Классификация моторных масел

Тема 2. Показатели качества и технология обработки масел

Лекция 1. Судовые моторные масла

1.1 Судовые моторные масла и их эксплуатационные свойства

1.2 Присадки к моторным маслам

1.3 Классификация моторных масел

1.4 Браковочные показатели судовых моторных масел

Судовые моторные масла и их эксплуатационные свойства

Функции масел. Для нормальной работы двигателя в качестве смазки применяют моторные масла. С учетом высокого уровня форсировки современных двигателей масла должны отвечать следующим основным требованиям:

- создавать прочное тонкое покрытие на поверхностях трения, исключая их прямой контакт;

- обеспечивать уплотнение цилиндро-поршневой группы в зоне поршневых колец и не допускать прорыв газов;

- обеспечивать охлаждение путем отвода тепла из теплонапряженных деталей и зон трения;

- смывать продукты высокотемпературных отложений с поверхности деталей;

- предохранять детали двигателя от коррозии;

- поддерживать продукты окисления, износа и загрязнения во взвешенном состоянии в виде эмульсии, препятствуя выпадению их в осадок, а также выносить их из зоны трения;

- нейтрализовывать органические кислоты, которые образуются при сгорании топлива и окислении масла;

- обладать требуемой вязкостью и стабильными вязкостно-температурными характеристиками, низкой испаряемостью.

Основные свойства масел. В сертификатах на масла обычно указываются: плотность, нейтрализующая способность, выражаемая в ОЩЧ или TBN, температура застывания и температура вспышки, категория вязкости по SAE, вязкость при 100 и 40 °С, характеристики по API и ACEA.

Плотность. Плотность масел 860…930 кг/м³. В процессе работы масла его плотность меняется в сторону увеличения (загрязнение масла сажей и продуктами окисления) и уменьшения (разжижение более легким топливом).

Вязкость. Является важнейшей характеристикой масла, определяющей величину внутреннего трения влияющего на сопротивление течения. Вязкость выражается в мм²/с или в сантистоксах (сСТ). За рубежом вязкость масел принято классифицировать номерами (категориями) SAE, которые кроме вязкости не указывают других качественных показателей масла.

Вязкость непосредственно определяет эффективность смазки, ее способность создавать пленку между трущимися поверхностями, предотвращая их контакт, следовательно, износ и рост температур в зоне контакта.

Индекс вязкости. Эмпирическая безразмерная величина, характеризующая вязкостно-температурную зависимость масел. Масла с высоким индексом вязкости (100 и более) характеризуются относительно малым падением вязкости при повышении температуры.

Нейтрализующая способность. Заключается в способности масел противостоять коррозии под действием образующейся в цилиндрах серной кислоты и продуктов окисления самого масла (органические кислоты). Для этого в масло вводят присадки, придающие ему щелочные свойства, задаваемые Общим Щелочным Числом (ОЩЧ или TBN-Total Base Number), которое выражается в мг КОН/г масла. Величина кислотного числа численно равна количеству едкого калия (КОН), необходимого для нейтрализации кислоты, содержащейся в 1 гр. масла, выражается в мг КОН.

Температура застывания. Это температура, при которой масло теряет подвижность. Рекомендуемая температура застывания масла для циркуляционных систем судовых двигателей составляет минус 9… минус 15 °С. Для механизмов, работающих на открытом воздухе, следует руководствоваться температурой воздуха в зимнее время.

Температура вспышки. Наинизшая температура, при которой пары масла образуют с воздухом смесь, взрывающуюся при поднесении к ней пламени. Температура определяется в открытом (в среднем на 30 °С выше) или закрытом тигле и находится для масла в пределах 200…250 °С.

Применяемые на судах моторные масла делятся на цилиндровые (для смазки цилиндров) и системные или циркуляционные (для смазки деталей движения).

Свойства цилиндровых масел. Цилиндровые масла для малооборотных дизелей в дополнение к рассмотренным качественным показателям должны обладать еще рядом специфических свойств:

- высоким резервом щелочности для нейтрализации образующихся при сгорании сернистых топлив кислот;

- его детергентно-диспергирующие свойства должны быть ориентированы на предотвращение отложений продуктов неполного сгорания в зоне поршневых колец и в продувочно-выпускных окнах;

- способность к растеканию для равномерного покрытия всей поверхности цилиндра;

- способность оставаться на поверхности цилиндра при продувке;

- обеспечение вязкостных свойств в зоне действия поршневых колец при высокой температуре и давлении;

- обладать противоизносными свойствами и исключать образование в цилиндро-поршневой группе задиров.

Свойства циркуляционных масел. К наиболее важным свойствам системных масел относятся: обеспечение жидкостного режима смазки в подшипниках (масляный клин); эффективность смазки крейцкопфных подшипников в условиях высоких удельных давлений; высокая термическая стабильность (охлаждение поршней).

Уровень щелочности системных масел крейцкопфных двигателей составляет 3…6 мг КОН/г масла. Для тронковых:

- при работе на топливах с содержанием серы менее 1…1,5%- масло с ОЩЧ 20;

- при содержании серы свыше 1,5…2% масло с ОЩЧ 30 или 40.

Присадки к моторным маслам

Для улучшения моторных свойств масел и обеспечения их эффективной работы в современных высокофорсированных двигателях в их базовую основу вводятся химические соединения - присадки. Вводимые присадки (до 25% по массе) влияют на физические свойства базовых масел и оказывают химический эффект.

По эксплуатационному действию присадки условно подразделяются на: антиокислительные (повышают антиокислительную устойчивость масел); щелочные и антикоррозионные (защищают металлические поверхности от коррозионного воздействия кислородо- и серусодержащих продуктов и влаги); моющее-диспергирующие (способствуют снижению отложений продуктов окисления на металлических поверхностях); присадки, улучшающие смазочные свойства масел (противоизносные, противозадирные и антифрикционные); депрессорные (понижают температуру застывания масел); вязкостные (улучшают вязкостно-температурные свойства масел); антипенные (предотвращают вспенивание масел).

Таблица 1.1 – Основные компоненты масел

Детергенты - моющие присадки (уменьшают образование углеродистых осадков и окисленных смесей, а также предотвращают накопление загрязнений и смолистого налета на металлических поверхностях).

Дисперсанты (сохраняют в виде суспензии все твердые примеси, которые образуются в результате работы двигателя автомобиля: несгоревшие углеводороды, смолы, грязь, сажу и примеси, полученные в результате применения моющих присадок).

Антиоксиданты - антиокислительные присадки (устраняют или замедляют окисление масла путем взаимодействия с первичными продуктами реакции окисления образуя неактивные соединения).

Противоизносные присадки (образуют защитную пленку в результате прямого или опосредствованного контакта их активных ингредиентов с металлической поверхностью).

Противокоррозионные присадки (образуют защитную пленку, препятствующую образованию коррозии на металлических частях, возникающей путем комбинированного воздействия воды, кислорода и определенных окислов, образующихся в процессе окисления).

Противопенные присадки (масла могут пениться в результате: наличия моющих присадок, которые очищают двигатель, но способствуют образованию пены; конструкции системы смазки, вызывающей неравномерный поток смазки в результате смешивания воздуха и масла, что ведет к образованию пузырей).

Классификация моторных масел

Классификация моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 (Россия). Согласно ГОСТ 17479.1-85 моторные масла подразделяют на классы по вязкости и группы, зависящие от типа двигателя и его уровня форсирования.

Масла обозначаются следующим образом: М-12Г₂, М-6з/10Г₁, где буква масло моторное буква «М». Класс вязкости - цифра «12». Если масло всесезонное (зима/лето), то вводится двойное обозначение разделенное знаком дроби (6з/10). Буква «з» указывает на применение в масле загустителя. Буква «Г» обозначает эксплуатационные качества. Индекс «1» присваивают маслам для бензиновых двигателей, индекс «2» - дизельным маслам. Универсальные масла обозначают буквой без индекса или двумя разными буквами с разными индексами (М-4з/8-В₂Г₁).

В таблице 1.2 представлены моторные масла по назначению и эксплуатационным свойствам.

Таблица 1.2 – Классификация моторных масел по области и условиям применения

По вязкости летние и зимние моторные масла делятся на 12 классов (3з, 4з, 5з, 6з, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24), а всесезонные загущенные – на 10 классов (3з/8, 4з/6, 4з/8, 4з/10, 5з/10, 5з/12, 5з/14, 6з/10, 6з/14, 6з/16).  Класс для летних и зимних масел указывает их вязкость (мм²/с) при 100 °С. Для всесезонных масел класс изображается дробью, в которой числитель условно обозначает вязкость масла при температуре минус 18 °С, а в знаменателе указывается вязкость при 100 °С.

Таблица 1.3 – Классы вязкости моторных масел (ГОСТ 17479.1-85)

Классификация зарубежных моторных масел (США). Масла для бензиновых и дизельных двигателей классифицируются в зависимости от содержания в них пакета присадок и определяемых ими моторных свойств по категориям в соответствии с требованиями Американского института нефти (API), разработанными совместно с Американским обществом автомобильных инженеров (SAE) и Американским обществом испытания материалов (ASTM).

Классификация моторных масел по уровню качества API (таблица 1.4) подразделяет моторные масла на две категории: «S» (Service) - масла для бензиновых двигателей и «C» (Commercial) - масла для дизелей. Классы в категориях указывают буквы латинского алфавита, стоящие после буквы, обозначающей категорию (SA, SB, SD, CA, CE, CF). Классы дизельных масел CD и CF подразделяются на масла для 2- и 4-тактных дизелей, обозначаемых дополнительной цифрой (CD II, CF-2, CF-4, CG-4). Универсальные масла обозначают классами обеих категорий (SF/CC, CG/CD, CF-4/SH).

Моторные масла, относящиеся к одному и тому же классу API, но производимые разными фирмами, могут существенно отличаться по составу базовых масел и типами используемых присадок.

Таблица 1.4 – Классификация моторных масел по API 2001 года

Практически все зарубежные масла классифицируются по спецификации SAE J-300 DEC99 (таблица 1.5). В зависимости от условий работы масла подразделяют на три группы:

- обычные масла, называемые также регулярными, или премиальными «Premium», либо вообще не содержат антиокислительных присадок, либо содержат их небольшое количество, предназначены для бензиновых двигателей и малонапряженных дизелей, работающих на малосернистом топливе;

- масла для более тяжелых условий работы, чем обычные (обозначаются HD «Heavy Duty»), содержат значительное количество моющих и антиокислительных присадок;

- масла для особо тяжелых условий работы в зависимости от особенностей применения в двигателе (степень наддува, наличие переменных режимов, содержание серы в топливе и т.п.) разделяют на три серии: «Series 1» - масла с антиокислительными и моющими присадками для дизелей, работающих в умеренно-тяжелых условиях на сернистом топливе, «Series 2» и «Series 3» - масла с антиокислительными и моющими присадками для дизелей, работающих в особо тяжелых условиях (высокий наддув, высокотемпературный режим, на сернистом топливе).

Спецификация SAE описывает три ряда вязкости.

Ряд зимних масел: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W - обозначаются цифрой и буквой «W» (Winter). Основные свойства зимнего ряда масел определяется по следующим параметрам:

- максимальная допустимая вязкость масла низкотемпературной проворачиваемости - показатель, при котором обеспечивается проворачиваемость холодного двигателя стартером и его успешный запуск;

- вязкость масла низкотемпературной прокачиваемости - показатель определяется как наименьшая температура, при которой вязкость не превышает величины 60000 мПа·с, что обеспечивает прокачивание масла по смазочной системе под давлением при холодном запуске двигателя для избежания сухого трения деталей двигателя;

- минимальная кинематическая вязкость при 100 °С - показатель, определяющий минимальную вязкость моторного масла при прогретом двигателе.

Ряд летних масел: SAE 20, 30, 40, 50, 60 - обозначаются цифрой без буквенного обозначения. Основные свойства летнего ряда масел определяется по:

- минимальной и максимальной кинематическим вязкостям при 100 °С - показатель, определяющий минимальную и максимальную вязкость моторного масла при прогретом двигателе;

- минимальной вязкости при 150 °С и скорости сдвига 106 с^-1. Определяется по стандарту ASTM D 4683 или СЕС L-36-А-90 на коническом имитаторе подшипника.

Ряд всесезонных масел: SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-20, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60. Обозначение состоит из комбинации зимнего и летнего ряда, разделенных знаком «тире». Всесезонные масла должны удовлетворять одновременно двум следующим критериям:

- максимальным вязкостям низкотемпературной проворачиваемости и прокачиваемости со степенью зимнего ряда;

- минимальной и максимальной кинематическим вязкостям при 100 °С и минимальной вязкости при 150 °С и скорости сдвига 106 с^-1 в соответствии со степенью летнего ряда.

Таблица 1.5 – Классификация моторных масел по спецификации SAE J-300 DEC99

Классификация зарубежных моторных масел – ACEA (Европа). Классификация масел ACEA (Ассоциацией Европейских Производителей Автомобилей) с 1996 года является официальным приемником ассоциации ССМС. Классификация по ACEA сформулировала единые требования к моторным маслам со стороны ведущих европейских автомобильных фирм (BMW, VolksWagen, Daimler-Crysler, MAN, Porshe, Volvo, Renault, SAAB-Scania, Rolls-Royce, Fiat, RVI, Ford-Europe, Rover, Iveco, DAF, GM-Europe).

В отличии от API, спецификация АСЕА наиболее полно учитывает конструктивные особенности европейских двигателей и режимы их эксплуатации в европейских условиях. Ее требования по отдельным тестам значительно превышают требования API. Предпочтение следует отдавать маркам масел, прошедшим испытания в АСЕА и получившим соответствующий класс качества по этой спецификации.

Классификация АСЕА-98 подразделяет моторные масла на 3 категории (в зависимости от назначения) - А, В и Е:

- А1-98, А2-96 издание 2, А3-98 - три уровня качества масел для бензиновых двигателей легковых автомобилей, которые заменили старые обозначения ССМС G4 и G5;

- В1-98, В2-98, В3-98 и В4-98 - четыре уровня качества масел для легких дизельных двигателей легковых автомобилей и фургонов на базе легковых автомобилей, заменили CCMC PD2;

- Е1-96 издание 2, Е2-96 издание 2, Е3-96 издание 2, Е4-99, Е5-99 - уровни качества масел для тяжелых дизельных двигателей грузовых автомобилей.

Стандарты ILSAC. Японская Ассоциация Автомобилестроителей (JAMA), а также представители Компаний «Даймлер-Крайслер», «Форд», «Дженерал Моторс» (AAMA) создали организацию, которую назвали «Международный Комитет по Стандартизации и Одобрению Смазочных Материалов» (ILSAC).

От имени этого комитета издаются стандарты качества масел для бензиновых двигателей легковых автомобилей: ILSAC - GF 1, ILSAC - GF 2, ILSAC - GF 3.

Спецификации автопроизводителей (OEM). Автопроизводители могут предъявлять и более высокие требования к маслам, не дожидаясь очередных международных спецификаций, они заявляют о своих оригинальных методах испытаний. После проверки эффективности лучшие из масел получают «одобрения» к применению от конкретного производителя:

- для легковых автомобилей: Mercedes-Benz, Renault, Peugeot, Volkswagen, Citroen, Ford, Fiat, Porsche, BMW, и т.д;

- для грузовой техники: MAN, MB, Volvo, RVI, и т.д.

Например: MB page 227.1; BMW Longlife Engine Oils; VW 500.00 и VW 505.01