Общими тенденциями развития двигателестроения являются: увеличение соотношения мощности к объёму двигателя (далее литровая мощность) повышение экономичности и надежности, улучшение пусковых свойств, уменьшение массогабаритных показателей. Решение любой из этих проблем тесно связано с вопросами применения моторных масел. Для обеспечения надежной работы двигателей, применяемые в них масла должны обладать определенными эксплуатационными свойствами.

Надежность работы двигателя во многом определяется выбором масла с оптимальной вязкостью. В широком диапазоне условий эксплуатации, наиболее эффективны масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой (т.е. масла, вязкость которых в наименьшей степени меняется при изменении температуры масла).

Для обеспечения минимального износа деталей двигателя лучше использовать масла большей вязкости. Однако чрезмерное повышение вязкости увеличивает потери на трение, что приводит к повышенному расходу топлива. Снижение исходной вязкости как правило улучшает прокачиваемость масел при низких температурах, которая характеризует способность масла своевременно поступать к местам смазки при пуске двигателя. Чем лучше прокачиваемость, тем ниже износ деталей двигателя при пуске и выше КПД за счет уменьшения расхода топлива. Поэтому конструкторы стремятся к выбору оптимальной величины вязкости масла в зависимости от типа двигателя и условий его эксплуатации.

Основными путям повышения "литровой мощности" в современных и перспективных двигателях являются: повышение степени сжатия в цилиндрах двигателя, оптимизация состава топливно-воздушной смеси (например, прямого впрыска топлива под высоким давлением) и введение наддува воздуха. Однако это приводит к росту тепловых и механических нагрузок на детали двигателя и условия работы масла существенно ужесточаются. Интенсивный контакт масла с прорывающимися в картер газами увеличивает скорость его окисления. Воздействие горячих газов и нагретых поверхностей на пленку масла на деталях цилиндро-поршневой группы приводит к образованию высокотемпературных углеродистых отложений (нагаров и лаков). Закоксовывание поршневых канавок может привести к уменьшению подвижности поршневых колец, с появлением повышенного износа и задира поверхности гильзы цилиндра, а в конечном итоге - к поломке поршневых колец с потерей компрессии двигателя.

В целях облегчения веса двигателя конструкторы прибегают к уменьшению емкости систем смазки, что приводит к возрастанию кратности циркуляции масла и интенсификации его окисления. Эффективное снижение скорости образования нагаров и лаков в системе смазки двигателя возможно только в том случае, когда масло обладает достаточно высокими моюще-диспергирующими и антиокислительными свойствами.

Для увеличения надежности и обеспечения высокого ресурса работы двигателя необходимо, чтобы моторные масла имели высокий уровень противоизносных и противозадирных свойств.

Для снижения коррозионного износа деталей цилиндро-поршневой группы и вкладышей коленчатого вала, вызываемого кислыми продуктами сгорания топлива, моторные масла должны обладать нейтрализующим действием.

Требования к маслу определяются не только типом двигателя, конструктивными особенностями агрегатов, но и условиями эксплуатации, а также качеством топлива. Так, при работе на непрогретом двигателе и (или) некачественном топливе, в результате неполного сгорании топлива происходит попадание продуктов неполного сгорания в картер с последующим окислением и загрязнением масла. В результате этого в условиях конденсации влаги в картере двигателя может значительно повышаться образование низкотемпературных отложений (шлама). Предотвратить шламообразование в картере двигателя можно за счет применения масел с высокими диспергирующими свойствами.

Надежность двигателей в значительной степени зависит от способности моторных масел сохранять свои эксплуатационные свойства при обводнении, что особенно характерно для масел, используемых в судовых дизелях.

Современные масла должны сохранять эксплуатационные свойства длительное время (от 500 до 2000 моточасов работы двигателя, примерно 12-45 тыс. км пробега). Срок смены масел должен быть увязан со сроками смены фильтрующих элементов и режимами технического обслуживания автомобилей. При этом должен обеспечиваться низкий расход масла на угар.

Условия работы масел в двигателях различных типов и конструкций могут сильно различаться, что затрудняет выбор масла для конкретного двигателя. Для облегчения выбора масел, исходя из условий эксплуатации и особенностей техники разработаны классификации масел.

В основу отечественной системы обозначений моторных масел, предусмотренной ГОСТ 17479.1-85, положены сведения о принадлежности масла к одному из классов вязкости и группе эксплуатационных свойств.

Классификации моторных масел по вязкости

Вязкость - важнейшая характеристика моторного масла. Российский ГОСТ 17479.1 разделяет масла в зависимости от величины кинематической вязкости при различных температурах на следующие вязкостные классы.

• летние масла - 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24;
• зимние масла - 3з, 4з, 5з, 6з, 6, 8;
• всесезонные масла - обозначаются дробным индексом (например, 5з/12, 6з/14 и т.д.).

Масло класса 8 нередко используют как в детний, так и в зимний период эксплуатации.

Для всех сортов нормируются пределы кинематической вязкости при 100С, а для зимних и всесезонных сортов дополнительно нормируется величина кинематической вязкости при -18С (определяется до момента введения стандартов на нормирование динамической вязкости при отрицательных температурах).

Для всесезонных масел, цифра в числителе характеризует зимний класс, а в знаменателе - летний; буква "з" указывает на то, что масло - загущенное, т.е. содержит загущающую (вязкостную) присадку. Так, всесезонное масло класса вязкости 5з/12 по кинематической вязкости при 100С соответствует летнему маслу класса 12, а при минус 18С - зимнему маслу класса 5з.

Классы вязкости моторных масел

В большинстве развитых стран мира общепринятой служит классификация моторных масел по вязкости, установленная SAE (Американским обществом автомобильных инженеров) в стандарте SAE J300 DEC 99, введенная в действие с августа 2001 г.. Данная классификация содержит 11 классов: 6 зимних - 0w, 5w, 10w, 15w, 20w, 25w (w - winter, зима) и 5 летних - 20, 30, 40, 50, 60. Всесезонные масла имеют двойное обозначение через дефис, причем первым указывается зимний (с индексом w) класс, а вторым - летний, например SAE 5w-40, SAE 10w-30 и т.д. Зимние масла характеризуют два максимальных значения низкотемпературной (динамической, в отличие от кинематической для ГОСТ) вязкости и нижний предел кинематической вязкости при 100оС. Летние масла характеризуют пределы кинематической вязкости при 100оС, а также минимальное значение динамической высокотемпературной (при 150оС) вязкости и градиенте скорости сдвига 106 с-1.

В обеих вязкостных классификациях (ГОСТ, SAE), чем меньше цифра в числителе с индексом "з" (ГОСТ) или перед буквой "w" (SAE), тем меньше вязкость масла при низкой температуре и соответственно легче холодный пуск двигателя. Чем больше цифра, стоящая в знаменателе (ГОСТ) или после дефиса (SAE), тем больше вязкость масла при высокой температуре и надежнее смазывание двигателя в летнюю жару.

Международная классификация моторных масел по вязкости SAE J300 DEC 99

Примерное соответствие классов вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 классам вязкости по SAE J-300

Классификация моторных масел по уровню эксплуатационных свойств

Согласно ГОСТ 17479.1 моторные масла российского производства по уровню эксплуатационных свойств разделены на 6 групп, обозначаемых первыми шестью буквами русского алфавита и цифровыми индексами. Чем дальше от начала алфавита отстоит буква в маркировке моторного масла, тем выше уровень его качества. Соответствие масел той или иной группе устанавливается на основании результатов моторных и лабораторных испытания, включенных в Комплексы методов квалификационной оценки (КМКО), утвержденных Госстандартом РФ. Индексом "1" маркируются масла, предназначенные для эксплуатации бензиновых двигателей, индекс "2" предназначен для обозначения масел для дизелей. Универсальные масла, предназначенные для эксплуатации в обоих типах двигателей, цифрового индекса не имеют. В случае соответствия масла сразу нескольким эксплуатационным классам, последние указываются друг за другом в порядке возрастания требований к качеству. Последним в маркировке моторного масла (в случае необходимости) стоит буквенно-цифровой индекс, характеризующий особенности применения данного конкретного масла.

Группы эксплуатационных свойств моторных масел

Примеры маркировки моторных масел.

М-10-Г2(к) - буква "М" обозначает принадлежность к моторным маслам, цифра 10 - класс вязкости, для которого величина кинематической вязкости при температуре 100С нормируется в пределах 9,3-11,5 мм2/с (сСт), буква "Г" с индексом 2 обозначает, что по эксплуатационным свойствам масло относится к группе "Г" и предназначено для высокофорсированных дизелей. Буква "к" означает, что данное масло предназначено для преимущественного применения в автомобилях КАМАЗ. В отличие от него, в ассортименте моторных масел имеется марка М-10-Г2, предназначенная для тракторных дизелей.

М-4з/8-В1Г1- моторное масло всесезонное, универсальное для среднефорсированных дизелей группы В2 и высокофорсированных бензиновых двигателей группы Г1;

М-14Г2(цс) - моторное масло класса вязкости 14, для высокофорсированных дизелей без наддува или с умеренным наддувом, индекс "цс" уточняет конкретную область применения (циркуляционное судовое);

М-14Д (цл20) - моторное масло класса вязкости 14, для высокофорсированных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых условиях эксплуатации, "цл20" - применяемое в циркуляционных и лубрикаторных смазочных системах и имеющее щелочное число 20 мг КОН/г

Наиболее известной международной классификацией моторных масел по областям применения и уровню эксплуатационных свойств является классификация API (Американского института нефти). Со времени введения (1947 г.) данная классификация неоднократно дополнялась, однако принцип разделения масел на 2 категории (S и C) сохранился до настоящего времени.

В данной системе классификации моторные масла маркируются двухбуквенным индексом. Первая буква означает категорию: к категории "S" (Service) относятся масла для 4-х тактных бензиновых двигателей, к категории "C" (Commercial) - масла, предназначенные для дизелей автомобильного транспорта, внедорожной строительной и сельскохозяйственной техники. Универсальными называют масла, которые могут применяться для смазывания бензиновых и дизельных двигателей. Второй буквой является показатель группы масла по уровню эксплуатационных свойств. Чем дальше от начала латинского алфавита расположена буква, тем выше уровень эксплуатационных свойств моторного масла.

В настоящее время в категории "S" классификация API включает 10 классов масел в следующем порядке возрастания требований к их качеству (SA, SB, SD, SE, SF, SG, SH, SJ, SL), а в категории "С" - 11 классов (CA, CB, CC, CD, CD-II, CF, CF-4, CF-2, CG-4 и CH-4). Цифры при обозначении классов CD-II, CF-4, CF-2 и CG-4 дают дополнительную информацию об использовании данного класса масел в 2-тактных или 4-тактных дизелях соответственно. Для обозначения универсальных масел принята двойная маркировка, например, SF/CC, SG/CD, CF-4/SH и т.п.

В настоящее время в настоящее время API выдает лицензии на выпуск масел только высших категорий качества (не ниже SH), предназначенных для бензиновых двигателей не позднее 1994 г. выпуска. Для эксплуатации бензиновых двигателей, выпущенных после 1997 года, предназначены масла класса SJ. Наиболее совершенное масло категории SL на частично или полностью синтетической основе с высокоэффективным пакетом присадок надлежит эксплуатировать в самых совершенных бензиновых турбонаддувных, многоклапанных двигателях производства 2001 г. и позже, вынужденных работать в наиболее напряженных условиях. Для дизельных масел лицензии API выдаются на продукты категории качества не ниже CF. Высшей группой масел категории "С" является CI-4, предназначенная для эксплуатации высокооборотных четырехтактных дизелей, по токсичности выбросов удовлетворяющих нормам 2004 г. Данная категория масел предназначена к введению с октября 2002 г. Однако при поставке масел на экспорт и при их производстве в третьих странах могут вырабатываться масла и более низких классов по API.

Американские и японские автомобилестроители, сотрудничая в рамках Международного комитета по стандартизации и одобрению смазочных материалов (ILSAC), разработали минимальные стандартные требования к моторным маслам для автомобильных бензиновых двигателей. Классификация ILSAC содержит два класса масел, обозначаемых GF-1 и GF-2. С 2002 г. вводятся новые требования GF-3, а с 2004 г. ожидается введение требований GF-4. По уровню требований к эксплуатационным свойствам они практически идентичны требованиям к маслам классов SJ и SL по API, но обязательно предъявляются высокие требования по экономии топлива и отсутствию компонентов, отрицательно влияющих на каталитический дожигатель отработанных газов.

По классификации ILSAC при испытаниях на стандартизованном моторном стенде SEQ IIIE, масла группы GF-1, должны экономить не менее 1,5% бензина (Energy Conserving I), а масла группы GF-2 (Energy Conserving II) - 2,3% в сравнении с работой двигателя на эталонном масле класса вязкости 15W-40.

Масла, сертифицированные по API на соответствие требованиям ILSAC, маркируются стандартным символом (знаком качества в виде шестеренки с текстом внутри рисунка на английском языке: "Американский институт нефти, для бензиновых двигателей, сертифицировано"). Классификация масел по API на получение знака "Донат" в сочетании со знаком ILSAC характерна для американских производителей масел и не нашла широкого применения в Европе.

Несмотря на исторический приоритет, в настоящее время американская классификация API утрачивает свою монополию в Европе. Учитывая тот факт, что основными критериями эксплуатационных свойств масел являются результаты испытаний на специальных серийных двигателях, различия в конструктивных решениях и методиках определения свойств моторных масел привели к появлению европейской классификации ACEA.

Европейская ассоциация автомобильных производителей (ACEA), в которую входят ведущие гиганты автомобилестроения: BMW, DAF, Ford of Europe, General Motors Europe, MAN, Mercedes-Benz, Peugeot, Porche, Renault, Rolss-Royce, Rover, Saab-Scania, Volkswagen, Volvo, FIAT и др. ввела с 1996 г. новую классификацию моторных масел, которая базируется на европейских методах испытаний, а также использует некоторые общепризнанные американские моторные и физико-химические методы испытаний по API, SAE и ASTM. Данная классификация заменила существовавшую с середины 90-х годов классификацию ССМС (Комитет автопроизводителей стран общего рынка).

С 1 марта 1998 года требования к эксплуатационным свойствам моторных масел были ужесточены, что нашло отражение в новом европейском стандарте АСЕА-98. В 1998-99 гг. происходило уточнение и дополнение классификации АСЕА 98-99 с исключением старых и введением новых классов, требования которых обязательны к выполнению с 1 сентября 2000 г. В 2002 г. состоялся очередной пересмотр классификации моторных масел, оформленный в виде стандарта АСЕА 2002. Введение новых классов намечено с 1 февраля 2003 года.

В отличие от американской классификации API, в которой до сих пор не выделены в самостоятельный класс масла для дизелей легковых автомобилей, европейская - АСЕА классифицирует моторные масла на три основные категории по назначению:

А - для бензиновых двигателей;

В - для дизельных двигателей легковых автомобилей;

Е - для дизельных двигателей грузовых автомобилей.

Внутри каждой категории эксплуатационные свойства соответствующих масел выделены в отдельные группы, обозначаемые цифрой после буквы. Чем больше цифра, тем в более жестких условиях работает двигатель и, соответственно, выше требования к качеству масла. Последние две цифры (через дефис) в маркировке масла обозначают год введения данной категории. Для некоторых новых классов оставлено обозначение старого класса, но с добавлением более позднего номера выпуска.

Таблица примерного соответствия европейской (АСЕА) и американской (API) классификаций моторных масел

В группы А1, В1, А5, В5 выделены специальные маловязкие, так называемые энергосберегающие масла, снижающие трение и позволяющие тем самым экономить не менее 2,5% топлива. При этом по остальным эксплуатационным свойствам эти масла должны быть не хуже уровня 2.