что моторное масло должно обеспечивать
Моторное масло: из чего состоит и как его правильно выбирать
Без моторного масла двигатели внутреннего сгорания работают очень недолго.
В сети полно доказательств — например, эксперимент британского автожурналиста Мэта Уотсона, ведущего ютуб-канала carwow. Он поставил рядом Форд Фокус 2, Пежо 208 и Хонду Цивик 6, слил везде антифриз и масло, запустил двигатели и положил по камню на педали газа.
Двигатель Форда прожил 20 секунд, Пежо продержался 47 секунд, а вот на Хонде пришлось поездить: она всех удивила и работала долго. В любом случае без масла рано или поздно клинит даже такие двигатели, как у этого Цивика 2000 года.
Моторное масло образует на деталях двигателя прочную масляную пленку и предотвращает их износ. Но не все так просто: оно должно смазывать, снижать трение, охлаждать, очищать, защищать от коррозии. Все это — при высоких температурах и больших нагрузках и желательно с самого начала работы двигателя.
В этом материале мы расскажем, чем моторные масла различаются, как их подбирать и как часто нужно проходить техобслуживание с заменой масла и масляного фильтра.
Что вы узнаете
Чем различаются синтетика, полусинтетика и минералка
Готовое моторное масло, которое продают в магазинах, — сложная смесь базового масла и пакета специальных присадок, которые защищают двигатель от износа. Базовое масло определяет свойства готового продукта.
По международной классификации Американского института нефти все базовые масла делятся на пять основных категорий, или групп. Чем выше группа базового масла, тем выше качество готового продукта — моторного масла.
Минеральные масла — первая и вторая группы. Когда нефть перерабатывают, она разделяется на фракции. 2—5% из них — масляные. Масляные фракции депарафинизируют и чистят методом базовой селективной очистки. Так они становятся базовым маслом первой категории.
В результате гидроочистки такого масла получается масло второй категории. Это и есть минеральные масла, их делают прямо из сырой нефти.
Моторные масла с минеральной основой сильно густеют при низких температурах, быстро окисляются при контакте с кислородом, склонны к образованию отложений и по своим экологическим показателям не соответствуют современным требованиям. Поэтому их применяют лишь в очень старых автомобилях с простыми малонагруженными двигателями.
Синтетические масла — третья группа. Такие масла также производят из нефти, но процесс более сложный. Масляные фракции нефти проходят атмосферную и вакуумную перегонку, каталитическую гидродепарафинизацию, гидрокрекинг и гидроочистку.
К третьей группе относятся и базовые масла типа gas-to-liquid — GTL. Такое масло делают из метана методом газожидкостной конверсии. Преимущество этого метода синтеза — базовое масло получается чистое, почти без примесей. «Газовые» моторные масла распространены — например, линейка Shell Helix Ultra.
Когда смешивают базовые масла первой и второй групп с маслами третьей группы, получается полусинтетическое базовое масло. Базовые масла третьей группы гораздо чище минеральных, у них значительно выше индекс вязкости, в них почти нет ароматических углеводородов, серы и азота, они более устойчивы к окислению и служат вдвое дольше.
В подавляющем большинстве современных авто в качестве как первичных, так и сервисных заливок используют моторные масла, произведенные на основе базового масла третьей группы.
Полностью синтетические масла — четвертая группа: ПАО и эстеры. Базовые масла четвертой группы — это настоящая синтетика, полученная методом органического синтеза из этилена — газа, который образуется при переработке нефти. Они называются полиальфаолефинами, или ПАО.
У таких масел отличные температурные свойства и высокая стойкость к окислению, но стоят они гораздо дороже, чем масла третьей группы. Масла четвертой группы практически не смешиваются с присадками, так что при создании масел с применением ПАО их доля в канистре чаще всего не более трети, остальное — базовые масла других групп.
Пятая группа — это прочие базовые масла, которые не вошли в группы 1—4. Это чистая синтетика — эфиры, эстеры и полиалкиленгликоли (PAG). Масла пятой группы имеют характеристики, близкие к идеальным, и стоят очень дорого. Поэтому в составе готовых «эстеровых» масел обычно не более 3% базовых масел пятой группы.
Бывают и исключения. Существуют моторные масла, которые на 70% состоят из полностью синтетических базовых масел. Но, к сожалению, надпись «полностью синтетическое» на канистре не указывает на истинный состав масла: это просто маркетинговый термин. Понять, на какой основе делали масло, можно только после лабораторных исследований, на которых специалисты детально изучают физико-химические характеристики готового продукта.
Свойства моторных масел
Рассмотрим, какими же свойствами должно обладать хорошее масло, чтобы выполнять все функции, возложенные на него.
В двигателе внутреннего сгорания неизбежны высокотемпературные отложения. Умение их смывать — одно из важнейших свойств моторного масла. Но смыть недостаточно, частицы этих отложений необходимо измельчить и нейтролизовать. За это отвечают диспергирующие свойства масла.
Моюще-диспергирующие свойства характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии. Чем выше моюще — диспергирующие свойства масла, тем больше нерастворимых веществ — продуктов старения может удерживаться в работающем масле без выпадения в осадок, и тем меньше нагаров и лакообразных отложений образуется на поверхности деталей. А вследствие этого — может достигаться более высокая допустимая температура в двигателе (степень форсирования ДВС).
В составах моторных масел в качестве моющих присадок используют сульфонаты, алкилфеноляты, алкилсалицилаты и фосфонаты кальция или магния. Рациональное сочетание этих зольных присадок друг с другом и с беззольными дисперсантами-присадками, обеспечивает уменьшение низкотемпературных отложений в двигателе и положительно влияет на скорость загрязнения масляных фильтров. Модифицированные термостойкие беззольные дисперсанты также способствуют уменьшению нагарообразования на поршнях и кольцах.
При работе ДВС на топливе с увеличенным содержанием серы, моющие присадки, повышающие в масле щелочное число, препятствуют образованию отложений на деталях двигателя путем нейтрализации кислот, образующихся из продуктов сгорания топлива.
Металлсодержащие моющие присадки повышают зольность масла, что может привести к образованию зольных отложений в камере сгорания, замыканию электродов свечей зажигания, преждевременному воспламенению рабочей смеси, прогару выпускных клапанов, снижению детонационной стойкости топлива. Поэтому сульфатную зольность моторных масел ограничивают верхним пределом. Ее допустимое значение зависит от типа и конструкции двигателя, расхода масла на угар, условий эксплуатации, (в частности, от вида применяемого топлива). Наименее зольные масла необходимы для смазывания двухтактных бензиновых двигателей, а также двигателей работающих на газе.
Антиокислительные свойства в значительной степени определяют стойкость масла к старению. Условия работы моторных масел в двигателях настолько жестки, что предотвратить их окисление полностью практически не возможно.
Окисление масла приводит к росту его вязкости и коррозионности, склонности к образованию отложений, загрязнению масляных фильтров и другим неблагоприятным последствиям (затруднение холодного пуска, ухудшение прокачиваемости масла).
Значительно затормозить процессы окисления масла можно соответствующей очисткой базовых масел от нежелательных соединений, присутствующих в сырье, использованием синтетических базовых компонентов, а также введением эффективных антиокислительных присадок.
Окисление масла в двигателе наиболее интенсивно происходит в тонких пленках масла на поверхностях деталей, нагревающихся до высокой температуры и соприкасающихся с горячими газами (поршень, цилиндр, поршневые кольца, направляющие и клапаны). В объеме масло окисляется менее интенсивно, так как в поддоне картера, радиаторе, маслопроводах температура ниже и поверхность контакта масла с окисляющей газовой средой меньше.
На скорость и глубину окислительных процессов значительно влияют загрязнения неорганического происхождения, которые накапливаются в масле в результате изнашивания деталей двигателя, (соединения меди, железа и других металлов, образующиеся в результате коррозии деталей двигателя). Еще больше на окисление масла влияют попадающие в него продукты неполного сгорания топлива. Они проникают в масло вместе с газами, прорывающимися из надпоршневого пространства в картер.
Стойкость моторных масел к окислению, повышается введением в его состав антиокислительных присадок. Наилучший антиокислительный эффект достигается при добавлении в масло присадок, обладающих различным механизмом действия. В качестве антиокислительных присадок к моторным маслам применяют диалкил и диарилдитиофосфаты цинка, которые улучшают противоизносные и антикоррозионные свойства. Их часто комбинируют друг с другом и с беззольными антиокислителями. Довольно энергичными антиокислителями являются некоторые моюще-диспергирующие присадки, в частности, алкилсалицилатные и алкилфенольные.
Противоизносные свойства моторного масла зависят от химического состава базового масла, общего состава присадок и вязкостно-температурных характеристик масла. Это в основном и определяет температурные пределы его применяемости (защита деталей от износа при холодном запуске двигателя и максимальных температурных нагрузках).
При работе на топливе с высоким содержанием серы, а также в условиях, способствующих образованию азотной кислоты из продуктов сгорания (газовые двигатели, дизели с высоким наддувом), важнейшей характеристикой способности масла является предотвращение коррозионного износа поршневых колец и цилиндров.
Множественность факторов, влияющих на износ деталей в ДВС и принципиальные различия режимов трения, затрудняют оптимизацию противоизносных свойств моторных масел. Придание маслу максимальной нейтрализующей способности и введение в его состав дитиофосфатов цинка, часто оказывается достаточным для предотвращения коррозионно-механического изнашивания и избежание задиров. Однако тенденция к применению маловязких масел, для достижения экономии топлива и уменьшения расхода на угар, требует улучшения противоизносных свойств масел. Это достигается введением специальных присадок, содержащих серу, фосфор, галогены, бор, а также беззольные дисперсанты, содержащие противоизносные фрагменты.
Большое влияние на износ оказывает наличие в масле абразивных загрязнений. Их наличие в свежем масле не допускается, а масло, работающее в двигателе, должно подвергаться очистке в фильтрах, центрифугах, сепараторах. Высокие диспергирующие свойства масла так же уменьшают вред, оказываемый действием абразивных частиц.
Антикоррозионные свойства моторных масел зависят от состава базовых компонентов, концентрации и эффективности антикоррозионных, антиокислительных присадок и деактиваторов металлов. Антикоррозионные присадки защищают антифрикционные материалы, образуя на их поверхности прочную защитную пленку. Антиокислители препятствуют образованию агрессивных кислот, а присадки-деактиваторы предохраняют поверхности металлов от коррозионного разрушения. Минеральные масла из малосернистой нефти, с высоким содержанием парафиновых углеводородов, наиболее подвержены коррозионности в процессе старения. Их углеводороды, в ходе окисления, образуют органические кислоты, которые взаимодействуют с цветными металлами и их сплавами.
Вязкостно-температурные свойства — одна из важнейших характеристик моторного масла. От этих свойств зависит в каком диапазоне температур окружающей среды, данное масло сможет обеспечить запуск двигателя без предварительного подогрева, беспрепятственное прокачивание насосом по всей системе, надежное смазывание, очистка и охлаждение деталей двигателя при наибольших допустимых нагрузках.
Летние масла, имеющие достаточную вязкость при высокой температуре, обеспечивают легкий запуск двигателя при температуре окружающей среды не ниже 0°С. В свою очередь зимние масла, обеспечивающие холодный пуск при отрицательных температурах, имеют недостаточную вязкость при высокой температуре. Таким образом, сезонные масла независимо от их наработки (пробега автомобиля) необходимо менять дважды в год, или использовать так называемые «всесезонные» масла.
Вязкостно-температурные свойства «всесезонных» масел таковы, что при отрицательных температурах они подобны зимним, а в области высоких температур — летним. Вязкостные присадки относительно мало повышают вязкость базового масла при низкой температуре, но значительно увеличивают ее при высокой температуре.
В отличие от сезонных, «всесезонные» масла изменяют вязкость под влиянием не только температуры, но и скорости сдвига, причем это изменение временное. С уменьшением скорости относительного перемещения смазываемых деталей вязкость возрастает, а с увеличением — снижается. Этот эффект больше проявляется при низкой температуре, но сохраняется и при высокой, что имеет два позитивных последствия: большее снижение вязкости в начале проворачивания холодного двигателя стартером, облегчая его запуск, а в прогретом двигателе, небольшое снижение вязкости масла в зазорах между поверхностями трения деталей, уменьшает потери энергии на трение и дает экономию топлива.
Характеристиками вязкостно-температурных свойств служат кинематическая вязкость, динамическая вязкость, а также индекс вязкости — безразмерный показатель пологости вязкостно-температурной зависимости, рассчитываемый по значениям кинематической вязкости масла, измеренной при 40° и 100°С. Синтетические базовые компоненты имеют индекс вязкости 120-150, что дает возможность получать на их основе всесезонные масла с очень широким температурным диапазоном работоспособности.
К низкотемпературным характеристикам масел относят температуру застывания, при которой масло не течет под действием силы тяжести, т. е. теряет текучесть. Она должна быть на 5-7°С ниже той температуры, при которой масло должно обеспечивать прокачиваемость. В большинстве случаев застывание моторных масел обусловлено образованием в объеме охлаждаемого масла кристаллов парафинов.
Температура застывания масла указывает только на возможность перелить масло из канистры в картер двигателя, не прибегая к предварительному подогреву. Однозначной взаимосвязи температуры застывания масла с его пусковыми свойствами на холоде не существует.
Температура вспышки. Если масло нагревать, то его пары образуют с воздухом смесь. Температуру, при которой эти пары способны воспламениться, называют температурой вспышки. Температура вспышки связана с фракционным составом масла и структурой молекул базовых компонентов. При прочих равных условиях высокая температура вспышки предпочтительна. Она существенно снижается по сравнению с исходным значением, если в процессе работы масло разжижается топливом из-за неисправностей двигателя. В сочетании со снижением вязкости масла, понижение температуры вспышки служит сигналом для поиска неисправностей системы подачи топлива, системы зажигания или карбюратора.
Сульфатная зольность. При сгорании масла образуется зола, которая, в свою очередь, состоит из солей и минералов, находящихся в масле во взвешенном состоянии. При очистке базового масла зольность должна быть минимальной и составляет порядка 0,005% и меньше. Однако, при введении необходимых для качественного масла присадок, зольность резко возрастает и достигает 1-1,5%. Сульфатная зольность масла в процессе работы двигателя, почти не изменяется и в нормативной документации ограничена верхним пределом. Это обусловлено тем, что излишне зольное масло может способствовать повышенному износу деталей, вследствие абразивного воздействия на поверхности трения, а также приводить к преждевременному воспламенению рабочей смеси из-за образования отложений в камере сгорания и неблагоприятно влиять на работоспособность свечей зажигания.
Базовые масла практически беззольны. Довольно высокая сульфатная зольность моторных масел в основном, обусловлена наличием в их составе моющих присадок, содержащих металлы. Эти присадки необходимы для предотвращения нагара и лакообразования на поршнях, кольцах, клапанах и придания маслам способности нейтрализовывать кислоты. Чем больше щелочное число, тем большее количество кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива, может быть переведено в нейтральное соединение. В противном случае эти кислоты вызвали бы коррозионный износ деталей двигателя и усилили процессы образования различных углеродистых отложений. При работе масла в двигателе, щелочное число неизбежно снижается. Такое снижение имеет допустимые пределы, по достижении которых масло считается утратившим свою работоспособность. Поэтому, при прочих равных условиях, предпочтительнее масло у которого щелочное число выше.
Как правильно выбрать масло?
Каждый, у кого имеется железный конь, особенно, те, кто приобрел автомобиль недавно, интересуются, как обеспечить долгую и надежную работу двигателя. Одним из ключевых моментов в этом не слишком сложном деле является своевременная замена масла. Особенно это важно знать тем, кто купил подержанный автомобиль или же, напротив, тем, чья новенькая и блестящая машинка собирается на первое ТО. Обширный ассортимент масел скорее вводит автомобилиста в ступор, глаза его разбегаются и мысли путаются. Но в этом вопросе важно сделать правильный выбор, ведь масло обеспечивает долгую и счастливую жизнь двигателя.
Виды моторных масел
Перед тем как что-то посоветовать МирСоветов предлагает разобраться с тем, какое бывает моторное масло, и познакомиться с общепринятой классификацией и условными обозначениями. И начнем с видов масел.
Минеральное масло производится путем перегонки и очистки нефти, синтетическое создается синтезом газов. Полусинтетическое, как следует из названия, является их смесью. Существует еще гидрокрекинговое масло, ему мы уделим внимание чуть позже.
Минеральные (можно встретить название нефтяные) масла производятся из нефти путем рафинирования и дистилляции. Они содержат много присадок, и довольно быстро теряют свои свойства. Есть три вида минеральных масел – парафиновые, нафтеновые и ароматические. Они различаются строением входящих в их состав углеводородов (парафины, нафтены, ароматические соединения). Наиболее пригодны для производства смазочных масел парафиновые базовые масла, у них лучше характеристики по вязкости и температуре.
Сера, которая также содержится в исходном сырье, отвечает за окислительные свойства масла. Если содержание серы составляет до 1%, то интенсивность износа деталей двигателя будет меньше. Если серы больше, то ее нужно удалять из исходного сырья, что приводит к удорожанию конечного продукта.
Это самый дешевый вариант, хотя и требует частой замены. Из-за не слишком хороших своих качеств, данный вид моторного масла рекомендуется применять, если только не подразумевается работа двигателя в тяжелых условиях. На старых отечественных автомобилях применение «минералки» целесообразно, поскольку она более вязкая, следовательно, не будет подтекать в случае, например, старых изношенных сальников.
Синтетическое масло производится путем синтеза определенных химических соединений для придания продукту желаемых свойств. «Синтетика» обладает рядом значительных преимуществ перед «минералкой»:
большая текучесть позволяет уменьшить трение между деталями, что в итоге приводит к увеличению мощности и снижению расхода топлива;
низкая температура прокачивания, т.е. двигатель будет исправно и без перегрузок работать при низких температурах;
высокая температура испарения, т.е. масло не будет чувствительно к нагреву и перегреву;
химическая стабильность масла – его эксплуатационные характеристики не меняются, поскольку масло в процессе работы двигателя не окисляется и не парафинизируется;
большой срок службы.
Все эти несомненные достоинства приводят к тому, что синтетические масла в разы дороже минеральных. Применение «синтетики» оправдывает себя там, где условия эксплуатации далеки от идеальных: низкие и высокие температуры, большие нагрузки на автомобиль.
Компромисс между этими двумя видами моторных масел – это полусинтетические (иначе говоря, частично синтетические) и гидрокрекинговые масла. Частично синтетическое получают смешиванием качественных минеральных (нефтяных) и синтетических базовых составляющих. В результате будет масло более дешевое, чем полностью синтетическое, и с лучшими эксплуатационными характеристиками, чем минеральное. Применение «полусинтетики» целесообразно в умеренном климате при умеренных нагрузках.
Еще один вариант улучшения характеристик минерального масла – это гидрокрекинг, при котором происходит «выпрямление» углеводородов, путем перегруппировки атомов, что приводит к получению изомеров. Недостаток метода заключается в том, что изомеризация идет и в обратном направлении, поэтому гидрокрекинговое масло получается близким по качеству к «синтетике», но и быстро стареет, теряет свои свойства. Недобросовестность производителя может привести к тому, что Вы приобретете такое масло, считая его синтетическим, хотя, по сути, оно является минеральным, с улучшенной структурой молекул и комплексом присадок. Запутаться очень легко, особенно учитывая, что например масло с вроде бы единым названием Castrol TXT Softec Plus может быть и синтетическим, и на минеральной основе (т.е. получено путем гидрокрекинга). Мы советуем просто быть внимательнее при покупке и тщательно изучить этикетку.
Классификация моторных масел
Выбирая масло («синтетику», «полусинтетику», «минералку»), помните о рекомендациях производителя Вашего автомобиля. Масла классом выше рекомендуемого могут быть несовместимы с неновой конструкцией мотора.
Классификация моторных масел по вязкости SAE
Вязкость масла – это одна из основных его характеристик. От нее зависит в первую очередь легкость холодного пуска в морозы. Данная спецификация является международным стандартом и применяется повсеместно. Она определяет три рода моторных масел по вязкости: зимнее, летнее и всесезонное.
Зимнее масло обозначается литерой «W» и числом перед ней (от англ. «winter» – зима): SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W.
Летнее масло обозначается просто числом: SAE 20, 30, 40, 50, 60.
Всесезонное, как Вы уже, наверное, догадались – это комбинация обозначений летних и зимних видов, например, часто используемые SAE 5W30, SAE 10W-40.
«Зимний» индекс обозначает, до какой минимальной температуры рекомендуется использовать масло. Здесь нужно воспользоваться простой формулой: из зимнего индекса вычитаете 35 и получаете эту самую минимальную температуру. Например, для моторного масла с индексом SAE 10W40 нижний предел температуры (-25 градусов). Это правило справедливо для минерального моторного масла, и неактуально для синтетики.
Классификация моторных масел по эксплуатационным свойствам
Вообще говоря, есть две системы – американская и европейская. Обе они определяют области использования моторных масел, но вторая более строгая. Принадлежность масла к определенному классу устанавливается с помощью испытаний в двигателях или стендах, моторных установках. Оцениваются моющие, противоизносные, антикоррозийные, антиокислительные и др. свойства сертифицируемых масел.
Классификация API
Классификация API (American Petroleum Institute – Американский институт нефти) имеет две категории масел: «S» (service) и «С» (commercial). Для бензиновых двигателей предназначены масла категории «S», а для дизельных, соответственно – категории «C». В условных обозначениях на этикетке вы увидите двухбуквенное значение: первой будет «S» или «C», вторая – буква латинского алфавита используется для обозначения качества моторного масла (чем дальше от начала алфавита, тем лучше масло). Устаревшие на сегодня классы масел (SA, SB, SC, SD, SF – для бензиновых и CA, CB, CC, CD – для дизельных) на сегодня встречаются крайне редко, а с маркировкой «A», «B» вообще не производятся. Масла, относящиеся к этим перечисленным классам, обладают относительно низкими эксплуатационными показателями, и выпускались для двигателей, которые были менее требовательны к качеству масла. Нет ничего страшного в том, что вместо масла класса SD или SF вы зальете масло классом выше, например, SG. Классификация выпускаемых на сегодня моторных масел по API выглядит следующим образом:
Для бензиновых двигателей: SG (1989), SH (1993), SJ (1996), SL (2001), SM (2004) – в скобках указано, для двигателей начиная с какого года выпуска рекомендуется данный класс масел.
Для дизельных двигателей: CD (1955), CD-II (1987), CE (1987), CF (1994), CF-2 (1994), CF-4 (1990), CG-4 (1995), CH-4 (1998), CI-4(2002). Цифры 2 и 4 обозначают, что масло предназначается для двух и четырехтактных двигателей соответственно.
Если на этикетке нанесено сразу обе маркировки (SJ/CH-4), значит масло является универсальным и может применяться как в бензиновых, так и дизельных двигателей. Кроме этого в классификации API используется маркировка EC1, EC2 – так обозначаются масла, обладающие энергосберегающими свойствами, и чем больше цифра, тем выше процент экономии топлива.
Специалисты утверждают, что маслом мотор не испортишь. А мы уточним – правильно подобранным.