Моторное масло , моторное масло или моторная смазка — это любое из различных веществ, используемых для смазки двигателей внутреннего сгорания . Обычно они состоят из базовых масел с добавлением различных присадок, в частности противоизносных присадок , моющих средств, диспергаторов , а для всесезонных масел - присадок, улучшающих индекс вязкости . [ нужна цитата ] Основная функция моторного масла — снижение трения и износа движущихся частей , а также очистка двигателя от шлама (одна из функций диспергаторов ) и лака (моющих средств). Он также нейтрализует кислоты, образующиеся в топливе и в результате окисления смазочного материала (моющие средства), улучшает уплотнение поршневых колец и охлаждает двигатель, отводя тепло от движущихся частей. [1]
Помимо вышеупомянутых основных компонентов, почти все смазочные масла содержат ингибиторы коррозии и окисления. Моторное масло может состоять только из базового компонента смазочного материала в случае масла, не содержащего моющих присадок, или из базового компонента смазочного материала плюс присадки для улучшения моющих свойств масла, его противозадирных характеристик и способности ингибировать коррозию деталей двигателя.
Моторные масла смешивают с использованием базовых масел, состоящих из углеводородов нефтяного происхождения , полиальфаолефинов (ПАО) или их смесей в различных пропорциях, иногда с содержанием эфиров до 20% по массе для лучшего растворения присадок. [2]
6 сентября 1866 года американец Джон Эллис основал компанию непрерывной нефтепереработки . Изучая возможные целебные свойства сырой нефти, доктор Эллис был разочарован отсутствием реальной медицинской ценности, но был заинтригован ее потенциальными смазочными свойствами. В конце концов он отказался от медицинской практики, чтобы посвятить свое время разработке полностью нефтяной высоковязкой смазки для паровых двигателей, в которых в то время использовались неэффективные комбинации нефти, животных и растительных жиров. Он совершил прорыв, когда разработал масло, которое эффективно работало при высоких температурах. Это означало меньшее количество заклеенных клапанов и корродированных цилиндров.
Моторное масло — это смазка, используемая в двигателях внутреннего сгорания , которые приводятся в действие автомобилями , мотоциклами , газонокосилками , двигателями-генераторами и многими другими машинами. В двигателях есть части, которые движутся друг против друга, и трение между деталями приводит к потере полезной энергии за счет преобразования кинетической энергии в тепло . Это также изнашивает эти детали, что может привести к снижению эффективности и ухудшению работы двигателя. Правильная смазка снижает расход топлива, снижает потери мощности и увеличивает срок службы двигателя.
Смазочное масло создает разделительную пленку между поверхностями соседних движущихся частей, чтобы свести к минимуму прямой контакт между ними, уменьшая теплоту трения и уменьшая износ, тем самым защищая двигатель. При использовании моторное масло передает тепло посредством проводимости , проходя через двигатель. [3] В двигателе с рециркуляционным масляным насосом это тепло передается посредством воздушного потока над внешней поверхностью масляного поддона , воздушного потока через масляный радиатор и через масляные газы, откачиваемые системой принудительной вентиляции картера (PCV). Хотя современные рециркуляционные насосы обычно устанавливаются в легковых автомобилях и других двигателях аналогичного или большего размера, смазка с полной потерей является вариантом конструкции, который остается популярным в небольших и миниатюрных двигателях.
В бензиновых двигателях верхнее поршневое кольцо может подвергать моторное масло воздействию температур 160 °C (320 °F). В дизельных двигателях верхнее кольцо может подвергать масло воздействию температур выше 315 °C (600 °F). Моторные масла с более высокими индексами вязкости меньше разжижаются при таких более высоких температурах. [4]
Покрытие металлических деталей маслом также предохраняет их от воздействия кислорода , препятствуя окислению при повышенных рабочих температурах , предотвращая появление ржавчины и коррозии . В моторное масло также можно добавлять ингибиторы коррозии . Многие моторные масла также содержат моющие и диспергирующие присадки , которые помогают поддерживать чистоту двигателя и минимизировать образование масляного шлама . Масло способно улавливать сажу от сгорания в себе, а не оставлять ее на внутренних поверхностях. Именно сочетание этого фактора и некоторого количества опалиний приводит к тому, что отработанное масло после некоторого пробега становится черным.
При трении металлических деталей двигателя неизбежно образуются микроскопические металлические частицы в результате износа поверхностей. Такие частицы могут циркулировать в масле и тереться о движущиеся части, вызывая износ . Поскольку частицы накапливаются в масле, оно обычно циркулирует через масляный фильтр для удаления вредных частиц. Масляный насос , лопастной или шестеренный насос , приводимый в действие двигателем, перекачивает масло по всему двигателю, включая масляный фильтр. Масляные фильтры могут быть полнопоточными и байпасными .
В картере двигателя автомобиля моторное масло смазывает вращающиеся или скользящие поверхности между коренными подшипниками коленчатого вала (коренными и шатунными подшипниками) и шатунами , соединяющими поршни с коленчатым валом. Масло собирается в масляном поддоне или поддоне в нижней части картера. В некоторых небольших двигателях, таких как двигатели для газонокосилок, ковши на нижней части шатунов погружаются в масло внизу и разбрызгивают его вокруг картера по мере необходимости для смазки внутренних деталей. В двигателях современных автомобилей масляный насос забирает масло из масляного поддона и направляет его через масляный фильтр в масляные каналы, из которых масло смазывает коренные подшипники, удерживающие коленчатый вал на коренных шейках, и подшипники распределительного вала, приводящие в движение клапаны. В типичных современных автомобилях масло, подаваемое под давлением из масляных каналов к коренным подшипникам, попадает в отверстия коренных шеек коленчатого вала.
Из этих отверстий в коренных шейках масло движется по каналам внутри коленчатого вала к выходу из отверстий в шатунных шейках для смазки шатунных подшипников и шатунов. В некоторых более простых конструкциях эти быстро движущиеся части использовались для разбрызгивания и смазки контактирующих поверхностей между поршневыми кольцами и внутренними поверхностями цилиндров. Однако в современных конструкциях в шатунах имеются также каналы, которые переносят масло от шатунных подшипников к шток-поршневым соединениям и смазывают контактные поверхности между поршневыми кольцами и внутренними поверхностями цилиндров . Эта масляная пленка также служит уплотнением между поршневыми кольцами и стенками цилиндра, отделяя камеру сгорания в головке блока цилиндров от картера. Затем масло стекает обратно в масляный поддон. [5] [6]
Моторное масло также может служить охлаждающим агентом. В некоторых двигателях масло распыляется через сопло внутри картера на поршень, чтобы обеспечить охлаждение определенных деталей, подвергающихся высокотемпературной нагрузке. С другой стороны, теплоемкость масляного резервуара должна быть заполнена, т. е. масло должно достичь заданного диапазона температур, прежде чем оно сможет защитить двигатель при высокой нагрузке. Обычно это занимает больше времени, чем нагрев основного охлаждающего агента – воды или ее смеси – до рабочей температуры. Чтобы информировать водителя о температуре масла, некоторые старые и наиболее мощные или гоночные двигатели оснащены термометром масла .
Продолжение эксплуатации двигателя внутреннего сгорания без достаточного количества моторного масла может привести к повреждению двигателя, сначала из-за износа, а в крайних случаях из-за «заклинивания двигателя», когда недостаток смазки и охлаждения приводит к внезапному прекращению работы двигателя. Заклинивание двигателя может привести к серьезным повреждениям механизмов двигателя. [7] [8]
Примером может служить смазочное масло для четырехтактных или четырехтактных двигателей внутреннего сгорания, используемых в портативных электрогенераторах и газонокосилках. Другим примером является двухтактное масло для смазки двухтактных или двухтактных двигателей внутреннего сгорания, используемых в снегоочистителях , цепных пилах, моделях самолетов, садовом оборудовании с бензиновым двигателем, таком как кусторезы, воздуходувки и культиваторы почвы. Часто эти двигатели не подвергаются такому широкому диапазону рабочих температур, как автомобили, поэтому эти масла могут быть маслами с одной вязкостью. [ нужна цитата ]
В небольших двухтактных двигателях масло может быть предварительно смешано с бензином или топливом, часто в богатом соотношении бензин: масло 25:1, 40:1 или 50:1, и сжигаться при использовании вместе с бензином. Двухтактные двигатели большего размера, используемые на лодках и мотоциклах, могут иметь более экономичную систему впрыска масла, а не масло, предварительно смешанное с бензином. Система впрыска масла не используется в двигателях малой мощности, используемых в таких устройствах, как снегоочистители и троллинговые двигатели, поскольку система впрыска масла слишком дорога для небольших двигателей и займет слишком много места в оборудовании. Свойства масла будут варьироваться в зависимости от индивидуальных потребностей этих устройств. Некурящие двухтактные масла состоят из сложных эфиров или полигликолей. Экологическое законодательство для прогулочного морского транспорта, особенно в Европе, поощряет использование двухтактного масла на основе сложных эфиров. [9]
Большинство моторных масел производятся из более тяжелых и густых нефтяных углеводородов , полученных из сырой нефти , с присадками для улучшения определенных свойств. Основная часть типичного моторного масла состоит из углеводородов , содержащих от 18 до 34 атомов углерода на молекулу . [10] Одним из наиболее важных свойств моторного масла в поддержании смазочной пленки между движущимися частями является его вязкость . Вязкость жидкости можно рассматривать как ее «толщину» или меру ее сопротивления течению. Вязкость должна быть достаточно высокой, чтобы сохранять смазочную пленку, но достаточно низкой, чтобы масло могло обтекать детали двигателя при любых условиях. Индекс вязкости является мерой того, насколько изменяется вязкость масла при изменении температуры. Более высокий индекс вязкости указывает на то, что вязкость меньше меняется с температурой, чем более низкий индекс вязкости.
Моторное масло должно иметь достаточную текучесть при самой низкой предполагаемой температуре, чтобы свести к минимуму контакт металла с металлом между движущимися частями при запуске двигателя. Температура застывания определяла сначала это свойство моторного масла, определенное ASTM D97 как «...индекс самой низкой температуры его полезности...» для данного применения [11] , но симулятор холодного запуска (CCS) , см. ASTM D5293-08) и мини-роторный вискозиметр (MRV, см. ASTM D3829-02 (2007), ASTM D4684-08) сегодня являются свойствами, требуемыми в спецификациях моторных масел и определяют классификацию Общества инженеров автомобильной промышленности (SAE).
Нефть в основном состоит из углеводородов, которые могут гореть при воспламенении. Еще одним важным свойством моторного масла является его температура вспышки — самая низкая температура, при которой масло выделяет пары, которые могут воспламениться. Масло в двигателе опасно воспламеняться и гореть, поэтому желательна высокая температура вспышки. На нефтеперерабатывающем заводе фракционная перегонка отделяет фракцию моторного масла от других фракций сырой нефти, удаляя более летучие компоненты и , следовательно, увеличивая температуру вспышки масла (уменьшая его склонность к возгоранию).
Еще одним манипулируемым свойством моторного масла является его общее щелочное число (TBN), которое является показателем резервной щелочности масла, то есть его способности нейтрализовать кислоты. Полученное количество определяют в мг КОН/(грамм смазки). Аналогично, общее кислотное число (TAN) является мерой кислотности смазочного материала . Другие тесты включают определение содержания цинка , фосфора или серы , а также тестирование на чрезмерное пенообразование .
Испытание на летучесть Ноака (ASTM D-5800) определяет потери смазочных материалов от физического испарения при работе при высоких температурах. Допускаются потери на испарение не более 14 % в соответствии со спецификациями API SL и ILSAC GF-3. Некоторые спецификации автомобильных масел OEM требуют менее 10%.
Таблица теплофизических свойств типичного неотработанного моторного масла: [12] [13]
Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE) установило систему числовых кодов для классификации моторных масел в соответствии с их вязкостными характеристиками, известную как SAE J300 . Этот стандарт широко используется во всем мире, и в число таких организаций по стандартизации входят API [14] и ACEA . [15] Марки включают отдельные марки, такие как SAE 30, а также всесезонные марки, такие как SAE 15W-30. Всесезонное масло состоит из зимнего сорта, определяющего вязкость при низких температурах, и незимнего сорта, определяющего вязкость при рабочих температурах. Моторное масло, в котором используется полимерная присадка, улучшающая индекс вязкости (VII), должно относиться к категории всесезонных.
Разрушение VII при сдвиге является проблемой для мотоциклов, где трансмиссия может использовать смазочное масло совместно с двигателем. По этой причине иногда рекомендуется использовать масло, специально предназначенное для мотоциклов. [16] Необходимость более дорогого масла для мотоциклов также была оспорена по крайней мере одной потребительской организацией. [17]
Масло и масляный фильтр необходимо периодически заменять; процесс называется заменой масла . Хотя существует целая индустрия, связанная с регулярной заменой и техническим обслуживанием масла, замена масла — это относительно простая операция по техническому обслуживанию автомобиля, которую многие автовладельцы могут выполнить самостоятельно. Она включает в себя слив масла из двигателя в поддон, замену фильтра и заливку свежего масла.
В двигателях происходит некоторое воздействие на масло продуктов внутреннего сгорания, а в процессе работы в масле накапливаются микроскопические частицы кокса из черной сажи . Кроме того, при трении металлических деталей двигателя в результате износа поверхностей образуются микроскопические металлические частицы. Такие частицы могут циркулировать в масле и тереться о поверхности детали, вызывая износ . Масляный фильтр удаляет многие частицы и осадок, но со временем масляный фильтр может засориться, если использовать его в течение очень длительного времени.
Моторное масло и особенно присадки также подвергаются термическому и механическому разложению, что снижает вязкость и резервную щелочность масла. При пониженной вязкости масло неспособно смазывать двигатель, что увеличивает износ и вероятность перегрева. Резервная щелочность – это способность масла противостоять образованию кислот. Если резервная щелочность упадет до нуля, эти кислоты образуются и разъедают двигатель.
Некоторые производители двигателей указывают, какой класс вязкости масла по классификации Общества автомобильных инженеров (SAE) следует использовать, но моторное масло разной вязкости может работать лучше в зависимости от рабочей среды. Многие производители предъявляют разные требования и имеют обозначения моторного масла, которое они должны использовать. Это обусловлено требованием Агентства по охране окружающей среды (EPA) о том, что клиенту следует рекомендовать тот же класс вязкости, который использовался в тесте MPG. Эта эксклюзивная рекомендация привела к исключению информативных диаграмм, отображающих диапазон климатических температур, а также предложению нескольких соответствующих классов вязкости масла.
В целом, если не указано иное, более густое масло не обязательно лучше более жидкого; Тяжелые масла имеют тенденцию дольше прилипать к деталям между двумя движущимися поверхностями, и это разлагает масло быстрее, чем более легкое масло, которое течет лучше, позволяя свежему маслу занять свое место раньше. Холодная погода оказывает загущающее действие на обычное масло, и это одна из причин, по которой производители рекомендуют более жидкие масла в местах с холодной зимой.
Замена моторного масла обычно назначается в зависимости от времени эксплуатации или расстояния, которое проехал автомобиль. Это приблизительные показатели реальных факторов, определяющих целесообразность замены масла, включая продолжительность эксплуатации масла при повышенных температурах, количество циклов нагрева, которые прошел двигатель и насколько интенсивно он работал. Расстояние транспортного средства предназначено для оценки времени пребывания при высокой температуре, тогда как время эксплуатации должно коррелировать с количеством поездок транспортного средства и фиксировать количество циклов нагрева. Масло не сильно ухудшается, просто находясь в холодном двигателе. С другой стороны, если автомобиль проезжает только очень короткие расстояния, масло не нагреется полностью и в нем будут накапливаться загрязнения, такие как вода, из-за отсутствия достаточного тепла для выпаривания воды. Масло в таком состоянии, просто находящееся в двигателе, может вызвать проблемы.
Также немаловажно качество используемого масла, особенно синтетики (синтетика более стабильна, чем обычные масла). Некоторые производители решают эту проблему (например, BMW и VW в своих соответствующих стандартах долговечности), а другие нет.
Временные интервалы учитывают водителей, совершающих короткие поездки, которые ездят на короткие расстояния, что приводит к накоплению большего количества загрязняющих веществ. Производители советуют не превышать установленный интервал времени или пробега при замене моторного масла. Во многих современных автомобилях теперь указаны несколько более высокие интервалы замены масла и фильтров, поскольку ограничения «жесткого» обслуживания требуют более частых замен при неидеальном вождении. Это относится к коротким поездкам на расстояние менее 15 километров (10 миль), когда масло не достигает полной рабочей температуры достаточно долго, чтобы выпарить конденсат, излишки топлива и другие загрязнения, которые приводят к образованию «шлама», «лака», «кислот». ", или другие депозиты. Многие производители проводят компьютерные расчеты двигателя для оценки состояния масла на основе факторов, которые его ухудшают, таких как частота вращения, температура и продолжительность поездки; одна система добавляет оптический датчик для определения прозрачности масла в двигателе. Эти системы широко известны какмониторы срока службы масла или OLM.
Некоторые мастерские по быстрой замене масла рекомендуют интервалы в 5000 километров (3000 миль) или каждые три месяца; по мнению многих производителей автомобилей, в этом нет необходимости. Это привело к кампании Агентства по охране окружающей среды Калифорнии против « мифа о 3000 милях », продвигая рекомендации производителей автомобилей по интервалам замены масла, а не рекомендации отрасли замены масла.
Пользователь двигателя может при замене масла отрегулировать вязкость в зависимости от изменения температуры окружающей среды: более густую для летней жары и более жидкую для зимних холодов. Масла с более низкой вязкостью широко распространены в новых автомобилях.
К середине 1980-х годов рекомендуемая вязкость снизилась до 5W-30 , в первую очередь для повышения топливной эффективности. Типичным современным применением является использование компанией Honda Motor масла вязкости 5W-20 (а в их новейших автомобилях - 0W-20) на протяжении 12 000 километров (7 500 миль). Конструкции двигателей развиваются, чтобы обеспечить возможность использования масел даже с более низкой вязкостью без риска чрезмерного истирания металлов, особенно в области кулачкового и клапанного механизмов. В соответствии с стремлением производителей автомобилей к более низкой вязкости в поисках лучшей экономии топлива, 2 апреля 2013 года Общество автомобильных инженеров (SAE) ввело рейтинг вязкости SAE 16, что является отходом от традиционной системы нумерации, которая делится на 10. классы высокотемпературной вязкости варьировались от SAE 20 с низкой вязкостью до SAE 60 с высокой вязкостью. [18]
Моторные смазочные материалы оцениваются по стандартам Американского института нефти (API), SJ, SL, SM, SN, SP, CH-4, CI-4, CI-4 PLUS, CJ-4, CK и FA, а также International Lubricant. Требования Комитета по стандартизации и одобрению (ILSAC) GF-3, GF-4, GF-5, GF-6A, GF-6B и Cummins, Mack и John Deere (и других производителей оригинального оборудования (OEM)). Эти оценки включают химические и физические свойства с использованием методов стендовых испытаний, а также фактические испытания двигателя при работе для количественного определения отложений в двигателе, окисления, износа компонентов, расхода масла, отложений на поршнях и экономии топлива. Первоначально S означало искровое зажигание, а C — сжатие, как в дизельных двигателях. Многие производители нефти до сих пор используют эти категории в своем маркетинге. [19]
API устанавливает минимальные стандарты производительности для смазочных материалов. Моторное масло используется для смазки , охлаждения и очистки двигателей внутреннего сгорания . Моторное масло может состоять только из базового компонента смазочного материала, если в его состав в основном входит устаревшее масло, не содержащее моющих присадок , или из базового компонента смазочного материала плюс присадки для улучшения моющих свойств масла, противозадирных характеристик и способности ингибировать коррозию деталей двигателя.
Группы. Базовые масла смазочных материалов подразделяются API на пять групп. Базовые масла группы I состоят из фракционно перегнанной нефти , которая дополнительно очищается с помощью процессов экстракции растворителем для улучшения определенных свойств, таких как стойкость к окислению и для удаления воска. Плохо очищенные минеральные масла, которые не соответствуют минимальному индексу VI, равному 80, необходимому для группы I, попадают в группу V. Базовые масла группы II состоят из фракционно перегнанной нефти , подвергнутой гидрокрекингу для ее дальнейшей очистки. Базовые масла группы III имеют аналогичные характеристики с базовыми маслами группы II, за исключением того, что базовые масла группы III имеют более высокие индексы вязкости. Базовые масла группы III производятся путем дальнейшего гидрокрекинга базовых масел группы II или гидроизомеризованного гача (побочный продукт процесса депарафинизации групп I и II). Базовые компоненты группы IV представляют собой полиальфаолефины (ПАО). Группа V представляет собой универсальную группу для любых базовых масел, не описанных в группах от I до IV. Примеры базовых масел группы V включают полиэфиры (POE), полиалкиленгликоли (PAG) и перфторполиалкилэфиры (PFPAE), а также плохо очищенное минеральное масло. Группы I и II обычно называют минеральными маслами , группу III обычно называют синтетическими (за исключением Германии и Японии, где их нельзя называть синтетическими), а группу IV — синтетическими маслами. Базовые масла группы V настолько разнообразны, что универсального описания не существует.
Классы эксплуатации API [20] имеют две общие классификации: S для «рабочего/искрового зажигания» (типичные легковые автомобили и легкие грузовики с бензиновыми двигателями ) и C для «коммерческого/воспламенения от сжатия» (типичное дизельное оборудование). Моторное масло, которое прошло испытания и соответствует стандартам API, может иметь символ обслуживания API (также известный как «Пончик») вместе с категориями обслуживания на контейнерах, продаваемых потребителям масла. [20]
Новейшей категорией обслуживания API является API SP для бензиновых двигателей легковых автомобилей и легких грузовиков. [21] Стандарт SP относится к группе лабораторных и моторных испытаний, включая новейшую серию испытаний по контролю высокотемпературных отложений. Текущие категории обслуживания API включают SP, SN, SM, SL и SJ для бензиновых двигателей. Все предыдущие категории услуг устарели. [19] Однако мотоциклетные масла по-прежнему обычно соответствуют стандарту SF/SG. [ нужна цитата ]
Все текущие категории бензина (включая устаревший SH) наложили ограничения на содержание фосфора для определенных классов вязкости SAE (xW-20, xW-30) из-за химического отравления фосфором каталитических нейтрализаторов. Фосфор является ключевым противоизносным компонентом моторного масла и обычно содержится в моторном масле в форме дитиофосфата цинка (ZDDP). Каждая новая категория API последовательно устанавливает более низкие пределы содержания фосфора и цинка, что создает спорную проблему устаревших масел, необходимых для старых двигателей, особенно двигателей со скользящими (плоскими/сколотыми) толкателями. API и ILSAC, представляющие большинство крупнейших мировых производителей автомобилей и двигателей, заявляют, что API SM/ILSAC GF-4 полностью обратно совместимы, и отмечают, что один из тестов двигателей, необходимых для API SM, — Sequence IVA, — Конструкция скользящего толкателя специально предназначена для проверки защиты кулачка от износа. Не все согласны с обратной совместимостью, и, кроме того, существуют особые ситуации, такие как «производительные» двигатели или двигатели, полностью построенные для гонок, когда требования к защите двигателя выходят за рамки требований API/ILSAC. По этой причине на рынке имеются специальные масла с уровнем фосфора, превышающим допустимый API. Большинство двигателей, выпущенных до 1985 года, имеют конструкцию с плоскими/сколотыми подшипниками, которая чувствительна к уменьшению содержания цинка и фосфора. Например, в маслах с рейтингом API SG содержание цинка и фосфора было на уровне 1200–1300 ppm, тогда как текущий SM составляет менее 600 ppm. Такое снижение содержания противоизносных химикатов в масле стало причиной преждевременного выхода из строя распределительных валов и других подшипников высокого давления во многих старых автомобилях, и его обвиняют в преждевременном выходе из строя привода масляного насоса/датчика положения кулачка, который находится в зацеплении с шестерней распределительного вала в некоторых современных автомобилях. двигатели.
Текущие категории обслуживания дизельных двигателей : API CK-4, CJ-4, CI-4 PLUS, CI-4, CH-4 и FA-4. Предыдущие категории услуг, такие как API CC или CD, устарели. API решил проблемы с API CI-4, создав отдельную категорию API CI-4 PLUS, содержащую некоторые дополнительные требования – эта маркировка расположена в нижней части символа службы API «Пончик».
API CK-4 и FA-4 были введены для американских двигателей модели 2017 года. [22] API CK-4 обратно совместим, что означает, что масла API CK-4, как предполагается, обеспечивают превосходные характеристики по сравнению с маслами предыдущих категорий и могут без проблем использоваться во всех двигателях предыдущих моделей (но см. Ford ниже).
Масла API FA-4 разные (именно поэтому API решил создать новую группу в дополнение к API Sx и API Cx). Масла API FA-4 разработаны с целью повышения топливной экономичности (что выражается в снижении выбросов парниковых газов ). Для достижения этой цели они представляют собой масла SAE xW-30, смешанные до высокотемпературной вязкости с высокой сдвиговой вязкостью от 2,9 сП до 3,2 сП. Они подходят не для всех двигателей, поэтому их использование зависит от решения каждого производителя двигателя. Их нельзя использовать с дизельным топливом, содержащим более 15 ppm серы.
Компания Cummins отреагировала на введение API CK-4 и API FA-4, выпустив список масел, зарегистрированных на CES 20086 API CK-4 [23] и список масел, зарегистрированных на CES 20087 API FA-4. [24] Предпочтительны масла Valvoline.
Ford рекомендует моторное масло FA-4 для своих небольших дизельных двигателей, например F-150 с дизельным двигателем объемом 3,0 л и Transit с дизельным двигателем объемом 2,0 л. Номер спецификации Ford — WSS-M2C214-B1. [25]
Компания Ford рекомендует моторные масла, соответствующие спецификации Ford WSS-M2C171-F1, для дизельных двигателей Ford объемом 3,2 л и 6,7 л, а также для более старых дизельных двигателей Ford объемом 4,5 л, 6,0 л, 6,4 л и 7,3 л. Ford публикует список одобренных масел, и в этот список входит большинство масел CK-4. [26]
Хотя моторные масла разработаны с учетом определенной категории обслуживания API, на самом деле они достаточно близко соответствуют категориям как бензинов, так и дизельных двигателей. Таким образом, моторные масла для дизельных двигателей обычно относятся к соответствующим категориям бензина, например, масло API CJ-4 может иметь на контейнере обозначение API SL или API SM. Правило таково, что первая из упомянутых категорий полностью удовлетворяется, а вторая - полностью, за исключением случаев, когда ее требования противоречат требованиям первой. [ нужна цитата ]
В структуре классификации масел API исключена конкретная поддержка применения мотоциклов с мокрым сцеплением в их дескрипторах, а масла API SJ и более новые масла относятся к использованию в автомобилях и легких грузовиках. Соответственно, на мотоциклетные масла распространяются свои уникальные стандарты. См. JASO ниже. Как обсуждалось выше, в мотоциклетных маслах обычно до сих пор используется устаревший стандарт SF/SG.
Международный комитет по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC) также имеет стандарты на моторное масло. Представленный в 2004 году стандарт GF-4 [27] применяется к маслам классов вязкости SAE 0W-20, 5W-20, 0W-30, 5W-30 и 10W-30. В целом, ILSAC работает с API над созданием новейшей спецификации бензинового масла, при этом ILSAC добавляет к своей спецификации дополнительное требование испытаний на экономию топлива. Для GF-4 требуется испытание на экономию топлива последовательности VIB (ASTM D6837), которое не требуется в категории обслуживания API SM.
Ключевым новым испытанием для GF-4, которое также требуется для API SM, является Sequence IIIG, который включает в себя работу 3,8-литрового (230 куб. Дюймов) двигателя GM V-6 мощностью 125 л.с. (93 кВт) и 3600 об/мин. и температуре масла 150 °C (302 °F) в течение 100 часов. Это гораздо более суровые условия, чем для любого масла, указанного API: автомобили, температура масла которых обычно постоянно превышает 100 °C (212 °F), в большинстве своем являются двигателями с турбонаддувом , а также большинством двигателей европейского или японского происхождения, особенно небольших мощность, высокая выходная мощность.
Испытание IIIG примерно на 50% сложнее [28] , чем предыдущее испытание IIIF, использовавшееся в маслах GF-3 и API SL. Моторные масла, имеющие символ звездообразования API с 2005 года, соответствуют стандарту ILSAC GF-4. [27] Чтобы помочь потребителям понять, что масло соответствует требованиям ILSAC, API разработал сертификационный знак «звездообразование».
Новый набор спецификаций GF-5 [29] вступил в силу в октябре 2010 года. У отрасли был один год на перевод своих масел на GF-5, а в сентябре 2011 года ILSAC больше не предлагал лицензию на GF-4.
После почти десятилетия существования GF-5 ILSAC выпустил окончательные спецификации GF-6 в 2019 году, а лицензионные продажи производителям масел и компаниям, занимающимся ребрендингом, начнутся 1 мая 2020 года. Существует два стандарта GF6; GF-6A является развитием и полностью обратно совместим с GF-5, а GF-6B специально для масла с вязкостью SAE 0W-16. [30]
Классификация характеристик/качества ACEA ( Association des Constructeurs Européens d'Automobiles ) A3/A5 , используемые в Европе , возможно, более строгие, чем стандарты API и ILSAC . CEC (Европейский координирующий совет) является органом по разработке испытаний топлива и смазочных материалов в Европе и за ее пределами, устанавливающим стандарты через свои европейские отраслевые группы; ACEA, ATIEL, ATC и CONCAWE.
ACEA не сертифицирует масла, не лицензирует и не регистрирует сертификаты соответствия. Производители масел сами несут ответственность за проведение всех испытаний и оценок масел в соответствии с признанными отраслевыми стандартами и практикой моторных смазочных материалов. [31]
Популярные категории включают A3/B3 и A3/B4, которые определяются как «Стабильное, сохраняющее качество моторное масло, предназначенное для использования в бензиновых и дизельных двигателях легковых автомобилей и легких фургонов с увеличенными интервалами замены». A3/B5 подходит только для двигателей. предназначен для использования с низкой вязкостью. Масла категории C предназначены для использования с катализаторами и сажевыми фильтрами, а категория E — для тяжелонагруженных дизельных двигателей. [32] [33]
Японская организация автомобильных стандартов (JASO) создала собственный набор стандартов производительности и качества для бензиновых двигателей японского производства.
Для четырехтактных бензиновых двигателей используется стандарт JASO T904, который особенно актуален для двигателей мотоциклов. Стандарты JASO T904-MA и MA2 разработаны для различения масел, одобренных для использования в мокром сцеплении, при этом смазочные материалы MA2 обеспечивают более высокие характеристики трения. Стандарт JASO T904-MB обозначает масла, непригодные для использования в мокром сцеплении, и поэтому используются в скутерах, оснащенных бесступенчатыми трансмиссиями. Добавление модификаторов трения в масла JASO MB может способствовать большей экономии топлива в этих условиях. [34]
Для двухтактных бензиновых двигателей используется стандарт JASO M345 (FA, FB, FC, FD) [35] , и это, в частности, относится к низкой зольности, смазывающей способности, моющим свойствам, низкому дымообразованию и блокированию выхлопных газов.
Эти стандарты, особенно JASO-MA (для мотоциклов) и JASO-FC, предназначены для решения проблем, связанных с требованиями к маслу, которые не решаются категориями обслуживания API. Одним из элементов стандарта JASO-MA является испытание на трение, предназначенное для определения пригодности к использованию мокрого сцепления. [36] [37] Масло, соответствующее стандарту JASO-MA, считается подходящим для операций с мокрым сцеплением. Масла, продаваемые как специально предназначенные для мотоциклов, будут иметь маркировку JASO-MA.
В отчете Американского общества испытаний и материалов (ASTM) за 1989 год говорится, что его 12-летние усилия по разработке нового стандарта на высокие температуры и высокие сдвиговые усилия (HTHS) не увенчались успехом. Ссылаясь на SAE J300, основу текущих стандартов классификации, в отчете говорится:
Быстрый рост количества неньютоновских всесезонных масел сделал кинематическую вязкость практически бесполезным параметром для характеристики «реальной» вязкости в критических зонах двигателя... Есть те, кто разочарован тем, что двенадцатилетние усилия не привели к созданию новое определение документа классификации вязкости моторного масла SAE J300, чтобы выразить высокотемпературную вязкость различных классов ... По мнению автора, это переопределение не произошло, потому что на рынке автомобильных смазочных материалов не известно ни одного отказа в эксплуатации, однозначно связанного с недостаточная вязкость масла HTHS. [38]
Некоторые современные производители двигателей или транспортных средств требуют использования специальной формулы масла, известной как спецификации масла, для повышения уровня защиты для особых конструкций двигателей, материалов и условий эксплуатации. Например, начиная с конца 1990-х годов BMW выпустила спецификацию под названием LL-98 (Long Life 1998), которая требует использования специальных присадок в маслах, одобренных для соответствия этой спецификации. BMW регулярно разрабатывает новые спецификации для удовлетворения растущих требований стандартов выбросов EPA и требований MPG, а также новых двигателей. Известно, что неиспользование масла соответствующей спецификации может привести к преждевременному засорению PCV (принудительная вентиляция картера), VVT (изменяемые фазы газораспределения), системы прокладок и уплотнений, а также других компонентов внутреннего сгорания и другим неисправностям. Некоторые из присадок, указанных в этих спецификациях, предназначены для поддержания смазки и чистоты систем. Некоторые примеры других спецификаций BMW: LL-01, LL-01 fe, LL-12, LL-14+, LL-17 fe. [39] Европейские производители автомобилей проложили путь к спецификациям масел, но с тех пор азиатские и американские производители присоединились к созданию потребности в заменах масла, ремонтных мастерских и дилерских центрах, чтобы иметь в наличии много различных масел, чтобы избежать повреждений, как механических, так и денежных. Примеры некоторых спецификаций VW: VW 500.00, VW 501.01, VW 502.00, VW 503.00, VW 503.01, VW 504.00, VW 505.00, VW 505.01, VW 506.00, VW 507.00, VW 508.00/509.0. 0. Технические характеристики Mercedes Benz включают MB 226.5, MB 226.51, MB 229.1, MB 229.31, MB 229.5, MB 229.51, MB 229.52. [40]
В дополнение к присадкам, улучшающим индекс вязкости, производители моторных масел часто включают другие присадки, такие как моющие и диспергирующие присадки, которые помогают поддерживать чистоту двигателя за счет минимизации образования шлама, ингибиторы коррозии и щелочные присадки для нейтрализации кислотных продуктов окисления масла. Большинство коммерческих масел содержат минимальное количество диалкилдитиофосфата цинка в качестве противоизносной присадки для защиты контактирующих металлических поверхностей с цинком и другими соединениями в случае контакта металла с металлом. Количество диалкилдитиофосфата цинка ограничено, чтобы свести к минимуму вредное воздействие на каталитические нейтрализаторы . Еще одним аспектом устройств доочистки является отложение масляной золы, которая увеличивает противодавление выхлопных газов и со временем снижает экономию топлива. Так называемый «химический ящик» сегодня ограничивает концентрации серы, золы и фосфора (SAP).
В продаже имеются и другие присадки, которые пользователь может добавлять в масло для предполагаемой дополнительной выгоды. Некоторые из этих добавок включают в себя:
Некоторые масла, содержащие дисульфид молибдена, могут быть непригодны для мотоциклов, в которых смазка мокрого сцепления используется совместно с двигателем. [36]
Из-за своего химического состава, распространения по всему миру и воздействия на окружающую среду отработанное моторное масло считается серьезной экологической проблемой. [43] [44] Большинство современных смазочных материалов для моторных масел содержат нефтяные базовые компоненты, которые токсичны для окружающей среды и их трудно утилизировать после использования. [45] Более 40% загрязнения водных путей Америки происходит из-за отработанного моторного масла. [46] Отработанное масло считается крупнейшим источником загрязнения нефтью в гаванях и водных путях США: 1460 мл (385 × 10 6 галлонов США) в год, в основном из-за неправильной утилизации. [47] Безусловно, основной причиной загрязнения океанов моторным маслом являются стоки и городские уличные стоки, большая часть которых вызвана неправильной утилизацией моторного масла. [48] Один галлон США (3,8 л) отработанного масла может образовать пятно площадью 32 000 м 2 (8 акров) на поверхностных водах, угрожающее рыбам, водоплавающим птицам и другим водным обитателям. [47] По данным Агентства по охране окружающей среды США, масляные пленки на поверхности воды препятствуют пополнению растворенного кислорода, ухудшают процессы фотосинтеза и блокируют солнечный свет. [49] Токсическое воздействие отработанного масла на пресноводные и морские организмы различается, но значительные долгосрочные последствия были обнаружены при концентрации 310 частей на миллион у нескольких видов пресноводных рыб и всего лишь 1 часть на миллион у морских форм жизни. [49] Моторное масло может оказать невероятно пагубное воздействие на окружающую среду, особенно на растения, рост которых зависит от здоровой почвы. Существует три основных способа воздействия моторного масла на растения:
Выброшенное на землю отработанное моторное масло снижает продуктивность почвы. [49] Неправильно утилизированное отработанное масло попадает на свалки, в канализацию, на задворки или в ливневые стоки , где почва, грунтовые и питьевые воды могут загрязниться. [50]
Синтетические смазочные материалы впервые были произведены в значительных количествах в качестве замены минеральных смазочных материалов (и топлива) немецкими учеными в конце 1930-х и начале 1940-х годов из-за недостаточного количества сырой нефти, необходимой для боевых действий во Второй мировой войне . Существенным фактором их популярности была способность смазочных материалов на синтетической основе оставаться жидкими при очень низких температурах, например, на восточном фронте Германии , что приводило к затвердеванию смазочных материалов на нефтяной основе из-за более высокого содержания в них парафина. Использование синтетических смазочных материалов расширилось в 1950-х и 1960-х годах благодаря свойству на другом конце температурного спектра — способности смазывать авиационные двигатели при высоких температурах, которые приводили к разрушению смазочных материалов на минеральной основе. В середине 1970-х годов были разработаны синтетические моторные масла, которые впервые начали коммерческое применение в автомобильной промышленности. Та же система SAE для обозначения вязкости моторного масла применима и к синтетическим маслам .
Синтетические масла производятся на основе баз группы III, группы IV или некоторых групп V. Синтетика включает классы смазочных материалов, такие как синтетические эфиры (группа V), а также «другие», такие как GTL (преобразование метана в жидкость) (группа III +) и полиальфа-олефины (группа IV). Более высокая чистота и, следовательно, лучший контроль свойств теоретически означает, что синтетическое масло имеет лучшие механические свойства при экстремально высоких и низких температурах. Молекулы делаются большими и достаточно «мягкими», чтобы сохранять хорошую вязкость при более высоких температурах, однако разветвленные молекулярные структуры мешают затвердеванию и, следовательно, позволяют течь при более низких температурах. Таким образом, хотя вязкость по-прежнему снижается с повышением температуры, эти синтетические моторные масла имеют более высокий индекс вязкости по сравнению с традиционными нефтяными базами. Их специально разработанные свойства обеспечивают более широкий температурный диапазон при более высоких и низких температурах и часто включают более низкую температуру застывания. Благодаря улучшенному индексу вязкости синтетические масла требуют меньшего количества присадок, улучшающих индекс вязкости, которые являются компонентами масла, наиболее уязвимыми к термическому и механическому разложению по мере старения масла, и поэтому они не разлагаются так быстро, как традиционные моторные масла. Тем не менее, они по-прежнему заполняются твердыми частицами, хотя эти вещества лучше суспендируются в масле, [ нужна ссылка ] , а масляный фильтр по-прежнему заполняется и засоряется со временем. Таким образом, периодическую замену масла и фильтров по-прежнему следует производить с использованием синтетического масла, но некоторые поставщики синтетического масла предполагают, что интервалы между заменами масла могут быть длиннее, иногда до 16 000–24 000 километров (9 900–14 900 миль), в первую очередь из-за снижения деградации за счет окисление.
Испытания [ нужна ссылка ] показывают, что полностью синтетическое масло в экстремальных условиях эксплуатации превосходит обычное масло и может работать лучше и дольше в стандартных условиях. Но в подавляющем большинстве транспортных средств смазочные материалы на основе минеральных масел, обогащенные присадками и созданные за более чем столетие разработки, продолжают оставаться преобладающими смазочными материалами для большинства двигателей внутреннего сгорания. [51]
Масла на биологической основе существовали до разработки масел на нефтяной основе в 19 веке. Они стали предметом возобновления интереса с появлением биотоплива и появлением экологически чистых продуктов. Разработка моторных масел на основе канолы началась в 1996 году с целью создания экологически чистой продукции. Университет Пердью профинансировал проект по разработке и тестированию таких масел. Результаты испытаний указывают на удовлетворительные характеристики протестированных масел. [52] Обзор состояния моторных масел и базовых масел на биологической основе во всем мире, а также в США, показывает, как смазочные материалы на биологической основе обещают увеличить текущие поставки смазочных материалов на основе нефти, а также заменить это во многих случаях. [53]
Национальный центр исследований в области сельскохозяйственного использования Министерства сельского хозяйства США разработал технологию смазки Estolide, изготовленную из растительных и животных масел. Эстолиды показали большие перспективы в широком спектре применений, включая моторные смазочные материалы. [54] В сотрудничестве с Министерством сельского хозяйства США калифорнийская компания Biosynthetic Technologies разработала высокоэффективное биосинтетическое масло «капля-вставки» с использованием технологии Estolide для использования в моторных маслах и промышленных смазочных материалах. Это биосинтетическое масло Американского института нефти (API) может значительно уменьшить экологические проблемы, связанные с нефтью. Независимые испытания не только показывают, что биосинтетические масла входят в число продуктов с самым высоким рейтингом для защиты двигателей и оборудования; они также имеют биологическую основу, биоразлагаемы, нетоксичны и не накапливаются в морских организмах. Кроме того, моторные масла и смазочные материалы, содержащие биосинтетические базовые масла, можно перерабатывать и повторно очищать с использованием масел на нефтяной основе. [55] Американская компания Green Earth Technologies производит моторное масло на биологической основе под названием G-Oil, изготовленное из животных масел. [56]
Новый процесс разрушения полиэтилена , обычного пластикового продукта, который можно найти во многих потребительских контейнерах, превращает его в парафиноподобный воск с правильными молекулярными свойствами для превращения в смазку, минуя дорогостоящий процесс Фишера-Тропша . Пластик плавится, а затем закачивается в печь. Тепло печи расщепляет молекулярные цепи полиэтилена на воск. Наконец, воск подвергается каталитическому процессу , который изменяет молекулярную структуру воска, оставляя прозрачное масло. [57]
Биоразлагаемые моторные масла на основе сложных эфиров или смесей углеводородов и сложных эфиров появились в 1990-х годах, а с 2000 года появились составы, отвечающие критериям биологической нетоксичности Европейской директивы по препаратам (EC/1999/45). [58] Это означает, что они не только биоразлагаемы в соответствии с методами испытаний ОЭСР 301x, но и токсичность для водных организмов (рыба, водоросли, дафния) превышает 100 мг/л.
Еще одним классом базовых масел, подходящих для моторного масла, являются полиалкиленгликоли. Они обладают нулевой золой, биотоксичностью и характеристиками обедненного сгорания. [59]
Масло в моторном масле разлагается и горит при использовании в двигателе, а также загрязняется частицами и химическими веществами, которые делают его менее эффективной смазкой. Повторная очистка очищает грязное масло от примесей и использованных присадок. Далее это чистое «базовое масло» смешивается с некоторым количеством первичного базового масла и новым пакетом присадок для получения готового смазочного продукта, который может быть столь же эффективным, как и смазочные материалы, изготовленные из чистого масла. [60] Агентство по охране окружающей среды США (EPA) определяет продукты вторичной переработки как содержащие не менее 25% повторно переработанного базового сырья, [61] но другие стандарты значительно выше. Кодекс государственных контрактов штата Калифорния определяет вторично очищенное моторное масло как масло, содержащее не менее 70% повторно очищенного базового масла. [62]
Моторные масла продавались в розницу в стеклянных бутылках , металлических банках и металлокартонных банках до появления нынешних полиэтиленовых пластиковых бутылок , которые начали появляться в начале 1980-х годов. Многоразовые носики делались отдельно от банок; Эти носики с прокалывающим острием, например у консервного ножа, можно было использовать для прокола верхней части банки и обеспечения простого способа налить масло.
Сегодня моторное масло в США обычно продается в бутылках емкостью одна кварта США (950 мл) и, реже, в бутылках емкостью один литр (33,8 жидких унций США), а также в более крупных пластиковых контейнерах емкостью примерно от 4,4 до 5 литров (4,6 унции). до 5,3 кварты США) из-за того, что для большинства двигателей малого и среднего размера требуется от 3,6 до 5,2 литров (от 3,8 до 5,5 кварты США) моторного масла. В остальном мире он чаще всего продается в розничной упаковке по 1, 3, 4 и 5 литров.
Доставка более крупным потребителям (например, в пункты замены масла) часто осуществляется навалом, в автоцистернах или в бочках на одну бочку (160 л) .
Проглатывание моторного масла человеком считается опасным. Проглатывание небольшого количества неиспользованного моторного масла обычно приводит к жидкому стулу или диарее . Моторное масло также может аспирироваться (поступать в неправильном направлении). Это может вызвать: кашель , хрипы или затрудненное дыхание. При контакте кожи с моторным маслом может произойти обезжиривание . [63] [64] При воздействии открытого огня моторное масло может воспламениться. [65]
{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)Таким образом, из этих данных может показаться, что необоснован постоянно используемый аргумент о том, что масла для мотоциклов при использовании обеспечивают превосходную смазку по сравнению с автомобильными маслами. на мотоцикле. Если падение вязкости является единственным критерием, то нет смысла тратить лишние деньги на масло, специально предназначенное для мотоциклов. Однако, по-видимому, существует законный аргумент в пользу использования синтетических масел и синтетических смесей вместо продуктов на нефтяной основе.
{{cite book}}: |website=игнорируется ( помощь ){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
