Моторное масло , моторное масло или смазка для двигателя — это любое из различных веществ, используемых для смазки двигателей внутреннего сгорания . Обычно они состоят из базовых масел , улучшенных различными присадками, в частности противоизносными присадками , моющими средствами, диспергаторами и, для всесезонных масел, улучшителями индекса вязкости . [ необходима цитата ] [1] Основная функция моторного масла — снижение трения и износа движущихся частей , а также очистка двигателя от шлама (одна из функций диспергаторов ) и лака (моющих средств). Оно также нейтрализует кислоты, которые образуются из топлива и от окисления смазки ( моющие средства), улучшает уплотнение поршневых колец и охлаждает двигатель, отводя тепло от движущихся частей. [2]
В дополнение к вышеупомянутым основным компонентам, почти все смазочные масла содержат ингибиторы коррозии и окисления. Моторное масло может состоять только из смазочной основы в случае немоющего масла или из смазочной основы плюс присадки для улучшения моющей способности масла, противозадирных свойств и способности ингибировать коррозию деталей двигателя.
Моторные масла смешиваются с использованием базовых масел, состоящих из углеводородов на основе нефти , полиальфаолефинов (ПАО) или их смесей в различных пропорциях, иногда с добавлением до 20% по весу эфиров для лучшего растворения присадок. [3]
6 сентября 1866 года американец Джон Эллис основал компанию Continuous Oil Refining Company . Изучая возможные целебные свойства сырой нефти, доктор Эллис был разочарован, не найдя никакой 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, которые в то время использовали неэффективные комбинации нефти и животных и растительных жиров. Он совершил свой прорыв, когда разработал масло, которое эффективно работало при высоких температурах. Это означало меньшее количество заклинивших клапанов и корродированных цилиндров.
Моторное масло — это смазка, используемая в двигателях внутреннего сгорания , которые приводят в действие автомобили , мотоциклы , газонокосилки , двигатели-генераторы и многие другие машины. В двигателях есть детали, которые движутся друг против друга, и трение между деталями тратит впустую полезную мощность , преобразуя кинетическую энергию в тепло . Оно также изнашивает эти детали, что может привести к снижению эффективности и ухудшению работы двигателя. Правильная смазка снижает расход топлива, уменьшает непроизводительные потери мощности и увеличивает долговечность двигателя.
Смазочное масло создает разделительную пленку между поверхностями смежных движущихся частей, чтобы минимизировать прямой контакт между ними, уменьшая тепло трения и уменьшая износ, тем самым защищая двигатель. При использовании моторное масло передает тепло посредством теплопроводности , протекая через двигатель. [4] В двигателе с рециркуляционным масляным насосом это тепло передается посредством потока воздуха по внешней поверхности масляного поддона , потока воздуха через масляный радиатор и через масляные газы, откачиваемые системой принудительной вентиляции картера (PCV). В то время как 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 поршневое кольцо может подвергать масло воздействию температур свыше 315 °C (600 °F). Моторные масла с более высокими индексами вязкости разжижаются меньше при этих более высоких температурах. [5]
Покрытие металлических деталей маслом также защищает их от воздействия кислорода , препятствуя окислению при повышенных рабочих температурах, предотвращая появление ржавчины или коррозии . В моторное масло также могут добавляться ингибиторы коррозии . Во многие моторные масла также добавляются моющие и диспергирующие присадки , помогающие 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 и некоторого опаливания делает отработанное масло черным после некоторого пробега.
Трение металлических деталей двигателя неизбежно приводит к образованию микроскопических металлических частиц из-за износа поверхностей. Такие частицы могут циркулировать в масле и тереться о движущиеся детали, вызывая износ . Поскольку частицы накапливаются в масле, оно обычно циркулирует через масляный фильтр для удаления вредных частиц. Масляный насос , лопастной или шестеренчатый насос, работающий от двигателя, качает масло по всему двигателю, включая масляный фильтр. Масляные фильтры могут быть полнопоточными или перепускными .
В картере двигателя транспортного средства моторное масло смазывает вращающиеся или скользящие поверхности между подшипниками шеек коленчатого вала (коренные подшипники и подшипники большой головки шатуна) и шатунами , соединяющими поршни с коленчатым валом. Масло собирается в масляном поддоне или картере в нижней части картера. В некоторых небольших двигателях, таких как двигатели газонокосилок, ковши в нижней части шатунов погружаются в масло в нижней части и разбрызгивают его по картеру по мере необходимости для смазки деталей внутри. В современных двигателях транспортных средств масляный насос забирает масло из масляного поддона и отправляет его через масляный фильтр в масляные каналы, из которых масло смазывает основные подшипники, удерживающие коленчатый вал на основных шейках, и подшипники распределительного вала, управляющие клапанами. В типичных современных транспортных средствах масло, подаваемое под давлением из масляных каналов в основные подшипники, поступает в отверстия в основных шейках коленчатого вала.
Из этих отверстий в коренных шейках масло перемещается по каналам внутри коленчатого вала, чтобы выйти из отверстий в шатунных шейках для смазки шатунных подшипников и шатунов. Некоторые более простые конструкции полагались на эти быстро движущиеся детали для разбрызгивания и смазки контактных поверхностей между поршневыми кольцами и внутренними поверхностями цилиндров. Однако в современных конструкциях также имеются каналы через стержни, которые переносят масло от шатунных подшипников к соединениям стержня и поршня и смазывают контактные поверхности между поршневыми кольцами и внутренними поверхностями цилиндров . Эта масляная пленка также служит уплотнением между поршневыми кольцами и стенками цилиндра, чтобы отделить камеру сгорания в головке цилиндра от картера. Затем масло капает обратно в масляный поддон. [6] [7]
Моторное масло также может служить охлаждающим агентом. В некоторых двигателях масло распыляется через форсунку внутри картера на поршень, чтобы обеспечить охлаждение определенных деталей, которые подвергаются высокотемпературной нагрузке. С другой стороны, теплоемкость масляного резервуара должна быть заполнена, т. е. масло должно достичь своего расчетного температурного диапазона, прежде чем оно сможет защитить двигатель при высокой нагрузке. Обычно это занимает больше времени, чем нагрев основного охлаждающего агента — воды или ее смеси — до его рабочей температуры. Для того чтобы информировать водителя о температуре масла, некоторые старые и наиболее высокопроизводительные или гоночные двигатели оснащены масляным термометром .
Продолжение работы 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 отсутствие смазки и охлаждения приводит к внезапной остановке работы двигателя. Заклинивание двигателя может привести к обширному повреждению механизмов двигателя. [8] [9]
Примером может служить смазочное масло для четырехтактных или четырехтактных двигателей внутреннего сгорания, таких как те, которые используются в переносных электрогенераторах и газонокосилках с "ходом сзади". 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 почвообрабатывающие машины. Часто эти двигатели не подвергаются такому широкому диапазону рабочих температур, как в транспортных средствах, поэтому эти масла могут быть маслами с одной вязкостью. [ необходима 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 в процессе использования вместе с бензином. Более крупные двухтактные двигатели, используемые в лодках и мотоциклах, могут иметь более экономичную систему впрыска масла, а не масло, предварительно смешанное с бензином. Система впрыска масла не используется в небольших двигателях, используемых в таких приложениях, как снегоочистители и троллинговые моторы, поскольку система впрыска масла слишком дорога для небольших двигателей и заняла бы слишком много места на оборудовании. Свойства масла будут варьироваться в зависимости от индивидуальных потребностей этих устройств. Недымящие двухтактные масла состоят из эфиров или полигликолей. Экологическое законодательство для использования на прогулочных морских судах, особенно в Европе, поощряло использование двухтактного масла на основе эфира. [10]
Большинство моторных масел изготавливаются из более тяжелой, более густой нефтяной углеводородной основы, полученной из сырой нефти , с присадками для улучшения определенных свойств. Основная часть типичного моторного масла состоит из углеводородов с 18 и 34 атомами углерода на молекулу . [11] Одним из важнейших свойств моторного масла для поддержания смазочной пленки между движущимися частями является его вязкость . Вязкость жидкости можно рассматривать как ее «густоту» или меру ее сопротивления течению. Вязкость должна быть достаточно высокой, чтобы поддерживать смазочную пленку, но достаточно низкой, чтобы масло могло течь вокруг деталей двигателя при любых условиях. Индекс вязкости является мерой того, насколько сильно изменяется вязкость масла при изменении температуры. Более высокий индекс вязкости указывает на то, что вязкость меньше изменяется с температурой, чем более низкий индекс вязкости.
Моторное масло должно иметь возможность адекватно течь при самой низкой температуре, которую оно, как ожидается, испытает, чтобы минимизировать контакт металла с металлом между движущимися частями при запуске двигателя. Температура застывания впервые определила это свойство моторного масла, как определено ASTM D97 как «...индекс самой низкой температуры его полезности...» для данного применения, [12] но имитатор холодного запуска (CCS, см. ASTM D5293-08) и мини-ротационный вискозиметр (MRV, см. ASTM D3829-02(2007), ASTM D4684-08) сегодня являются свойствами, требуемыми в спецификациях моторного масла и определяют классификации Общества инженеров-автомобилестроителей (SAE).
Масло в основном состоит из углеводородов, которые могут гореть при возгорании. Еще одним важным свойством моторного масла является его температура вспышки , самая низкая температура, при которой масло выделяет пары, которые могут воспламениться. Для масла 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, повышая температуру вспышки масла (уменьшая его склонность к возгоранию).
Другим изменяемым свойством моторного масла является его общее щелочное число (TBN), которое является мерой резервной щелочности масла, то есть его способности нейтрализовать кислоты. Полученное количество определяется как мг KOH/(грамм смазки). Аналогично, общее кислотное число (TAN) является мерой кислотности смазки . Другие тесты включают содержание цинка , фосфора или серы , а также тестирование на чрезмерное пенообразование .
Тест на испаряемость по Ноаку (ASTM D-5800) определяет физические потери от испарения смазочных материалов при высоких температурах. Максимально допустимые потери от испарения составляют 14% для соответствия спецификациям API SL и ILSAC GF-3. Некоторые спецификации автомобильных OEM-масел требуют менее 10%.
Таблица тепловых и физических свойств типичного неиспользованного моторного масла: [13] [14]
Масло и масляный фильтр необходимо периодически заменять; этот процесс называется заменой масла . Хотя существует целая индустрия, связанная с регулярной заменой масла и обслуживанием, замена масла — это относительно простая операция по обслуживанию автомобиля, которую многие владельцы автомобилей могут выполнять самостоятельно. Она включает слив масла из двигателя в поддон, замену фильтра и заливку свежего масла.
В двигателях масло подвергается воздействию продуктов внутреннего сгорания, и микроскопические частицы кокса из черной сажи накапливаются в масле во время работы. Кроме того, трение металлических деталей двигателя приводит к образованию микроскопических металлических частиц из-за износа поверхностей. Такие частицы могут циркулировать в масле и тереться о поверхности деталей, вызывая износ . Масляный фильтр удаляет многие частицы и шлам, но со временем масляный фильтр может засориться, если он используется в течение очень длительного времени.
Моторное масло и особенно присадки также подвергаются термической и механической деградации, что снижает вязкость и резервную щелочность масла. При пониженной вязкости масло не может смазывать двигатель, тем самым увеличивая износ и вероятность перегрева. Резервная щелочность — это способность масла противостоять образованию кислот. Если резервная щелочность падает до нуля, эти кислоты образуются и разъедают двигатель.
Некоторые производители двигателей указывают, какой класс вязкости масла по SAE ( Общество инженеров-автомобилестроителей ) следует использовать, но моторное масло с разной вязкостью может работать лучше в зависимости от рабочей среды. Многие производители предъявляют различные требования и имеют обозначения для моторного масла, которое они требуют использовать. Это обусловлено требованием EPA о том, что тот же класс вязкости масла, который использовался в тесте MPG, должен быть рекомендован покупателю. Эта исключительная рекомендация привела к устранению информативных диаграмм, отображающих диапазон климатических температур, вместе с несколькими соответствующими классами вязкости масла, которые были предложены.
В целом, если производитель не указал, более густые масла не обязательно лучше, чем более жидкие; тяжелые масла, как правило, дольше прилипают к деталям между двумя движущимися поверхностями, и это ухудшает качество масла быстрее, чем более легкое масло, которое течет лучше, позволяя свежему маслу занять его 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 холодными зимами.
Замена моторного масла обычно планируется на основе времени эксплуатации или расстояния, которое проехало транспортное средство. Это грубые указания на реальные факторы, которые определяют, когда замена масла уместна, в том числе, как долго масло работало при повышенных температурах, сколько циклов нагревания прошел двигатель и насколько интенсивно работал двигатель. Пробег транспортного средства предназначен для оценки времени при высокой температуре, в то время как время эксплуатации должно коррелировать с количеством поездок транспортного средства и фиксировать количество циклов нагрева. Масло не деградирует значительно, просто находясь в холодном двигателе. С другой стороны, если автомобиль ездит только на очень короткие расстояния, масло не будет полностью нагреваться, и оно будет накапливать загрязняющие вещества, такие как вода, из-за отсутствия достаточного количества тепла для испарения воды. Масло в таком состоянии, просто находящееся в двигателе, может вызвать проблемы.
Также важно качество используемого масла, особенно синтетического (синтетическое масло более стабильно, чем обычные масла). Некоторые производители учитывают это (например, BMW и VW с их соответствующими стандартами длительного срока службы), а другие этого не делают.
Интервалы, основанные на времени, учитывают водителей, совершающих короткие поездки, которые ездят на короткие расстояния, что приводит к накоплению большего количества загрязняющих веществ. Производители советуют не превышать интервал времени или расстояния для замены моторного масла. Многие современные автомобили теперь указывают несколько более высокие интервалы замены масла и фильтра, с ограничением «тяжелого» обслуживания, требующего более частых замен при неидеальном вождении. Это относится к коротким поездкам менее 15 километров (10 миль), когда масло не достигает полной рабочей температуры достаточно долго, чтобы выпарить конденсат, избыток топлива и другие загрязнения, которые приводят к «шламу», «лаку», «кислотам» или другим отложениям. Многие производители используют компьютерные расчеты двигателя для оценки состояния масла на основе факторов, которые его ухудшают, таких как обороты двигателя, температура и длина поездки; одна система добавляет оптический датчик для определения прозрачности масла в двигателе. Эти системы обычно 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 автопроизводителей, это не обязательно. Это привело к кампании Агентства по охране окружающей среды Калифорнии против « мифа о 3000 милях », продвигающей рекомендации автопроизводителей по интервалам замены масла, а не рекомендации отрасли по замене масла.
Пользователь двигателя может, при замене масла, отрегулировать вязкость в соответствии с изменением температуры окружающей среды, сделать ее гуще для летней жары и тоньше для зимнего холода. Масла с меньшей вязкостью распространены в новых автомобилях.
К середине 1980-х годов рекомендуемые вязкости снизились до 5W-30, в первую очередь для повышения топливной экономичности. Типичным современным применением будет использование Honda motors масла вязкости 5W-20 (а в их новейших автомобилях 0W-20) на 12 000 километров (7500 миль). Конструкции двигателей развиваются, чтобы позволить использовать масла даже с более низкой вязкостью без риска чрезмерного истирания металла о металл, в основном в областях кулачкового и клапанного механизмов. В соответствии с тем, что автопроизводители стремятся к этим более низким вязкостям в поисках лучшей экономии топлива, в апреле 2013 года Общество инженеров-автомобилестроителей (SAE) ввело рейтинг вязкости SAE 16, отход от своей традиционной системы нумерации «делится на 10» для своих рейтингов вязкости при высоких температурах, которые охватывали от низкой вязкости SAE 20 до высокой вязкости SAE 60. [15]
Общество инженеров-автомобилестроителей (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 организации по стандартизации, которые это делают, включают API [16] и ACEA [17] . Сорта включают отдельные сорта, такие как SAE 30, а также всесезонные, такие как SAE 15W-30. Всесезонный сорт состоит из зимнего сорта, определяющего вязкость при низких температурах, и незимнего сорта, определяющего вязкость при рабочих температурах. Моторное масло, использующее полимерную присадку для улучшения индекса вязкости (VII), должно классифицироваться как всесезонное.
Разрушение VII при сдвиге вызывает беспокойство в мотоциклетных приложениях, где трансмиссия может делить смазочное масло с двигателем. По этой причине иногда рекомендуется использовать специальное масло для мотоциклов. [18] Необходимость более дорогого специального масла для мотоциклов также была оспорена по крайней мере одной потребительской организацией. [19]
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 Международного комитета по стандартизации и одобрению смазочных материалов (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 фактических испытаний работающего двигателя для количественной оценки шлама двигателя, окисления, износа компонентов, расхода масла, отложений на поршне и экономии топлива. Первоначально S для искрового зажигания и C для сжатия, как используется в дизельных двигателях. Многие производители масел до сих пор ссылаются на эти категории в своем маркетинге. [20]
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 масла в случае в основном устаревшего немоющего масла или из базового масла плюс присадки для улучшения моющей способности масла, противозадирных свойств и способности ингибировать коррозию деталей двигателя.
Группы: Базовые масла для смазочных материалов классифицируются API на пять групп. Базовые масла группы I состоят из фракционированной перегнанной нефти , которая далее очищается с помощью процессов экстракции растворителем для улучшения определенных свойств, таких как стойкость к окислению и удаление воска. Плохо очищенные минеральные масла, которые не соответствуют минимальному индексу вязкости 80, требуемому в группе I, попадают в группу V. Базовые масла группы II состоят из фракционированной перегнанной нефти , которая была подвергнута гидрокрекингу для дальнейшей очистки и очистки. Базовые масла группы III имеют схожие 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 либо базовых масел группы II, либо гидроизомеризованного парафинового гача (побочный продукт процесса депарафинизации масел групп I и II). Базовые масла группы IV представляют собой полиальфаолефины (ПАО). Группа V является всеобъемлющей группой для любых базовых масел, не описанных группами I–IV. Примерами базовых масел группы V являются 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 называют синтетическим маслом. Базовые масла группы V настолько разнообразны, что не существует универсального описания.
Классы обслуживания API [21] имеют две общие классификации: S для «обслуживания/искрового зажигания» (типичные легковые автомобили и легкие грузовики с бензиновыми двигателями ) и C для «коммерческого/компрессионного зажигания» (типичное дизельное оборудование). Моторное масло, которое было протестировано и соответствует стандартам API, может иметь символ обслуживания API (также известный как «пончик») с категориями обслуживания на контейнерах, продаваемых потребителям масла. [21]
Последняя категория обслуживания API — API SP для бензиновых двигателей легковых автомобилей и легких грузовиков. [22] Стандарт SP относится к группе лабораторных и моторных испытаний, включая последнюю серию для контроля высокотемпературных отложений. Текущие категории обслуживания API включают SP, SN, SM, SL и SJ для бензиновых двигателей. Все более ранние категории обслуживания устарели. [20] Однако мотоциклетные масла обычно по-прежнему используют стандарт SF/SG. [ требуется ссылка ] [23]
Все текущие категории бензина (включая устаревший SH) накладывают ограничения на содержание фосфора для определенных классов вязкости SAE (xW-20, xW-30) из-за химического отравления, которое фосфор оказывает на каталитические нейтрализаторы. Фосфор является ключевым противоизносным компонентом в моторном масле и обычно содержится в моторном масле в форме дитиофосфата цинка (ZDDP). Каждая новая категория API последовательно устанавливает более низкие пределы фосфора и цинка, и таким образом создает спорный вопрос устаревших масел, необходимых для старых двигателей, особенно двигателей со скользящими (плоскими/сколотыми) толкателями. API и ILSAC, представляющие большинство крупнейших мировых производителей автомобилей/двигателей, заявляют, что API SM/ILSAC GF-4 полностью обратно совместим, и отмечается, что одно из испытаний двигателя, требуемое для API SM, Sequence IVA, представляет собой конструкцию скользящего толкателя для тестирования специально на защиту от износа кулачка. Не все согласны с обратной совместимостью, и, кроме того, существуют особые ситуации, такие как двигатели «производительности» или полностью гоночные двигатели, где требования к защите двигателя превышают требования API/ILSAC. Из-за этого на рынке есть специальные масла с более высоким, чем допустимо API, уровнем фосфора. Большинство двигателей, выпущенных до 1985 года, имеют плоские/сколоченные подшипниковые системы конструкции, которые чувствительны к снижению содержания цинка и фосфора. Например, в маслах с рейтингом API SG этот уровень составлял 1200–1300 ppm для цинка и фосфора, тогда как текущий SM составляет менее 600 ppm. Это снижение содержания противоизносных химикатов в масле привело к преждевременному выходу из строя распределительных валов и других подшипников высокого давления во многих старых автомобилях и было признано причиной преждевременного выхода из строя шестерни привода масляного насоса/датчика положения кулачка, которая зацеплена с шестерней распределительного вала в некоторых современных двигателях.
Текущие категории обслуживания дизельных двигателей — API CK-4, CJ-4, CI-4 PLUS, CI-4, CH-4 и FA-4. Предыдущие категории обслуживания, такие как API CC или CD, устарели. API решила проблемы с API CI-4, создав отдельную категорию API CI-4 PLUS, которая содержит некоторые дополнительные требования — эта маркировка расположена в нижней части API Service Symbol «Donut».
API CK-4 и FA-4 были введены для американских двигателей моделей 2017 года. [24] API CK-4 имеет обратную совместимость, что означает, что масла API CK-4, как предполагается, обеспечивают превосходные эксплуатационные характеристики по сравнению с маслами предыдущих категорий и могут без проблем использоваться во всех предыдущих моделях двигателей.
Масла API FA-4 разработаны для повышения экономии топлива (представленной как снижение выбросов парниковых газов ). Для достижения этого они представляют собой масла SAE xW-30, смешанные с высокотемпературной вязкостью сдвига от 2,9 сП до 3,2 сП. Они не подходят для всех двигателей, поэтому их использование зависит от решения каждого производителя двигателей. Их нельзя использовать с дизельным топливом, содержащим более 15 ppm серы.
Cummins отреагировала на введение API CK-4 и API FA-4, выпустив список CES 20086 зарегистрированных масел API CK-4 [25] и список CES 20087 зарегистрированных масел API FA-4 [26] . Предпочтение отдается маслам Valvoline.
Хотя моторные масла разрабатываются для соответствия определенной категории обслуживания API, на самом деле они достаточно близко соответствуют как бензиновым, так и дизельным категориям. Таким образом, дизельные моторные масла обычно имеют соответствующие бензиновые категории, например, масло API CJ-4 может иметь на контейнере либо API SL, либо API SM. Правило заключается в том, что первая упомянутая категория полностью соответствует, а вторая полностью соответствует, за исключением случаев, когда ее требования противоречат требованиям первой. [ необходима цитата ]
Структура классификации масел API исключила конкретную поддержку для мотоциклов с мокрым сцеплением в своих дескрипторах, а API SJ и более новые масла упоминаются как специфические для использования в автомобилях и легких грузовиках. Соответственно, мотоциклетные масла подчиняются своим собственным уникальным стандартам. См. JASO ниже. Как обсуждалось выше, мотоциклетные масла обычно по-прежнему используют устаревший стандарт SF/SG.
Международный комитет по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC) также имеет стандарты для моторного масла. Введенный в 2004 году, 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 дополнительное требование к тестированию экономии топлива в свою спецификацию. Для GF-4 требуется тест экономии топлива Sequence VIB (ASTM D6837), который не требуется в категории обслуживания API SM.
Ключевым новым испытанием для GF-4, которое также требуется для API SM, является Sequence IIIG, которое включает в себя работу 3,8-литрового (230 куб. дюймов) GM 3,8 L V-6 при 125 л. с. (93 кВт), 3600 об./мин и температуре масла 150 °C (302 °F) в течение 100 часов. Это гораздо более жесткие условия, чем те, для которых было разработано любое масло, указанное API: автомобили, которые обычно постоянно поднимают температуру масла выше 100 °C (212 °F), — это большинство двигателей с турбонаддувом , а также большинство двигателей европейского или японского происхождения, особенно малолитражных, с высокой выходной мощностью.
Тест IIIG примерно на 50% сложнее [28], чем предыдущий тест IIIF, используемый в маслах GF-3 и API SL. Моторные масла, имеющие символ API starburst с 2005 года, соответствуют ILSAC GF-4. [27] Чтобы помочь потребителям распознать, что масло соответствует требованиям ILSAC, API разработала сертификационный знак «starburst».
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 лицензирование для GF-4.
После почти десятилетия GF-5 ILSAC выпустила окончательные спецификации GF-6 в 2019 году, а лицензионные продажи производителям масел и ребрендинговым компаниям начнутся в мае 2020 года. Существует два стандарта GF6: GF-6A, являющийся прогрессом и полностью обратно совместимым с GF-5, и GF-6B, специально предназначенный для масла с вязкостью SAE 0W-16. [30]
Тесты классификации производительности/качества A3/A5 ACEA ( Ассоциация европейских автопроизводителей ), используемые в Европе, возможно, более строгие, чем стандарты API и ILSAC [ необходима ссылка ] . [31] [32] CEC (Координационный европейский 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 стандартами и практиками в отрасли смазочных материалов для двигателей. [33]
Популярные категории включают A3/B3 и A3/B4, которые определяются как «Стабильное, сохраняющее свой класс 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, предназначенных для использования с низкими вязкостями. Масла категории C предназначены для использования с катализаторами и сажевыми фильтрами, а категория E — для дизельных двигателей большой мощности. [34] [35]
Японская организация по автомобильным стандартам (JASO) разработала 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 с мокрым сцеплением, при этом смазочные материалы MA2 обеспечивают более высокие характеристики трения. Стандарт JASO T904-MB обозначает масла, не подходящие для использования с мокрым сцеплением, и поэтому используются в скутерах, оснащенных бесступенчатыми трансмиссиями. Добавление модификаторов трения в масла JASO MB может способствовать большей экономии топлива в этих приложениях. [36]
Для двухтактных бензиновых двигателей используется стандарт JASO M345 (FA, FB, FC, FD) [37] , который в частности относится к низкой зольности, смазывающей способности, моющим свойствам, малому дымлению и блокировке выхлопных газов.
Эти стандарты, особенно JASO-MA (для мотоциклов) и JASO-FC, разработаны для решения проблем с требованиями к маслу, не рассматриваемых в категориях обслуживания API. Одним из элементов стандарта JASO-MA является тест на трение, разработанный для определения пригодности для использования с мокрым сцеплением. [38] [39] Масло, которое соответствует JASO-MA, считается подходящим для работы с мокрым сцеплением. Масла, продаваемые как предназначенные для мотоциклов, будут иметь маркировку JASO-MA.
В отчете Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM) за 1989 год говорилось, что его 12-летние усилия по созданию нового стандарта для высоких температур и сдвигов (HTHS) не увенчались успехом. Ссылаясь на SAE J300, основу для текущих стандартов классификации, в отчете говорилось:
Быстрый рост неньютоновских многосекционных 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 переопределению документа SAE J300 Engine Oil Viscosity Classification, чтобы отразить высокотемпературную вязкость различных классов... По мнению автора этой статьи, это переопределение не произошло, поскольку рынок автомобильных смазочных материалов не знает ни одного случая отказа в полевых условиях, однозначно приписываемого недостаточной вязкости масла HTHS. [40]
Некоторые современные производители двигателей и транспортных средств требуют использования особой формулы масла, известной как спецификации масла, для обеспечения дополнительных уровней защиты для особых конструкций двигателей, материалов и условий эксплуатации.
Компания General Motors определила и лицензировала спецификации масел «dexos» с 2011 года. dexos 1 и dexos R предназначены для бензиновых двигателей, dexos 2 и dexos D — для дизельных двигателей, однако dexos 2 также указан для европейских бензиновых автомобилей.
dexos1 был представлен в 2011 году, заменен dexos1Gen2 в 2015 году, а затем dexos1Gen3. dexos 2 был прекращен в 2025 году, заменен dexos D для дизельных двигателей и dexos R для бензиновых двигателей. [41]
Начиная с конца 1990-х годов, например, BMW выпустила спецификацию под названием LL-98 (Long Life 1998), которая требует специальных присадок в маслах, которые были одобрены для соответствия этой спецификации. BMW регулярно разрабатывает новые спецификации для соответствия растущим требованиям стандартов выбросов EPA и требований MPG, а также для новых двигателей. Известно, что неиспользование масла правильной спецификации приводит к преждевременному засорению PCV (принудительной вентиляции картера), системы VVT (изменения фаз газораспределения), системы прокладок и уплотнений и других компонентов внутреннего сгорания и другим отказам. Некоторые из присадок в этих спецификациях предназначены для поддержания смазанных и чистых систем. Вот некоторые примеры других спецификаций BMW: LL-01, LL-01 fe, LL-12, LL-14+, LL-17 fe. [42] Европейские производители автомобилей стали лидерами в области спецификаций масел, но с тех пор к ним присоединились азиатские и американские производители, создав потребность в замене масла, ремонтных мастерских и дилерских центрах, чтобы иметь в наличии множество различных масел, чтобы избежать как механических, так и финансовых убытков.
В дополнение к улучшителям индекса вязкости производители моторных масел часто включают другие присадки, такие как моющие средства и диспергаторы, чтобы помочь поддерживать двигатель в чистоте, минимизируя образование шлама, ингибиторы коррозии и щелочные присадки для нейтрализации кислотных продуктов окисления масла. Большинство коммерческих масел имеют 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 минимизировать неблагоприятное воздействие на каталитические нейтрализаторы . Другим аспектом для устройств последующей обработки является отложение масляной золы, что увеличивает противодавление выхлопных газов и со временем снижает экономию топлива. Так называемый «химический ящик» сегодня ограничивает концентрации серы, золы и фосфора (SAP).
Существуют и другие добавки, доступные в продаже, которые пользователь может добавлять в масло для предполагаемого дополнительного преимущества. Некоторые из этих добавок включают:
Некоторые масла, содержащие дисульфид молибдена, могут быть непригодны для мотоциклов, в которых совместно с двигателем используется смазка мокрого сцепления . [38]
Из-за своего химического состава, распространения по всему миру и воздействия на окружающую среду отработанное моторное масло считается серьезной экологической проблемой. [45] [46] Большинство современных смазочных материалов на основе моторного масла содержат нефтяные базовые компоненты, которые токсичны для окружающей среды и которые трудно утилизировать после использования. [47] Более 40% загрязнения водных путей Америки приходится на отработанное моторное масло. [48] Отработанное масло считается крупнейшим источником загрязнения нефтью в портах и водных путях США, 1460 мл (385 × 10 6 галлонов США) в год, в основном из-за неправильной утилизации. [49] Безусловно, самой большой причиной загрязнения океанов моторным маслом являются стоки из канализации и городских улиц, большая часть которых вызвана неправильной утилизацией моторного масла. [50] Один галлон США (3,8 л) отработанного масла может образовать пятно площадью 32 000 м 2 (8 акров) на поверхности воды, угрожая рыбе, водоплавающим птицам и другим водным организмам. [49] По данным Агентства по охране окружающей среды США, пленки нефти на поверхности воды препятствуют пополнению растворенного кислорода, ухудшают процессы фотосинтеза и блокируют солнечный свет. [51] Токсическое воздействие отработанного масла на пресноводные и морские организмы различается, но значительные долгосрочные эффекты были обнаружены при концентрации 310 ppm у нескольких видов пресноводных рыб и всего лишь 1 ppm у морских форм жизни. [51] Моторное масло может оказывать невероятно пагубное воздействие на окружающую среду, особенно на растения, рост которых зависит от здоровой почвы. Существует три основных способа, которыми моторное масло влияет на растения:
Отработанное моторное масло, выброшенное на землю, снижает продуктивность почвы. [51] Неправильно утилизированное отработанное масло попадает на свалки, в канализацию, на задние дворы или в ливневые стоки , где почва, грунтовые воды и питьевая вода могут быть загрязнены. [52]
Синтетические смазочные материалы впервые были изготовлены в значительных количествах в качестве замены минеральным смазочным материалам (и топливу) немецкими учеными в конце 1930-х и начале 1940-х годов из-за недостаточного количества сырой нефти, необходимой для ведения боевых действий во Второй мировой войне . Значительным фактором их популярности стала способность синтетических смазочных материалов оставаться текучими при очень низких температурах, таких как те, которые встречались на восточном фронте Германии , что приводило к затвердеванию смазочных материалов на основе нефти из-за их более высокого содержания воска. Использование синтетических смазочных материалов расширилось в 1950-х и 1960-х годах из-за свойства на другом конце температурного спектра — способности смазывать авиационные двигатели при высоких температурах, которые вызывали разрушение смазочных материалов на минеральной основе. В середине 1970-х годов были разработаны и впервые в коммерческих целях применены синтетические моторные масла в автомобильных приложениях. Та же система SAE для обозначения вязкости моторного масла применяется и к синтетическим маслам .
Синтетические масла получают из базовых масел Группы III, Группы IV или некоторых базовых масел Группы V. Синтетика включает классы смазочных материалов, таких как синтетические эфиры (Группа V), а также «другие», такие как GTL (метановый газ-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 сделаны большими и «достаточно мягкими», чтобы сохранять хорошую вязкость при более высоких температурах, однако разветвленные молекулярные структуры мешают затвердеванию и, следовательно, обеспечивают текучесть при более низких температурах. Таким образом, хотя вязкость все еще уменьшается с повышением температуры, эти синтетические моторные масла имеют более высокий индекс вязкости по сравнению с традиционной нефтяной основой. Их специально разработанные свойства позволяют использовать более широкий температурный диапазон при более высоких и более низких температурах и часто включают более низкую температуру застывания. Благодаря улучшенному индексу вязкости синтетические масла нуждаются в более низких уровнях улучшителей индекса вязкости, которые являются компонентами масла, наиболее уязвимыми к термической и механической деградации по мере старения масла, и, таким образом, они не деградируют так быстро, как традиционные моторные масла. Однако они все равно заполняются твердыми частицами, хотя эти частицы лучше удерживаются в масле, [ требуется ссылка ] и масляный фильтр все равно заполняется и засоряется со временем. Поэтому периодическая замена масла и фильтра все равно должна производиться с синтетическим маслом, но некоторые поставщики синтетического масла предполагают, что интервалы между заменами масла могут быть больше, иногда до 16 000–24 000 километров (9 900–14 900 миль), в основном из-за снижения деградации из-за окисления.
Тесты [ требуется ссылка ] показывают, что полностью синтетическое масло превосходит обычное масло в экстремальных условиях эксплуатации и может работать лучше дольше в стандартных условиях. Но в подавляющем большинстве транспортных средств смазочные материалы на основе минерального масла, усиленные присадками и имеющие преимущества более чем столетней разработки, продолжают оставаться преобладающим смазочным материалом для большинства двигателей внутреннего сгорания. [53]
Биологические масла существовали до разработки нефтяных масел в 19 веке. Они стали предметом возобновленного интереса с появлением биотоплива и стремлением к экологически чистым продуктам. Разработка моторных масел на основе канолы началась в 1996 году с целью получения экологически чистых продуктов. Университет Пердью профинансировал проект по разработке и тестированию таких масел. Результаты тестов указывают на удовлетворительные характеристики протестированных масел. [54] Обзор состояния биоосновных моторных масел и базовых масел во всем мире, а также в США, показывает, как биоосновные смазочные материалы показывают перспективность в увеличении текущего предложения смазочных материалов на основе нефти, а также в замене его во многих случаях. [55]
Национальный центр исследований сельскохозяйственного использования Министерства сельского хозяйства США разработал технологию смазочных материалов Estolide, изготовленную из растительных и животных масел. Эстолиды показали большие перспективы в широком спектре применений, включая моторные масла. [56] Работая с Министерством сельского хозяйства США, калифорнийская компания Biosynthetic Technologies разработала высокопроизводительное «встраиваемое» биосинтетическое масло с использованием технологии Estolide для использования в моторных маслах и промышленных смазочных материалах. Это биосинтетическое масло Американского института нефти (API) имеет потенциал для значительного снижения экологических проблем, связанных с нефтью. Независимые испытания не только показывают, что биосинтетические масла являются одними из самых высоко оцененных продуктов для защиты двигателей и машин; они также имеют биологическую основу, биоразлагаемы, нетоксичны и не биоаккумулируются в морских организмах. Кроме того, моторные масла и смазочные материалы, созданные на основе биосинтетических базовых масел, могут быть переработаны и повторно очищены с использованием масел на основе нефти. [57] Американская компания Green Earth Technologies производит биомасло G-Oil, изготовленное из животных масел. [58]
Новый процесс расщепления полиэтилена , распространенного пластикового продукта, встречающегося во многих потребительских контейнерах, превращает его в парафиноподобный воск с правильными молекулярными свойствами для преобразования в смазку, избегая дорогостоящего процесса Фишера-Тропша . Пластик расплавляется, 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. [59]
Биоразлагаемые моторные масла на основе сложных эфиров или смесей углеводородных эфиров появились в 1990-х годах, а затем, начиная с 2000 года, появились формулы, которые отвечают критериям био-нетоксичности Европейской директивы по препаратам (EC/1999/45). [60] Это означает, что они не только биоразлагаемы в соответствии с методами испытаний OECD 301x, но и их токсичность для водной среды (рыбы, водоросли, дафнии) превышает 100 мг/л.
Другой класс базовых масел, подходящих для моторного масла, — это полиалкиленгликоли. Они обладают нулевой зольностью, био-нетоксичными свойствами и характеристиками обедненного сгорания. [61]
Масло в моторном масле действительно разрушается и сгорает, когда оно используется в двигателе – оно также загрязняется частицами и химикатами, которые делают его менее эффективным смазочным материалом. Повторная очистка очищает загрязненное масло от загрязнений и использованных присадок. Затем этот чистый «базовый компонент» смешивается с некоторым количеством первичного базового компонента и новым пакетом присадок для получения готового смазочного продукта, который может быть таким же эффективным, как и смазочные материалы, изготовленные из полностью первичного масла. [62] Агентство по охране окружающей среды США ( EPA ) определяет повторно очищенные продукты как содержащие не менее 25% повторно очищенного базового компонента, [63] но другие стандарты значительно выше. Кодекс государственных контрактов штата Калифорния определяет повторно очищенное моторное масло как такое, которое содержит не менее 70% повторно очищенного базового компонента. [64]
Моторные масла продавались в розницу в стеклянных бутылках , металлических банках и банках из металлокартона до появления современных полиэтиленовых пластиковых бутылок , которые начали появляться в начале 1980-х годов. Многоразовые носики изготавливались отдельно от банок; с прокалывающим кончиком, как у консервного ножа, эти носики можно было использовать для прокалывания верхней части банки и для обеспечения легкого способа слива масла.
Сегодня моторное масло в США обычно продается в бутылках объемом одна кварта США (950 мл) и редко в одном литре (33,8 жидких унций США), а также в более крупных пластиковых контейнерах объемом примерно от 4,4 до 5 литров (от 4,6 до 5,3 кварты США), поскольку для большинства двигателей малого и среднего размера требуется около 3,6–5,2 литров (от 3,8 до 5,5 кварты США) моторного масла. В остальном мире оно чаще всего доступно в розничных упаковках объемом 1 л, 3 л, 4 л и 5 л.
Распределение среди крупных потребителей (например, пунктов замены масла без выезда на место) часто осуществляется оптом, в автоцистернах или в бочках объемом 160 л ; в Европе распространены бочки объемом 208 литров (55 галлонов США) и 60 литров (16 галлонов США ) .
Проглатывание человеком моторного масла считается опасным. Проглатывание небольших количеств неиспользованного моторного масла обычно приводит к жидкому стулу или диарее . Моторное масло также может попасть в дыхательные пути . Это может вызвать: кашель , хрипы или затрудненное дыхание. При контакте кожи с моторным маслом может произойти обезжиривание . [65] [66] При воздействии открытого огня моторное масло может воспламениться. [67] В последнее время моторное масло также используется для текстурирования волос (популяризировано Джеком Уилом), но при нанесении пользователи могут чувствовать раздражение кожи головы и возможное долгосрочное повреждение кожи головы и фолликулов.
{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )Из этих данных может показаться, что нет никаких оснований для постоянно используемого аргумента, что мотоциклетные масла обеспечивают лучшую смазку, чем автомобильные масла при использовании в мотоцикле. Если падение вязкости является единственным критерием, то, безусловно, нет причин тратить дополнительные деньги на масло, специально разработанное для мотоциклов. Однако, по-видимому, есть законный аргумент в пользу использования синтетических и синтетических масел вместо продуктов на основе нефти.
{{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь ){{cite book}}: |last=имеет общее название ( помощь ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )