливе превышает 0,5%.

CF-4: в основном, соответствует свойствам масла API СЕ, но с более жесткими требовани­ями к оценке масел применительно к лабора­торному одноцилиндровому дизельному дви­гателю фирмы Caterpillar с турбонаддувом.

CG-4: предназначены для дизельных дви­гателей, работающих в очень напряженных условиях; по своим качествам масла этого класса лучше масел классов API CD и API СЕ; применяются при условии, что в то­пливе содержится менее 0,5% серы; пред­назначены для двигателей, выпущенных после вступления в действие в 1994 году норм предельно допустимой токсичности отработавших газов.

СН4: масла для современных двигателей коммерческих автомобилей, применяются с 1998 года. Превосходят CG-4 по требова­ниям к износу, наличию сажи и вязкости. Имеют более длительные интервалы замены.

CI-4: применяются с 2002 года, предназна­чены для высокоскоростных четырехтакт­ных двигателей, оборудованных системой EGR, отвечающих перспективным нормам токсичности отработавших газов. Приме­нимы при содержании серы более 0,5%.

CI-4 plus: соответствуют CI-4, но с повы­шенными требованиями к удельному со­держанию сажи и улучшенной текучестью.

CJ-4: применяются с 2006 года. Для вы­сокоскоростных автомобилей, которые должны отвечать нормам токсичности отработавших газов США 2007 года для дизельных двигателей (содержание серы — ниже 500 промилей). Применимы при использовании сажевого фильтра и каталетического нейтрализатора NOх.



ILSAC GF-3

 

Объединенный стандарт General Motors, Daimler AG, Ассоциации японских автомо­бильных производителей и Ассоциации дви- гателестроителей США. В добавлении к API SL, стандарт отвечает требованиям испыта­ний топливной экономичности.

ILSAC GF-4

 

Классификация по API SM.

Градация вязкости по SAE (SAE J300, SAE J306)

 

Зависимость вязкости моторных масел целевого назначения и универсальных масел от температурыГрадация вязкости по SAE (Общество автомо­бильных инженеров) соответствует междуна­родным стандартам определения вязкости масел, но не несет информации по качеству масел.

Различают моторные масла целевого на­значения и универсальные. Универсальные масла в настоящее время получили широкое распространение. В табл.2 и 3 «Классификация вязкости моторных и трансмиссионных масел (SAE J300. май 2014 г.)» приведены ха­рактеристики вязкости двух серий низкотем­пературных масел. Для серии, обозначенной буквой «W» (зимнее), приводятся показатели наибольшей вязкости при запуске двигателя, наименьшей температуры прокачиваемости масла, а также наименьшей и наибольшей вязкостей при температуре 100°С.

Большее отношение к практике эксплуа­тации имеют спецификации вязкости при высокой температуре (150°С) и высоком напряжении сдвига (вязкость HTHS, табл.3). Это значение приобрела особое значение с введением масел с пониженной высокотем­пературной вязкостью (ниже 3,5 МПа⋅с). Эти масла могут использоваться только с разре­шения автопроизводителя.

Универсальные моторные масла

 

Характеризуются менее выраженной зави­симостью вязкости от температуры (рис.5 «Зависимость вязкости моторных масел целевого назначения и универсальных масел от температуры»). Они обладают высокими антифрикционными и противоизносными свойствами, могут ис­пользоваться круглогодично и обеспечивают быстрое смазывание всех узлов двигателя при его запуске в холодную погоду.

Универсальные масла с высокими смазы­вающими свойствами

 

Моторные масла, обладающие свойствами универсальности, малой вязкостью при низких температурах и содержащие анти­фрикционные присадки. Предельно низкое трение, обеспечиваемое этими маслами на всех эксплуатационных режимах, способ­ствует уменьшению потребляемого двигате­лем топлива.

Трансмиссионные масла

 

Технические условия на трансмиссионные масла определяются типом трансмиссии и уровнем на­пряжений во всем диапазоне эксплуатационных режимов. Предъявляемые к этим смазочным материалам требования (стойкость к высоким режимам нагружения, высокая стабильность вязкости при изменении температуры, сопро­тивление старению, хорошие противопенные свойства, совместимость с материалами про­кладок и уплотнений) могут быть выполнены лишь за счет специальных присадок. В отличие от моторных масел, трансмиссионные масла не содержат или имеют минимальное содержание моющих присадок, не обладают улучшенным индексом вязкости VI. Большинство из них работают на сдвиг и таким образом являются неактивными. Использование масел худшего качества может привести к повреждению под­шипниковых узлов и зубчатых передач.

Вязкость трансмиссионных масел также должна удовлетворять специфическим усло­виям применения. Ее характеристики применительно к автомобильным трансмиссиям определены стандартом SAE J 306 (табл.3).

Более широко начинают применяться син­тетические трансмиссионные масла (напри­мер, полиальфаолефины), удовлетворяющие специальным требованиям. По сравнению со стандартными минеральными маслами, син­тетические масла имеют лучшие вязкостно­температурные характеристики и повышенное сопротивление старению.

Классификация трансмиссионных масел по API

 

GL-1 — GL-3: в настоящее время не имеют практического применения.

GL-4: для средних режимов нагружения гипоидных передач и трансмиссий, рабо­тающих в условиях экстремальных скоро­стей и ударных нагрузок, а также в режи­мах высоких скоростей вращения и малых крутящих моментов или низких скоростей вращения и больших крутящих моментов.

GL-5: для высоконагруженных гипоидных передач легковых автомобилей, а также коммерческих, оснащенных трансмиссиями, работающими в режимах ударных нагрузок при высоких частотах вращения, а кроме того, в режимах малых крутящих моментов при высоких частотах вращения или больших крутящих моментов при низ­ких частотах вращения.

МТ-1: для несинхронизированных механи­ческих коробок передач, применяемых на грузовых автомобилях производства США.

Смазочные масла

 

Смазочные масла составляют компоненты из базового масла и присадок. Присадки улучшают свойства базовых масел, например, повышают устойчивость к окислению, обеспечивают за­щиту от коррозии, задиров и заедания, улучшают вязкостно-температурные характеристики. Кроме того, свойства системы, такие как трение и износ, оптимизируются в требуемом направлении.

Существует широкий диапазон обозначений из букв и чисел (например, DIN 51502) для наи­более широкого описания применения масел. Например, гидравлические жидкости:

HL: гидравлическая жидкость на мине­ральной основе с присадками против кор­розии и старения.

HLP: соответствует HL, но с добавлением присадок против задира и заедания.

HVLP: соответствует HLP, с добавлением присадки, повышающей индекс вязкости VI.



Масла для автоматических трансмиссий ATF

 

Автоматические трансмиссии отличаются от механических, переключаемых вручную, способом передачи крутящего момента. Как принудительные механические, так и гидро­динамические силовые передачи дополняются фрикционными сцепными устройствами. Фрик­ционные свойства рабочей жидкости (ATF) авто­матической трансмиссии приобретают в таких устройствах особо важное значение.

Классификация General Motors:

 

  • Замещающая классификация: Туре А, Suffix A, DEXRON, DEXRON В, DEXRON II С, DEXRON II D.
  • DEXRON II Е: действовал до 1994 года.
  • DEXRON III F/G: действует с 1994 по 1997 годы. Содержит более жесткие требования по стойкости к окислению и сохранению фрикционных свойств.
  • DEXRON III H: действует с 2005 года, но устарел с 2007 года.
  • DEXRON VI: действует с 2006 года.

Требования других производителей автомобилей (в том числе Ford, MB, MAN, Mack, Scania, ZF):

 

соответствуют спецификациям жидкостей для автоматических трансмиссий и спецификациям смазочных масел.

Пластичные смазки

 

Классификация пластичных смазок по консистентности (DIN 51818)Пластичные смазки представляют класс вяз­ких смазочных материалов, основное преиму­щество которых по сравнению с маслами со­стоит в способности удерживаться на деталях без применения дополнительных конструк­тивных устройств. Применяются в подшипни­ках колес, генераторах, системах зажигания, электродвигателях очистных щеток лобового стекла, серводвигателях. В табл.4  приведен состав пластичных смазок, состоящих из трех основных компонентов — базовой основы, загустителя и присадок. Независимо от пары трения, большое количество компонентов смазки могут быть использованы для разработки высокоэффективных смазочных материалов.

Минеральные масла обычно используются в качестве основного компонента пластичных смазок, но в последнее время расширяется использование синтетических масел (в связи с ужесточением требований к сопротивлению старению, вязкостно-температурным харак­теристикам, применению в условиях низких температур).

Загустители используются в качестве свя­зующего вещества для масляной основы; в основном применяются мыла (рис.7 «Фотография литиевого мыла, выполненная на растровом электронном микроскопе»). Загустители связывают масло в коллоидно­губчатую структуру посредством окклюзии и молекулярных сил сцепления Ван -дер — Ваальса. Содержание загустителей в пластич­ных смазках зависит от типа загустителя, с увеличением содержания которого повыша­ется консистентность по системе NLGI (На­циональный институт пластичных смазок, стандарт США, см. табл.5 «Классификация пластичных смазок по консистентности (DIN 51818)»).

Состав пластичных смазок

Присадки к пластичным смазкам предна­значены для улучшения физических характе­ристик и химических свойств смазок, напри­мер, сопротивления окислению, улучшения условий работы при высоких давлениях, сни­жения трения и износа.

Твердые добавки (например, MoS2) также применяются в пластичных смазках для по­вышения смазывающих свойств в узлах тре­ния автомобилей.

Фотография литиевого мыла, выполненная на растровом электронном микроскопе

Пластичные смазки выбираются в зависи­мости от их физических характеристик, эф­фективности смазывания трущихся поверхностей и совместимости с контактирующими со смазкой материалами. Полимеры вы­зывают взаbмопротивоположные эффекты, например:

  • образование трещин под действием напря­жений (рис.8 «Трещины напряжения на зубчатом колесе, изготовленном из полиосиметилена (POM), вызваны полиальфаолефином (PAO));
  • изменения консистенции;
  • разрушение полимеров;
  • разбухание, усадку, хрупкость.

Независимо от пары трения, большое количество компонентов смазки могут быть использованы для разра­ботки высокоэффективных смазочных материалов

Так, например, смазки на минеральной и смазки на основе синтетических углеводородов не должны вступать в контакт с эластомерами, используемыми вместе с тормозной жидко­стью (на полигликолевой основе) (в этом случае происходит, например, значительное раз­бухание этилен-пропиленового каучука).

Кроме того, пластичные смазки с различ­ным составом не должны смешиваться (из­менение физических свойств, разжижение смазки из-за уменьшения точки каплепадения). Термические и механические напряже­ния, в результате химических и/или физиче­ских изменений, могут иметь отрицательное влияние на функционирование всей трибо­логической системы (Рис.6 «Напряжения, действующие на смазочный материал и результаты этого воздействия»). Окисление, на­пример, приводит к ацилированию, которое может вызвать коррозию металлических поверхностей, или растрескивание под на­пряжением некоторых пластмасс. В случае чрезмерной тепловой нагрузки, полимери­зация может привести к отвердению смазки.

Напряжения, действующие на смазочный материал и результаты этого воздействия Напряжения, действующие на смазочный материал и результаты этого воздействия1

Каждое химическое изменение автома­тически приводит к изменению физиче­ских свойств. Они включают реологические свойства, а также изменения вязкостно­температурных характеристик или точки каплепадения. Заметное снижение точки каплепадения может привести к растеканию смазки по поверхности трения, даже при уме­ренном подогреве.

Особенно важно помнить, что такие ме­таллы, как железо или медь (или сплавы, содержащие медь, такие как бронза или латунь) катализируют окисление смазки, т.е. окисление происходит гораздо быстрей, чем без наличия катализатора в области контакта.

Окисление быстро приводит к тому, что сма­зывающее действие смазки становится недо­статочным. Часто структура мыла распада­ется, смазка становится жирной, оттекающей от поверхности трения или застывающей из-за полимеризации.

Посредством правильного подбора смазки и всей трибологической системы, с учетом нагрузки и условий взаимодействия, можно существенно увеличить потенциал произво­дительности трущихся пар трения (например, механической передачи, подшипников сколь­жения и качения, исполнительных механиз­мов систем управления).

В следующей статье я расскажу о подшипниках скольжения.

Литература:

[1] Uwe J. Moller, Jamil Nassar: Schmierstoffe im Betrieb, Springer-Verlag, 2002.

[2] Thomas Mezger: Das Rheologie-Handbuch, 2nd Edition, Vincentz-Network, 2006.

[3] Wilfried J. Bartz: Schmierfette, Expert- Verlag, 2000.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *