Моторни масла

Моторните масла по своята същност представляват маслена основа (базово масло), към която се добавят присадки (добавки) с цел подобряване функционалните свойства на маслото.

Смазочната система на двигателя служи да осигури надежден достъп на моторното масло до триещите се повърхности на детайлите. В съвременните двигатели се използва комбинирана смазочна система, в която маслото към една част от детайлите се подава под налягане от помпа, към друга – чрез разпръскване и на самотек.

Принципна схема на смазочна система е показана на фиг. 10.1.

Фиг.10.1. Принципна схема на смазочна система на ДВГ
Маслото се налива в картера на двигателя през гърловината 17. Нивото на маслото трябва да бъде строго определено и се контролира с помощта на маслоизмервателна пръчка (щека)16, долният край на която е потопен в маслената вана. При работа на двигателя маслото се засмуква от помпата 7 чрез маслоприемника 6 и се подава във филтъра 10. От филтъра маслото постъпва в главната маслена магистрала 12, изработена във вид на продълговат канал в картера на двигателя. Максималното налягане на маслото, създавано от помпата, се ограничава от редукционния клапан 8. В случай на замърсяване и запушване на филтъра 10, маслото постъпва в главната маслена магистрала през пропускателния клапан 9 без да преминава през филтъра. Освен това, част от маслото постоянно постъпва за пречистване в друг филтър 1. Филтъра 1 е включен паралелно в системата за разлика от филтъра 10, през който преминава цялото количество масло, постъпващо в главната маслена магистрала, включен последователно или наречен пълнопоточен.

От главната маслена магистрала, маслото под налягане постъпва през отвори в основните лагери 13 на коляновия вал, лагерите 14 на разпределителния вал и в осите на кобиличките 15. От основните лагери през отвори в шийките и рамената, маслото постъпва в мотовилковите лагери на коляновия вал. В някои двигатели, в стеблото на мотовилката има изработен канал за смазване на буталния болт.

Изтичащото през хлабините на лагерите на коляновия и разпределителния вал масло се разпръсква от движещите се детайли на коляно-мотовилковия механизъм и във вид на капки и маслена мъгла полепва по стените на цилиндрите, гърбиците на разпределителния вал, повдигачите, буталните болтове и др. В някои двигатели, в долната глава на мотовилките се изработва отвор, чрез който при съвпадането му с отвора в мотовилковата шийка на коляновия вал, маслото се разпръсква към най-натоварените зони на стените на цилиндъра.

Налягането на маслото се контролира чрез електрически манометър 11, датчика на който е монтиран в главната маслена магистрала, а показващият уред – на арматурното табло пред водача.

С цел охлаждане на маслото, системата понякога е снабдена с радиатор. Масленият радиатор се обдухва от въздушния поток и двежещото се през него масло се охлажда. Радиаторът 3 се включва посредством крана 5. Маслото постъпва в радиатора през предпазния клапан 4. Охладеното масло се стича отново в картера на двигателя.

Условията на работа на моторното масло зависят от конструктивните особености, техническото състояние и от условията на експлоатация на двигателя. Маслата работят в условията на средно ефективно налягане от порядъка на 0,65 до 1,2 МРа и трябва да издържат на температури до 250 - 280 ⁰С. Освен това то се намира под вредното въздействие на отработилите газове и сярата, съдържаща се в автомобилните горива. Тези условия на работа допринасят за интензивното стареене на маслото, с което се влошават както неговите експлоатационни качества, така и работата и надеждността на двигателя.

Във връзка с предназначението си, моторните масла трябва да отговарят на следните експлоатационни изисквания:

- да имат добри смазочни свойства, така че да предотвратяват интензивното износване;

• 
  да притежават оптимални вискозитетни свойства, които да осигуряват надеждно постъпление на маслото до работните повърхности;
  
• 
  да запазват експлоатационните си свойства по-дълъг период от време, както при съхранение, така и при работа, т.е. да притежават физическа и химическа стабилност;
  
• 
  да се изпаряват възможно малко;
  
• 
  да не се пенят;
  
• 
  да не образуват емулсии с водата;
  
• 
  да не са корозионно агресивни;
  
• 
  да защитават триещите се повърхности от корозия.
  

От стойността на вискозитета на моторното масло зависят:

• 
  пусковите качества на двигателя;
  
• 
  дълготрайността на акумулаторната батерия;
  
• 
  износването на триещите се детайли;
  
• 
  режимът на охлаждане;
  
• 
  енергийните загуби в двигателя;
  
• 
  разходът на масло и гориво, уплътняването на бутало-цилиндровата група (БЦГ) и др.
  

От практическа гледна точка, за да се пусне двигателят в ход, стойността на вискозитета на маслото не трябва да надвишава 8000-9000 mm²/s за бензинови двигатели и 10 000-12 000 mm²/s за дизелови двигатели. От друга страна, за да се осигури течно триене на лагерите на коляновия вал, вискозитетът не трябва да бъде по-малък от 4 mm²/s .[4, 22]

Доказано е, че с промяната на работната температура на маслото от 0 до 100 ⁰С [22], вискозитетът му се променя около 200-300 пъти. В практиката вискозитетно-температурните свойства на маслото се оценяват с т.н. вискозитетен индекс /ВИ/. Колкото вискозитетният индекс на дадено масло е по-висок, толкова по-подходящо е то за работа на двигателя при различни температурни режими. Съвременните моторни масла притежават вискозитетен индекс не по-малък от 90.

10.2.2. Противоизносни свойства.

Моторните масла трябва да имат много добри смазочни свойства, т.е. да прилепват към металната повърхност на триещите се части и да предотвратяват прекия контакт между тях. Това се налага от обстоятелството, че движещите се части на ДВГ работят при различни условия на триене: хидродинамично, гранично или сухо триене. За целта към моторните масла се прибавят противоизносни присадки, които подобряват тяхната смазочна способност.

Основната причина за окисляването на маслото е непосредствения му контакт с кислорода и високите температури. При температури над 80-85 ⁰С [27] скоростта на окисление бързо нараства и настъпват промени в химическия състав на маслото. Особено интензивен е този процес в картера на двигателя, където маслото се намира в разпенено състояние по време на работа и има силно развита контактна повърхност. Различните метали в двигателя изпълняват ролята на катализатори и ускоряват окислителните процеси.

За де се подобрят антиокислителните и детергентните (миещи) свойства на маслата, се прибавят съответния вид присадки.

Корозионните свойства на маслата зависят от съдържанието на органични киселини, перокиси, серни съединения и др. Корозията нараства с повишаване на влагата, температурата и при наличие на агресивни газове.

Защитните свойства на маслата се дължат на създаването на защитен слой от тяхна страна върху металните повърхности.

Моторните масла се легират с антикорозионни присадки, които имат алкални свойства.

Класификацията по SAE (Съюз на американските инженери от автомобилната промишленост) е създадена през 1911 г. и сега се ползва като международна класификация. От 1995 г. е въведен последния усъвършенстван вариант на класификацията, означена вече като SAE J-300.

“зимни” масла – SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W;

“летни “ масла – SAE 20, 30, 40, 50, 60.

Тази класификация създава известно неудобство при експлотацията на моторните масла, тъй като се налага маслата да се сменят всеки сезон. За да се избегне това неудобство са разработени т.н “всесезонни”(Multigrade) масла. Вискозитетно-температурната характеристика на всесезонните масла позволява те да се използват целогодишно. Означават се по следния начин: SAE20W-50. Това масло отговаря по вискозитет при температура –15 ⁰С на сезонното зимно масло SAE 20W, при температура 100 ⁰С – на сезонното лятно масло SAE 50.

Основното предимство на всесезонните масла е, че при тях температурата влияе по-малко върху изменението на вискозитета, т.е. те притежават по-благоприятна вискозитетно-температурна характеристика (правата е по-полегата). (фиг. 10.2) [27]

Фиг. 10.2. Формиране вискозитета на всесезонните масла

С α и β условно са означени вискозитено-темпратурните характеристики на две сезонни масла. Маслото α удовлетворява само изискването за достатъчен вискозитет при високи температури В, а маслото β – само изискването за допустим вискозитет при ниски температури А. Маслото с условно означение γ удовлетворява едновременно горните две изисквания – па-нисък вискозитет при ниските температури и по-висок вискозитет при високите температури. Точките С и D определят съответно най-голям и най-малък допустим вискозитети. Правата, която ги свързва представлява вискозитетно-температураната характеристика на формираното всесезонно масло. Както се вижда от фигурата 10.2, характеристиката на всесезонното масло γ е по-полегата отколкото характеристиките на двете сезонни масла α и β, характеризиращи се с по-голяма стръмност.

Еднаква с класификацията SAE е немската класификация DIN.

Класификация по БДС.

Съгласно БДС 14362-87 моторните масла се разделят по вискозитетен клас на 4 вида земни масла – 3W, 4W, 5W, 6W и четири вида летни масла –8, 10, 16, 20. Различават се от класификацията по SAE по това, че липсват вискозитетни класове 0W, 25W и 60. Означават се по подобие на маслата по класификация SAE. Съответствието на двете класификации БДС и SAE е показано в табл. 10.1. За по-голямо удобство, независимо от изискванията на БДС, българските производители на моторни масла са възприели класификацията SAE и така означават вискозитетния клас на произвежданите от тях моторни масла.

БДС определя следния интервал на температурата на въздуха според сезона:

• 
  зима – от -20 ⁰С до +10 ⁰С;
  
• 
  лято – от 0 ⁰С до +32 ⁰С.
  

Съгласно ГОСТ 17479.1-85 моторните масла се разделят на сезонни - 11 вискозитени класа и всесезонни – 10 вискозитетни класа:

Индекса “_з” означава, че маслото съдържа вискозитетни (“загущающие) добавки. При всесезонните масла числото в числителя на дробта показва допустимия вискозитет на маслото при температура минус 18 ⁰С, а числото в знаменателя – вискозитетът при 100 ⁰С.

Приблизителното съответствие на вискозитетните класове по ГОСТ и SAE е показано в табл. 10.2. [27]
Таблица 10.2. Съответствие на класификациите SAE и ГОСТ

ГОСТ 17479.1-85	SAE J-300e	ГОСТ 17479.1-85	SAE J-300e
3з	5W	20	50
4з	10W	3з/8	5W-20
5з	15W	4з/6	10W-20
6з	20W	4з/8	10W-20
6	20	4з/10	10W-30
8	20	5з/12	15W-30
10	30	5з/14	15W-40
12	30	6з/10	20W-30
14	40	6з/14	20W-40
16	40	6з/16	20W-40

В практиката подборът на необходимия вискозитетен клас на моторните масла зависи от:

• 
  температурата на околната среда;
  
• 
  работната температура в двигателя;
  
• 
  конструкцията и степента на форсиране на двигателя;
  
• 
  условията на експлоатация на двигателя;
  
• 
  степента на износване на двигателя.
  

• 
  надеждно пускане на двигателя при ниски температури;
  
• 
  надеждно мазане и работа на триещите се повърхнини;
  
• 
  малко износване;
  
• 
  ефикасно уплътнение на детайлите от БЦГ и др.;
  

Моторните масла се класифицират по експлоатационно предназначение, с което се създават по-големи удобства както за производителите, така и за потребителите им.

Класификацията по API (Американски институт по петрола) е най-широко разпространена в света и затова е намерила приложение като международна класификация по експлоатационни свойства (експлоатационно ниво).

Класификацията API разделя моторните масла на две категории:

1. 
   Категория “S” (“Service” oil). Употребяват се за двигатели на леки транспортни средства, главно в сферата на обслужването, т.е. за бензинови двигатели.
   
2. 
   Категория “C” (“Commercial” oil). Употребяват се за двигатели на транспортни средства, извършващи търговски превози, за земеделски машини, строително-пътни машини и др., т.е. за дизелови двигатели.
   

Предназначението и изискванията към маслата от съответните експлоатационни групи са посочени в табл.10.3 за бензинови двигатели в табл. 10.4. за дизелови двигатели: [27]

По класификацията API универсалните моторни масла се означават като отношение между двете експлоатационни нива (групи): API SJ/CF; API CD/SG и т.н. В числителя се записва експлоатационната група, за която е основното предназначение на маслото, а в знаменателя – възможното му приложение в посочената група.

Класификацията по ССМС и АСЕА определя експлоатационните изисквани към свойствата на моторните масла за европейските двигатели.

По своето развитие, класификацията по ССМС е преминала през два последователни етапа.

Група G4 вместо група G2 с повишена термоокислителна стабилност, намалено образуване на утайки.

Група G5 вместо група G3 с много висока термоокислителна стабилност, детергентни и противоизносни свойства.

Група PD2 вместо PD1 с по-високи детергентни свойства по отношение буталата на леките автомобили.

Група D4 вместо D2 с повишени детергентни свойства, защита срещу полиране на цилиндрите, по-бавно увеличение на вискозитета.

Група D5 вместо D3 с по-добри свойства от D4.

Съвместимостта между моторните масла по спецификациите по API и ССМС е показана в табл.10.6.
Таблица 10.6. Съвместимостта между моторните масла по спецификациите по API и ССМС

Масла за бензинови двигатели		Масла за дизелови двигатели
Експлоатационно ниво по ССМС	Съпоставими с масла по API	Експлоатационно ниво по ССМС	Съпоставими с масла по API
G1	API SE	D1	API CC
G4	API SF	D4	API CD
G5	API SG	D5	API CE; CF-4

Класификация по АСЕА.

Съгласно АСЕА моторните масла се разделят по експлоатационно ниво на 3 класа: клас А, клас В и клас Е. Всеки клас се разделя на категории (групи): 1, 2, 3, 4. През 1996 г. са въведени следните класове и групи:

Приложението и изискванията към моторните масла според класификацията по АСЕА, усъвършенствана след 1998 г., са показани в табл. 10.7. [27]

Съгласно БДС 14362-87 по експлоатационни свойства моторните масла се разделят на две категории:

1. 
   Масла за бензинови двигатели. Класифицират се по две експлоатационни нива: ниво D и ниво E. Индексът “1” след буквата показва, че маслото се отнася за бензинови двигатели и по API отговаря на категория S.
   
2. 
   Масла за дизелови двигатели. Класифицират се по три експлоатационни нива: ниво С, ниво D и ниво E. Индексът “2” след буквата показва, че маслото се отнася за дизелови двигатели и по API отговаря на категория С.
   

Моторните масла по БДС се означават така: М10D₁, където буквата ”М” означава моторно масло; числото “10” – вискозитетен клас 10; буквата “D” – експлоатационно ниво D; индекса “1” – предназначено за бензинови двигатели. Стандартът допуска и търговско название на маслото, което се отъждествява с експлоатационното ниво на маслото.

По БДС универсалните масла, подобно на класификацията API се означават като дробно отношение на съответните експлоатационни нива, например: М16E₁/D₂.

Приложението и изискванията за моторните масла по класификацията по БДС са посочени съответно в табл. 10.8 за бензиновите двигатели и в табл. 10.9 за дизеловите двигатели. [27]

Съгласно ГОСТ 17479.1-85 по експлоатационни изисквания моторните масла се разделят на 6 основни групи (нива), три от които се разделят допълнително на по две подгрупи. (табл. 10.10) [27]

По класификацията ГОСТ моторните масла се означават така:

Някои от по-големите фирми, производителки на автомобили са създали собствени (фирмени) спецификации на моторните масла. Тези спецификации са създадени на базата на собствени моторни и експлоатационни изследвания, съобразени с изискванията на API и АСЕА. Фирмените спецификации са известни под наименованието OEM-спецификации (OEM- Original Equipment Manufacturers). По-известни са:

От военните спецификации най-известна е спецификацията на военния департамент на САЩ под общото наименование MIL (Militari). По тази спецификация се определят маслата, предназначени за всякакъв вид бойна и спомагателна техника – наземна и въздушна. Спецификациите, които се отнасят до смазочните масала се отбелязват с буквата L (Lubricant) и се записват така: MIL-L. Например:

• 
  MIL-L-46152 – регламентира моторните масла за транспортните машини;
  
• 
  MIL-L-2104 – регламентира свойствата на моторните масла за бойните машини;
  
• 
  MIL-L-2105 – регламентира свойствата на трансмисионните масла за военните машини.
  

Необходимо е да се знае, че при двутактовите двигатели стриктно трябва да се спазва съотношението “масло-бензин”. Ако маслото е недостатъчно се получава прегряване на двигателя и ускорено износване. Ако маслото е в повече от нормалното се влошава горенето, намаляване на мощността, зацапване на запалителните свещи и замърсяване на околната среда.

Експлоатационните качества на смазочните масла зависят от:

• 
  типа на нефта, който е бил изходна суровина за добиването им;
  
• 
  от технологията на получаване и пречистване на базовото масло;
  
• 
  от качеството на присадките с които е легирано.
  

Въпреки, че не винаги се удава съвършено имитиране на избраните фактори, моделните методи позволяват явленията да се изследват в “чист вид”. Колкото обаче те да се доближават до действителните условия в двигателя, не е възможно да бъдат подложени на комплексното въздействие на всички фактори.

Чрез моторните методи се установяват минималните изисквания за принадлежност на моторните масла към дадено експлоатационно ниво. [22]

В процеса на експлоатация моторните масла променят своите физико-химични свойства. Тази промяна се нарича стареене на маслото и поради влошаване на неговите експлоатационни качества се налага периодичната му смяна със свежо масло. Причините за стареенето на маслото се свеждат до:

• 
  експлоатация на маслото в условията на високи температури и натоварвания в двигателя;
  
• 
  попадане на гориво и вода в маслото;
  
• 
  въздействие на отработили газове и сажди върху маслото;
  
• 
  натрупване в маслото на продукти от химични превръщания и механично износване на двигателя и пр.
  

• 
  вискозитет;
  
• 
  пламна температура;
  
• 
  съдържание на вода;
  
• 
  съдържание на неразтворими примеси;
  
• 
  коксуемост;
  
• 
  обща алкалност, киселинно число;
  
• 
  съдържание на метали;
  
• 
  степен на окисление и др.
  

1. 
   Спазване предписанията на фирмите-производители на транспортни средства.Тези предписания се съдържат в инструкцията за експлоатация на машината, като задължително се препоръчват вискозитетния клас и експлоатационното ниво на маслото. Например моторно масло “Prista Leader” SAE 15W-40, API CH-4/SJ.
   
2. 
   След оценка на състоянието на маслото и неговите функционални възможности.Това се извършва чрез химико-физични методи в специализирани лаборатории. Моторното масло трябва да се смени ако:[27]
   

• кинематичният вискозитет се различава с 10-20 % от този на свежото масло;

• 
  динамичният вискозитет при 50 ⁰С е по-малък от 30-40 mPa.s;
  
• 
  общата алкалност е по-малка от 1-2 mg KOH/g;
  
• 
  съдържанието на неразтворими компоненти надхвърлят 2,5 – 3,0 %;
  
• 
  диспергиращата способност на маслото е по-малка от 0,3;
  
• 
  пламната температура е спаднала под 180 ⁰С.
  

3. 
   По средностатистически данни. Препоръчителни данни за периодичността на смяна на моторните масла са посочени в табл. 10.12. [27]
   

2. За товарните автомобили по-малките стойности се отнасят за тези, които работят в типично градски условия на работа, а за автобусите – за тези от градския транспорт.

3. При полусинтетични и синтетични масла пробегът за смяна може да бъде увеличен съответно 1,5 и 2 пъти спрямо този на минералните масла.
В процеса на работа на двигателя, върху детайлите му се натрупват различни отлагания, утайки и др., които освен, че замърсяват свежото масло, могат да запълнят каналите на маслената магистрала и с това да възпрепятстват достъпа на масло до триещите се повърхности. В тази връзка се явява необходимостта от периодично промиване на смазочната уредба.

Промиването се извършва със специални масла, които притежават добри диспергиращи и стабилизиращи свойства за да се използват многократно, голяма разтваряща способност спрямо утайките и отлаганията, достатъчно добри смазочни качества за безопасна работа на двигателя, съвместимост с основното масло. Алгоритъм за промиване на смазочната уредба:

1. 
   След като двигателят се загрее до работната си температура (около 90⁰С), отработилото масло се източва през пробката на картера при спрян двигател.
   
2. 
   Масления филтър се сваля, излива се останалото в него масло и се монтира обратно на двигателя.
   
3. 
   Налива се специалното масло за промиване до ниво “min” на маслоизмервателната пръчка.
   
4. 
   Двигателят се стартира и се оставя да работи на празен ход в продължение на 10-20 min.
   
5. 
   Двигателят се спира и специалното масло се източва в продължение на около 15 min.
   
6. 
   Сваля се стария маслен филтър и се монтира новия.
   
7. 
   Двигателят се зарежда със свежо масло.
   

• 
  изпарение на маслото;
  
• 
  изтичане на масло през уплътненията;
  
• 
  изгаряне на маслото в горивното пространство, попаднало там в резултат на помпеното действие на буталните пръстени от една страна и от нееефективната работа на маслосъбиращите пръстени.
  

Препоръчва се доливаното масло да бъде същото, което е в двигателя. При липса на такова се долива друго масло (и то при условие, че няма изрична забрана за смесване на различни видове масло от страна на производителя), но при спазване на следните ограничителни условия:

• 
  двете масла (основното и доливаното) да са съвместими, т.е. при смесване да не се “пресекат”, в резултат на което маслото ще загуби функционалните си свойства, което може да доведе до сериозна повреда на двигателя. Рискът от “пресичане” на маслото е по-съществен при смесване на синтетични с минерални масла.
  

• 
  при доливане може да се добави масло от същото или от по-високо експлоатационно ниво;
  
• 
  може да се долива масло от вискозитетен клас, който включва в себе си предписаният вискозитет.