Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
СПЕЦИАлНО ИзДАНИЕ<br />
<strong>ВЪТРЕШНО</strong> <strong>ТРИЕНЕ</strong><br />
ВСИЧКО ЗА МОТОРНИТЕ МАСЛА<br />
www.shell.com/lubematch
СЪДЪРЖАНИЕ<br />
Еликсирът на живота................................4<br />
Ред в хаоса.............................................6<br />
Борбата с триенето ..................................8<br />
Видове смазване....................................10<br />
Системите за смазване ...........................11<br />
Маслени помпи и защитни клапани ..........14<br />
История на моторните масла....................16<br />
Вълшебният маслен слой ........................24<br />
Универсален боец...................................30<br />
Оценки на маслото.................................41<br />
www.shell.com/lubematch<br />
3
Еликсирът на живота<br />
С<br />
ветът би бил различен без триенето.<br />
Много различен. Може би в нашите<br />
фантазии в такъв свят всичко би се<br />
случвало много по-лесно, но ако само за<br />
миг си представим, че постоянно ще трябва<br />
да ходим като върху лед, ще разберем,<br />
че монетата има и друга страна. Да, ако<br />
триенето не съществуваше, двигателите с<br />
вътрешно горене щяха бъдат изключително<br />
дълготрайни, но пък автомобилите никога<br />
не биха могли да потеглят, а днешните<br />
конвенционални спирачни системи биха<br />
били безпредметни.<br />
В края на краищата нещата са такива,<br />
каквито са: човечеството се е научило да се<br />
съобразява с триенето и се стреми да го намали<br />
в максимална степен там, където това<br />
е нужно – а в двигателя и трансмисията на<br />
автомобила определено е така. Ако хвърлим<br />
поглед към технологичното развитие<br />
на автомобила през последните години,<br />
неминуемо ще открием един термин, който<br />
маркетинговите специалисти нарекоха<br />
даунсайзинг. „Течението“ на даунсайзинга,<br />
сиреч намаляването на работния обем и<br />
броя на цилиндрите, съпътствано с добавяне<br />
на турбопълнене, има няколко основни<br />
цели, а най-важната от тях е намаляването<br />
на вътрешното триене в моторите. Ако в<br />
подобен подход нямаше смисъл, то компания<br />
като BMW, в която редовият шестцилинидров<br />
двигател е издигнат в култ, не<br />
би изоставила иначе брилянтните си атмосферни<br />
агрегати, за да ги замени с четирицилиндрови<br />
турбомотори, а четирицилиндровите<br />
– с трицилиндрови. Едва ли<br />
само преди десетина години на Ford би му<br />
хрумнало да произвежда трицилиндрови<br />
турбомотори с работен обем от едва един<br />
литър, а на Fiat – да намали броя на цилиндрите<br />
дори до два. Родилият се в рамките<br />
на същата технологична инициатива<br />
„даунспийдинг“ предполага проектиране<br />
на двигатели с оптимална работа и висок<br />
въртящ момент още в ниските оборотни<br />
режими. Всъщност и икономичното шофиране<br />
с ниски обороти, освен редуциране на<br />
помпените загуби при бензиновите двигатели,<br />
цели именно да се намали триенето<br />
в мотора.<br />
Погледнато теоретично и обобщено,<br />
едва около 12 процента от потенциалната<br />
4
енергия на горивото достига до колелата на<br />
автомобила. Една трета от генерираната топлина<br />
се отделя в изпускателната система,<br />
около 30 процента отива в охладителната и<br />
цели 15 процента от общата енергия стават<br />
жертва на триенето – почти 80 процента от<br />
тях в двигателя и около 20 процента в трансмисията.<br />
Намаляването на загубите при<br />
първите два компонента е свързано с термодинамичната<br />
ефективност и е в сферата<br />
на дейност на инженерите, занимаващи се<br />
с горивните процеси и всичко, свързано<br />
с тях. Намаляването на триенето от своя<br />
страна е процес, свързан както с проектирането<br />
на архитектурата на двигателя,<br />
включително неговата система за смазване,<br />
така и с вида на маслата, които се използват<br />
в него. Терминът „намалено вътрешно<br />
триене“ все по-често бива споменаван при<br />
представяне на нови двигатели и автомобили,<br />
но на практика то е съпътствано от<br />
доста сериозни предизвикателства – намаляването<br />
на триенето например между<br />
буталото и цилиндъра може да доведе до<br />
влошаване на уплътняването и на работата<br />
на двигателя.<br />
Полепналото по цилиндровите стени<br />
на двигателя масло въплъщава срещата<br />
на два технологични свята и на претворените<br />
знания на специалисти по механика,<br />
химия, материалознание и пр. Дори обикновените<br />
и евтини минерални масла са<br />
продукти със сложен химически състав, а<br />
по-скъпите са високотехнологични течности.<br />
Във всички случаи те имат за задача<br />
не само да намалят триенето, създавайки<br />
смазващ филм между триещите се части,<br />
но и да почистват и охлаждат двигателя.<br />
Тестовете в лабораториите са само част от дългия път<br />
на маслата към клиентите.<br />
Даунсайзинг моторите имат по-високи изисквания<br />
към качествата на маслата, както всеки мотор с<br />
турбокомпресор и високо натоварване.<br />
В ерата, когато двигателите с въздушно охлаждане<br />
били доста разпространи, системата<br />
за смазване играела много съществена<br />
роля в процеса на охлаждане – моторите<br />
на Porsche 911 разчитали на 12-13 литра<br />
масло, интензивно охлаждано с радиатор.<br />
Можем само да гадаем какво триене се е<br />
генерирало в двигателя на състезателния<br />
Blitzen Benz от 1909 година с неговите 22<br />
литра работен обем и 200 к.с., постигани<br />
при само 1600 об./мин. Или пък какво се<br />
случва в един двигател от Формула 1 при<br />
19 000 об./мин и защо буталата му изглеждат<br />
по този начин. И ако моторите от ерата<br />
на ветераните, като този на Ford Model T,<br />
са се справяли с прости минерални масла,<br />
които собствениците сменяли доста често,<br />
а в резервните части са били включени и<br />
инструменти за бързо сваляне на цилиндровата<br />
глава и почистване от нагар, то<br />
днешните (даунсайзинг) турбомотори, независимо<br />
дали са дизелови или бензинови,<br />
имат много специални изисквания в това<br />
отношение. В тази книжка имаме намерение<br />
да ви запознаем с този „затворен“ и<br />
често неясен свят и със стремежа на всички<br />
да намалят триенето до възможния минимум.<br />
Фокусът е поставен върху моторните<br />
масла, но няма да подминем и всичко, което<br />
се случва в двигателя от гледна точка на<br />
триенето и смазването – от масления филм<br />
покрай буталата и техните пръстени до лагерите<br />
на мотовилките, от маслената помпа<br />
до най-отдалечения ъгъл на мотора.<br />
www.shell.com/lubematch<br />
5
Ред в хаоса<br />
Трудният избор<br />
Д<br />
обрите рекламни специалисти могат<br />
да превърнат един сполучлив<br />
продукт в пазарен успех и без да<br />
използват за целта много финансови<br />
средства – достатъчно е да намерят подходящите<br />
послания. Изразът It’s more<br />
than just oil. It’s Liquid Engineering, който<br />
е недвусмислен рекламен слоган на<br />
една известна компания за производство<br />
на моторни масла, е пример за подобно<br />
послание. Позволявам си да го използвам,<br />
защото този израз удивително лаконично,<br />
но умело описва не само изключително<br />
сложния химически състав на<br />
модерните моторни масла, но дава ясна<br />
представа за невероятно тежките условия<br />
на работа и породените от този факт<br />
комплексни, противоречиви и понякога<br />
немислими задачи, които им се възлагат.<br />
На практика модерните висококачествени<br />
моторни масла са плод на съвместните<br />
изследвания и работа на ерудирани<br />
инженери по химия и конструктори на<br />
двигатели с вътрешно горене, зад които<br />
стои подкрепата на огромен финансов<br />
и технически потенциал. За съжаление,<br />
мнозина подценяват значението на качеството<br />
на моторните масла, а изтезаваните<br />
автомобилни двигатели, които работят<br />
с продукти без нужните качества<br />
или с изтекъл срок на годност, у нас не<br />
са никак малко. Затова първото и найсъществено<br />
нещо, което ще ви посъветваме<br />
– дори и да звучи банално – е да не<br />
забравяте за смяната на маслото, да следите<br />
условията на работа, предишната<br />
смяна, предписания пробег и необходимата<br />
спецификация съгласно предписанията<br />
на автомобилния производител.<br />
И ако е дошъл моментът, максимално<br />
бързо го сменете! Не се скъпете – качественото<br />
масло винаги връща с дивиденти<br />
вложението. Както впрочем и всеки качествен<br />
потребителски продукт.<br />
На теория всичко с покупката на моторно<br />
масло изглежда кристално ясно<br />
– отиваш в магазина или сервиза, консултираш<br />
се с продавача, обясняваш му<br />
как стоят нещата, купуваш съответния<br />
брой литри и по възможност посещаваш<br />
квалифициран сервиз за смяна. На практика<br />
обаче нещата се оказват не толкова<br />
лесни, защото продавачите невинаги са<br />
безпристрастни и препоръчват определена<br />
марка масло, защото са негови дистрибутори<br />
или защото получават по-големи<br />
печалби. Нерядко това е резонно, понеже<br />
в повечето случаи търговците избират<br />
доказали своите качества продукти, но<br />
невинаги е вярно. Затова е най-добре<br />
убеждаването в достойнствата на някой<br />
продукт да става с помощта на доказателства<br />
във вид на сертификати от независими<br />
тестови лаборатории. Информацията<br />
в тази област би ви помогнала не само<br />
при избора на масло, но и като ви донесе<br />
нови познания за вашия автомобил.<br />
Както казахме, когато дойде моментът<br />
за смяна, трябва да закупите<br />
масло със съответстваща на двигателя<br />
спецификация (или по-добра, ако не е<br />
съществувала, когато той е създаден),<br />
като важната информация с данните<br />
за принадлежността на маслото към<br />
определени класове обикновено може<br />
да се открие във вид на семпъл надпис<br />
върху опаковката. Изборът не е лесен,<br />
защото по улиците ни се движат все повече<br />
модерни автомобили (в тази група<br />
включваме дори произведените в края<br />
на деветдесетте години), а разнообра-<br />
6
зието от моторни масла е наистина<br />
впечатляващо.<br />
При какъв пробег на автомобила да<br />
сменим маслото? От какво зависи този<br />
пробег? Каква марка и модел да изберем?<br />
Дали някое с търговско наименование,<br />
използвано от голям нефтен концерн,<br />
защото той гарантира наличието<br />
на солиден изследователски и производствен<br />
ресурс и потенциал – като например<br />
продуктите на ExxonMobil, Shell,<br />
BP, TotalFinaElf, ChevronTexaco, Agip или<br />
Statoil? Или да се доверим на някоя помалка,<br />
но имаща претенциите за високи<br />
технологии компания, като белгийската<br />
Marly, британската Castrol, германската<br />
Liqui Moly или френската Motul – или<br />
пък да опитаме продуктите на някой роден<br />
производител като Prista Oil?<br />
Установяването на взаимодействието<br />
на различните моторни масла със сплавите<br />
и с полимерите в различните двигатели<br />
и при различни условия е много<br />
сложен процес. Същевременно не бива<br />
да се приема, че дадена марка масла е<br />
специално проектирана за автомобилите<br />
на определен производител само защото<br />
е препоръчвана от него. Най-малкото<br />
понеже съгласно антимонополните закони<br />
никой автомобилен производител не<br />
може да задължи потребителите да ползват<br />
точно определен продукт, освен ако<br />
не им го осигури безплатно. И още – фактът,<br />
че редица автомобилни компании<br />
препоръчват определена марка масла,<br />
не е гаранция, че това е най-доброто решение.<br />
Дори създаването на въпросното<br />
масло да е протекло в тясно сътрудничество<br />
с въпросния производител, това<br />
не означава, че то не би могло да е подходящо<br />
и дори да се окаже по-добро за<br />
двигателите на други производители.<br />
Както и че други марки масла, различни<br />
от препоръчваното, не са по-подходящи<br />
от него. Разбира се, има и изключения,<br />
като например случаите, в които става<br />
дума за някои масла за първоначално<br />
зареждане в нови автомобили и за специалните<br />
масла, носещи името на автомобилния<br />
производител. Нерядко те<br />
са композирани с точно оптимизирано<br />
съотношение на отделните съставки на<br />
базата на конструкцията, условията на<br />
работа и използваните сплави и материали,<br />
без да е необходимо да надвишават<br />
значително изискванията, както е при<br />
универсалните масла. Затова наливането<br />
на масло, на което е изписано „BMW“,<br />
в двигател, произведен например от VW,<br />
не е за препоръчване. В лабораторните<br />
халета на производителите на масла<br />
могат да бъдат открити всякакви модели<br />
автомобили, а често отношенията<br />
с автомобилните производители прерастват<br />
в сериозно и взаимно изгодно<br />
сътрудничество. Връзката обикновено е<br />
най-силна в областта на автомобилните<br />
спортове, а участието в тях има огромно<br />
значение от технологична гледна точка,<br />
защото силно натоварените състезателни<br />
двигатели са отлична развойна база<br />
за създаване на съответстващи висококачествени<br />
продукти, които по-късно под<br />
една или друга форма се насочват към<br />
следващите поколения серийно автомобили.<br />
Това сътрудничество се простира<br />
и в областта на горивата и е съвсем логично<br />
компаниите да се стремят да извлекат<br />
и максимални маркетингови дивиденти<br />
от подобни взаимоотношения.<br />
www.shell.com/lubematch<br />
7
БОРБАТА С <strong>ТРИЕНЕ</strong>ТО<br />
Двигателят не би могъл да<br />
функционира без моторно масло<br />
Н<br />
ай-важната функция на моторното<br />
масло е намаляването на триенето<br />
чрез предотвратяване на директния<br />
контакт между движещите се метални<br />
части. Разликата в коефициента на триене<br />
между две директно контактуващи<br />
метални повърхности и две повърхности,<br />
разделени от маслен слой, е огромна.<br />
Докато коефициентът на триене<br />
между две несмазани метални повърхности<br />
в зависимост от вида на метала в<br />
нормални условия е около 1, а в условия<br />
на абсолютен вакуум и две идеално чисти<br />
метални повърхности той нараства<br />
до 100-200, при наличие на достатъчен<br />
по качество и дебелина смазващ филм<br />
коефициентът спада до нива от 0,005 до<br />
0,000005. Понякога дори и съвсем тънък<br />
слой може да окаже съществено влияние<br />
– на места в двигателите с вътрешно<br />
горене (например между горния бутален<br />
пръстен и цилиндъра) дебелината<br />
на масления филм може да е едва 0,001<br />
микрона, или една милионна част от<br />
милиметъра! Множество метални повърхности<br />
в двигателя с вътрешно горене<br />
може и да ви изглеждат абсолютно<br />
полирани, но ако ги погледнете през<br />
мощен микроскоп, те ще ви заприличат<br />
на планински пейзаж. Ако тези повърхности<br />
бъдат оставени без смазващ филм<br />
между тях, ще се случи нещо, наподобяващо<br />
движението на тектонските плочи<br />
в земната кора – съпротивлението и<br />
температурата при триене ще се увеличават<br />
до състояние, в което частите могат<br />
да се споят една за друга, да се разкъсат,<br />
отново да се споят – докато дойде<br />
моментът, в който двигателят просто<br />
окончателно ще спре.<br />
8
Предлагаме широка гама висококачествени продукти:<br />
● двигателни масла;<br />
● индустриални масла;<br />
● греси;<br />
● зимни продукти<br />
Евро Ойл Комерс ООД<br />
гр. София,<br />
ул. Резбарска 1Д<br />
тел: 02 944 30 20<br />
0879 60 69 47<br />
факс: 02 944 13 23<br />
www.eurooil-bg.com;<br />
office@eurooil-bg.com
Видове смазване<br />
Трудният контакт<br />
П<br />
роцесите на взаимодействие на повърхностите<br />
при движение, включващи<br />
триене, смазване и износване,<br />
са предмет на наука, наречена трибология,<br />
а когато става дума за триенето в двигателите<br />
с вътрешно горене, конструкторите<br />
дефинират няколко вида смазване. Хидродинамичното<br />
смазване е най-търсената<br />
форма на този процес, а типичното място,<br />
в което то се осъществява, са основните и<br />
мотовилковите лагери на коляновия вал,<br />
подложени на доста по-големи сили на<br />
натоварване. Маслото се появява в миниатюрното<br />
пространство между лагера<br />
и вала под формата на клин, като достига<br />
там благодарение на маслената помпа.<br />
След това движещата се повърхност на<br />
лагера играе ролята на своя собствена<br />
помпа, която нагнетява и разпределя допълнително<br />
маслото и в края на краищата<br />
създава достатъчно дебел филм в рамките<br />
на цялото пространство в лагера. За тези<br />
компоненти на двигателя конструкторите<br />
използват плъзгащи лагери, тъй като при<br />
минималната площ на допир на сачмения<br />
лагер би се създало изключително високо<br />
натоварване на масления слой. А налягането<br />
в масления филм на плъзгащия лагер<br />
може да надвиши налягането на маслената<br />
помпа почти петдесет пъти! На практика<br />
силите в тези части се предават през масления<br />
слой. За да се запази състоянието<br />
на хидродинамично смазване, разбира<br />
се, е необходимо смазочната система на<br />
двигателя винаги да осигурява достатъчно<br />
количество масло. Възможно е в даден момент,<br />
под въздействие на високо налягане<br />
в определени зони, смазващият филм да<br />
стане по-устойчив и твърд от металните<br />
части, които смазва, и дори да предизвика<br />
деформации на металните повърхности.<br />
Конструкторите наричат този тип<br />
смазване еластохидродинамично, като то<br />
може да се появи именно в споменатите<br />
сачмени лагери, в колелата на зъбни предавки<br />
или пък в повдигачите на клапаните.<br />
В случай че скоростта на движещите<br />
се една спрямо друга части стане много<br />
ниска, натоварването се повиши значително<br />
или няма достатъчно снабдяване с<br />
масло, често се появява така нареченото<br />
гранично смазване. При него се разчита<br />
на адхезията на маслените молекули към<br />
поемащите товара повърхности, така че те<br />
да са разделени от относително тънък, но<br />
10
ървите автомобилни и мотоциклетни<br />
двигатели с вътрешно горене и дори<br />
по-късните разработки разполагали с<br />
капково „омасляване“, при което маслото<br />
се изливало в двигателя от своеобразни<br />
„автоматични“ масльонки под влияние<br />
на гравитацията и след като преминавало<br />
през него, изтичало навън или изгаряло.<br />
Конструкторите днес определят<br />
тези системи и системите за смазване на<br />
двутактовите двигатели, в които маслото<br />
се смесва с горивото, като „смазочни системи<br />
с пълна загуба на масло“ (total loss<br />
lubrication system). По-късно тези системи<br />
се усъвършенствали с добавянето на маслена<br />
помпа, имаща за задача да достави<br />
маслото във вътрешността на двигателя и<br />
към (нерядко откритите) клапанни механизми.<br />
Тези помпени системи обаче нямат<br />
нищо общо с по-късните технологии на<br />
принудително смазване, които принципно<br />
се използват и днес. Помпите били монтирани<br />
отвън, доставяли маслото в картера,<br />
а после то достигало до триещите се части<br />
с разплискване. Специални лопатки в долната<br />
част на мотовилките разплисквали<br />
маслото нагоре в картера и цилиндровия<br />
блок, при което излишното масло се събирало<br />
в малки вани и канали и под влияние<br />
на гравитацията изтичало към основните<br />
и мотовилковите лагери и лагерите на<br />
разпределителния вал. Своеобразен превсе<br />
пак наличен филм от масло. За съжаление,<br />
в тези случаи винаги има опасност<br />
тънкият филм да бъде „пробит“ от острите<br />
части на неравностите, поради което в<br />
маслата се добавят подходящи противоизносни<br />
присадки, които покриват трайно<br />
метала и предотвратяват разрушаването<br />
му при директен допир. Хидростатичното<br />
смазване се появява под формата на<br />
тънък филм, в случай че натоварването<br />
рязко смени посоката си и скоростта на<br />
движещите се части е много ниска. Тук е<br />
мястото да се отбележи, че компаниите,<br />
произвеждащи основни и мотовилкови<br />
лагери (например Federal-Mogul), в момента<br />
разработват нови технологии за<br />
покриването им, така че те да се справят с<br />
проблемите, свързани с навлизащите широко<br />
старт-стоп системи. При тях заради<br />
честото стартиране, донякъде „на сухо“,<br />
лагерите са подложени на усилено износване.<br />
За това ще стане дума по-късно.<br />
Подобно често стартиране от своя страна<br />
води до преминаването от една форма<br />
на смазване към друга, определяна като<br />
„смазване със смесен филм“.<br />
Системите за смазване<br />
Кръвоносната система на двигателя<br />
П<br />
ход към системите с принудително смазване<br />
под налягане е двигателят на Ford<br />
Model T, при който маховикът разполагал<br />
с нещо като колелото на водна мелница,<br />
което издигало маслото и го доставяло с<br />
тръбопровод към картера на двигателя (и<br />
забележете, към трансмисията), след което<br />
долните части на коляновия вал и мотовилките<br />
гребели масло и създавали маслена<br />
баня за триещите се части. Това не<br />
било особено трудно, като се има предвид,<br />
че разпределителният вал също се намирал<br />
в картера, а клапаните били стоящи.<br />
Силен тласък в тази насока дали Първата<br />
световна война и самолетните двигатели,<br />
при които подобно смазване просто не<br />
вършело работа. Именно така се родили<br />
и системите, използващи вътрешно разпо-<br />
www.shell.com/lubematch<br />
11
Първите системи за смазване използвали<br />
концепция, при която маслото смазвало<br />
еднократно механизмите и след това изтичало.<br />
При по-късната система на Ford<br />
Model T маховикът бил изработен с лопаткова<br />
система, която издигала маслото от<br />
картера си и го пренасяла към картера на<br />
мотора и трансмисията.<br />
ложени помпи и смесено смазване с налягане<br />
и разплискване, приложено след това<br />
в новите и по-натоварени автомобилни<br />
мотори.<br />
Основен компонент в тази система<br />
била задвижваната от двигателя маслена<br />
помпа, доставяща масло под налягане<br />
само към основните лагери, като останалите<br />
части разчитали на смазване чрез<br />
разпръскване. По този начин не се налагало<br />
да се оформят канали в коляновия вал,<br />
каквито са нужни и при системите с изцяло<br />
принудително смазване. Последните се<br />
появили по необходимост с развитието на<br />
моторите, повишаването на оборотите и<br />
натоварването. В такива условия лагерите<br />
не само трябвало да се смазват, но вече и<br />
да се охлаждат.<br />
При тези системи маслото се доставя<br />
под налягане до основните и долните мотовилкови<br />
лагери (като вторите получават<br />
масло през канали в коляновия вал) и<br />
лагерите на разпределителния вал. Огромното<br />
предимство на системите с принудително<br />
смазване е фактът, че маслото на<br />
практика циркулира през лагерите, тоест<br />
преминава през тях и изтича в картера.<br />
Така системата осигурява много повече<br />
масло от необходимото само за смазване<br />
и по този начин двигателите се охлаждат<br />
интензивно. Още през двайсетте години<br />
например Хари Рикардо въвежда за първи<br />
път правило, изискващо циркулация<br />
от три литра масло на конска сила за час,<br />
тоест за един двигател от 60 к.с. – 3 литра<br />
циркулация на масло за всяка минута.<br />
Днешните мотори имат многократно поголяма<br />
циркулация.<br />
Системата за смазване включва мрежа<br />
от канали, интегрирани в корпуса и механизмите<br />
на мотора, като сложността им<br />
зависи от броя и разположението на цилиндрите<br />
и газоразпределителния механизъм.<br />
Конструкторите отдавна предпочитат<br />
оформените в блокова конструкция канали<br />
вместо тръбопроводи – в името на надеждността<br />
и здравината на двигателите.<br />
Задвижваната от двигателя помпа<br />
засмуква масло от картерната вана и го<br />
насочва към проточен филтър, монтиран<br />
от външната страна на корпуса. След това<br />
то поема по един (при редовите) или два<br />
(при боксерните или V-образните двигатели)<br />
канала, преминаващи на практика<br />
през цялата дължина на двигателя. С помощта<br />
на малки напречни канали маслото<br />
се насочва към основните лагери, като<br />
навлиза в тях през входен отвор в горната<br />
черупка на лагера. През периферен прорез<br />
в лагера част от маслото се разпределя<br />
равномерно в него, за да го охлади и смазва,<br />
а друга част се насочва към долния мотовилков<br />
лагер през кос канал в коляновия<br />
вал, свързан със същия прорез. Смазването<br />
на горния мотовилков лагер на практика<br />
се оказва по-трудно, поради което горната<br />
част на мотовилката често се оформя<br />
като резервоар, който задържа маслото,<br />
разплискано под буталото. При някои<br />
системи маслото достига до лагера през<br />
12
канал в самата мотовилка.<br />
Лагерите на буталния болт<br />
от своя страна се смазват с<br />
плискане.<br />
При монтиран в картера<br />
разпределителен вал,<br />
задвижван от зъбна предавка<br />
или с верига, това<br />
задвижване се смазва с директно<br />
изтичащо масло, а<br />
когато валът е монтиран<br />
в главата, задвижващата<br />
верига се смазва с контролирана<br />
утечка на масло от<br />
хидравличната система за<br />
доопъване. В споменатия<br />
мотор 1.0 Еcoboost на Ford<br />
задвижващият разпределителния<br />
вал ремък също<br />
се смазва – в случая като е<br />
потопен в маслен картер.<br />
Начинът, по който лагерите<br />
на разпределителния вал<br />
получават масло, зависи от<br />
това, дали двигателят е с<br />
долно, или горно разположен вал – в първия<br />
случай обикновено то стига по канали<br />
от основните лагери на коляновия вал, а<br />
във втория се доставя чрез канали, свързани<br />
с основния долен канал или индиректно<br />
с отделен общ канал в главата или<br />
в самия разпределителен вал, като при наличие<br />
на два вала това се умножава по две.<br />
Конструкторите се стремят да създадат<br />
такива системи, при които смазването на<br />
клапаните да става със строго прецизиран<br />
дебит, така че да се избягва „наводняването“<br />
и утечката на масло през водачите на клапаните<br />
в цилиндрите. Допълнителна слож-<br />
www.shell.com/lubematch<br />
13
ност се добавя и при наличие на хидравлични<br />
повдигачи. Кобилиците и гърбиците се<br />
смазват в маслена баня или с плискане с<br />
миниатюрни вани, или пък с канали, подвеждащи<br />
масло от основния канал.<br />
Що се отнася до цилиндровите стени<br />
и полите на буталата, то те напълно или<br />
частично се смазват от маслото, което<br />
напуска долните мотовилкови лагери и<br />
се разпръсква в картера. По-късоходовите<br />
двигатели се проектират така, че<br />
цилиндрите им да получават повече масло<br />
именно от този източник, тъй като те<br />
имат по-голям диаметър и са по-близо до<br />
коляновия вал. В някои двигатели цилиндровите<br />
стени получават допълнително<br />
масло от страничен отвор в корпуса на<br />
мотовилката, който обичайно е насочен<br />
към страната, в която буталото упражнява<br />
по-силен страничен натиск върху цилиндъра<br />
(тази, към която буталото упражнява<br />
натиск при процеса на горене в работния<br />
ход). При V-образните двигатели е обичайно<br />
върху стените на цилиндъра да се<br />
впръсква масло от мотовилката, движеща<br />
се в насрещния цилиндър, така че да бъде<br />
омаслена горната му страна, а след това<br />
Маслени помпи и<br />
защитни клапани<br />
Сърдечен ритъм<br />
М<br />
аслените помпи със зъбна двойка<br />
са изключително подходящи за<br />
работата на смазочната система,<br />
поради което се използват масово и в повечето<br />
случаи се задвижват директно от<br />
коляновия вал. Друг вариант са роторните<br />
помпи. Напоследък се използват и<br />
помпи с плъзгащи се лопатки, включително<br />
във версии с променлив капацитет,<br />
като по този начин се оптимизира<br />
работата и съответно капацитетът им в<br />
зависимост от оборотните режими и се<br />
намалява разходът на енергия. Системите<br />
за смазване се нуждаят от защитни<br />
клапани, защото при високи обороти<br />
увеличаването на количеството осигу-<br />
то да гравитира към долната. Тук е мястото<br />
да се отбележи, че при двигателите с<br />
турбокомпресор лагерът на последния получава<br />
масло през основния маслен канал<br />
и тръбопровод. Често обаче се използва и<br />
втори канал, който насочва поток от масло<br />
към специални, насочени към буталата<br />
дюзи, които осигуряват тяхното охлаждане.<br />
При тези случаи маслената помпа има<br />
доста по-голям капацитет.<br />
При системите със сух картер маслената<br />
помпа получава маслото от отделен<br />
маслен резервоар и го разпределя по същия<br />
начин. Допълнителна помпа изсмуква<br />
от картера сместа от масло и въздух<br />
(затова тя трябва да има по-голям капацитет),<br />
която преминава през устройство за<br />
отделяне на въздуха, след което маслото се<br />
връща в резервоара.<br />
В системата за смазване може да се<br />
включи и радиатор за охлаждане на маслото<br />
при по-натоварените двигатели (при<br />
старите мотори, използващи прости минерални<br />
масла, това е било обичайна<br />
практика) или топлообменник, свързан с<br />
охладителната система. За това ще стане<br />
дума по-късно.<br />
рявано от помпата масло не съответства<br />
на количеството, което може да премине<br />
през лагерите. Това е така, понеже в тези<br />
случаи в маслото на лагерите се формират<br />
силни центробежни сили, пречещи<br />
на постъпването на нови количества масло<br />
в лагера. Освен това, когато двигателят<br />
се стартира при ниски външни температури,<br />
с увеличаването на вискозитета<br />
и намаляването на луфтовете в механизмите<br />
се повишава съпротивлението на<br />
маслото, а това води до достигане на често<br />
критични стойности на неговото налягане.<br />
В повечето спортни автомобили са<br />
налице датчици за налягането на маслото<br />
и за неговата температура.<br />
14
История на моторните<br />
масла<br />
И<br />
сторията на моторните<br />
масла е свързана<br />
с усъвършенстването<br />
на процесите на<br />
преработка на нефта и<br />
развитието на химическата<br />
индустрия. В първите<br />
години на своето развитие<br />
автомобилите се смазвали<br />
с прости продукти<br />
от рафинирането на суров<br />
петрол, тоест маслата<br />
били с изцяло минерален<br />
произход. Нефтът от своя<br />
страна е многокомпонентна течност, тоест<br />
състои се от огромен брой въглеводородни<br />
субстанции с различно специфично<br />
тегло – от въглеводородни газове<br />
до тежки асфалтени деривати, вариращи<br />
в различни пропорции в зависимост от<br />
вида му. Производството на масла започва<br />
почти едновременно с индустриалното<br />
използване на нефта – още първата<br />
публикация по темата на известния американски<br />
професор химик Бенджамин<br />
Сълиман разкрива, че „течността е органична,<br />
състои се от различни въглеводородни<br />
фракции, които съответно кипят<br />
при различна температура“. „С прости<br />
дестилационни процеси“, твърдял Сълиман<br />
„тези фракции могат да се отделят<br />
една от друга и от тях да се получават<br />
както висококачествено масло за осветление,<br />
така и смазочни материали“. Това<br />
се случило през 1859 година много преди<br />
автомобилът да бъде изобретен, а когато<br />
около 30 години по-късно той се появил<br />
на бял свят, преработката на петрол<br />
вече имала своя история и разчитала на<br />
сериозен натрупан опит. Така че когато<br />
първите автомобилни конструктори открили,<br />
че нефтената фракция, наречена<br />
бензинова, е подходяща като гориво за<br />
двигателите с вътрешно горене, те вече<br />
разполагали и с минерални масла за ме-<br />
ханизмите на своите автомобили.<br />
Прецизното разделяне на съставните<br />
части на нефта на отделни фракции става<br />
в колоните за ректификация (фракционна<br />
дестилация) в зависимост от плътността<br />
и температурата на изпарение,<br />
като за производство на масла се използват<br />
субстанциите, изградени от молекули<br />
със среден размер – обикновено с 25<br />
до 40 въглеродни атома. Те са най-подходящите<br />
по отношение на смазващите<br />
си функции, могат да бъдат изпомпвани<br />
под високо налягане между движещите<br />
се метални повърхности и да осигуряват<br />
хлъзгав маслен филм, чиято плътност е<br />
най-подходяща за ефективно смазване.<br />
Както горивата, така и маслата съдържат<br />
въглеводороди с прави, циклични<br />
или още по-сложно организирани форми<br />
– химиците ги наричат парафини (с<br />
прави вериги на молекулите), олефини<br />
(ненаситени, с прави вериги и двойни<br />
връзки на определени места), нафтенови<br />
(с циклична конструкция) и ароматни<br />
въглеводороди (с устойчива циклична<br />
структура с ароматни ядра). Трябва да се<br />
отбележи, че всеки отделен фракционен<br />
поток в разделителната колона съдържа<br />
цяла гама от различни молекули, които<br />
имат много различни качества – това<br />
важи и за маслената фракция и нейните<br />
16
смазочни компоненти. Маслените фракции<br />
съдържат въглеводороди с температури<br />
на изпарение в диапазона около 400<br />
градуса и след атмосферната дестилация<br />
на нефта те се отделят по-прецизно с помощта<br />
на така наречената вакуумна дестилация.<br />
С използване на този процес се<br />
избягват много високите температури,<br />
които биха довели до разпадане (крекиране)<br />
на молекулите, преди в течността<br />
да се инициира процес на изпарение.<br />
Днешната компания Mobil (част от концерна<br />
ExxonMobil) например започнала<br />
бизнеса си именно с производство<br />
на масла чрез този процес; оттам идва<br />
и името й в края на XIX век – Socony-<br />
Vacuum Oil Company.<br />
Един от множеството проблеми на<br />
първите минерални масла бил, че те се<br />
разпадали активно, защото някои важни<br />
за процесите на смазване леки фракции<br />
се изпарявали при нагряването им. От<br />
друга страна, много от тези масла не можели<br />
да се използват през зимата поради<br />
високия процент на по-тежки парафинови<br />
въглеводороди, които се втвърдявали<br />
при ниски температури. Затова качествата<br />
на маслата зависели в голяма степен от<br />
вида на нефта и съответно от пропорциите<br />
на различните фракции. С развитието<br />
на технологиите химиците започнали<br />
да отделят неподходящите химически<br />
съединения, като тежките ароматни въглеводороди<br />
(заради склонността им към<br />
образуване на налепи) и въпросните тежки<br />
парафини (поради появата на твърди<br />
парафинови образувания), с помощта на<br />
разтворители, да ги очистват от сяра и<br />
да променят молекулярните структури<br />
на различните субстанции чрез редица<br />
химически процеси до получаване на<br />
най-подходящите за съответните условия<br />
видове. (Колкото и парадоксално да<br />
изглежда, по-късно тежките парафини<br />
ще се използват като суровина за производство<br />
на синтетични базови компоненти.)<br />
През 30-те години специалистите<br />
вече знаели, че голяма част от наситените<br />
парафинови въглеводороди с определен<br />
диапазон за броя на въглеродните<br />
атоми са по-добри от тежките нафтенови<br />
(с циклична молекула) базови компоненти,<br />
поради което значително намалили<br />
съдържанието на последните. По това<br />
време бил изобретен и каталитичният<br />
крекинг – процес, при който големите<br />
въглеводородни молекули се разпадат на<br />
по-малки при сравнително ниска температура<br />
и наличие на катализатор. Този<br />
процес заменил термичния крекинг,<br />
разработен още през 1911 г., при който<br />
това се осъществявало при изключително<br />
висока температура. По-късната<br />
разновидност на каталитичния крекинг,<br />
наречена флуиден каталитичен крекинг,<br />
е разработена през 1942 година и станала<br />
основа за създаване не само на нови базови<br />
групи масла с по-добри вискозитетни<br />
качества, но и на синтетични суровини.<br />
Междувременно химиците вече натрупали<br />
значителен опит, а петрохимията,<br />
макар и млада, набирала сериозна скорост.<br />
Нефтът станал не само източник на<br />
горива, но и суровина за производство на<br />
различни химикали. Германски химици,<br />
като Фишер и Тропш, създали процеси,<br />
при които нефт и въглища можели да се<br />
разпадат на елементарни съединения и<br />
от тях да се синтезират нови продукти,<br />
в концерна I.G.Farben се раждали нови<br />
и нови изобретения, отвъд океана заработила<br />
пълноценна петрохимическа<br />
индустрия. Една от насоките на търсенията<br />
на химиците било намирането на<br />
подходящи вещества, които да подобрят<br />
свойствата на маслата. По това време те<br />
продължавали да губят качествата си и<br />
да променят структурата си в резултат<br />
от механични, химически и термични<br />
въздействия и от насищане с продукти<br />
на горенето. Така се появили и първите<br />
добавки към маслата, които, прилагани<br />
в определени количества, можели<br />
да променят драстично качествата им и<br />
определили формулата на производство<br />
на масла, валидна и до днес – смес от базови<br />
масла и присадки (до около 20 процента).<br />
Така през 1947 г. Американският<br />
петролен институт въвел първите си цялостни<br />
спецификации, разделящи маслата<br />
на три класа: Regular (съдържащи<br />
само чисто минерално масло), Premium<br />
(с добавени инхибитори на окисляването)<br />
и Heavy Duty (с оксидационни инхибитори<br />
и детергенти/дисперсанти). За<br />
всички продукти обаче били използвани<br />
базови масла от така наречената Група I,<br />
за която ще стане дума по-късно.<br />
www.shell.com/lubematch<br />
17
Раждането на стандартите<br />
П<br />
рез 1911 г. Американското дружество<br />
на автомобилните инженери<br />
SAE решило да установи стандарти<br />
за моторните масла и тази първа класификация<br />
е създадена на базата на вискозитета.<br />
Казано с прости думи, вискозитетът<br />
е „течливостта“ на течностите. SAE<br />
сравнявало вискозитета на маслата при<br />
100 градуса Целзий – горе-долу температурата<br />
на маслото в лагерите на коляновия<br />
вал. Вискозитетът намалява с увеличаване<br />
на температурата и при около<br />
100 градуса минералните масла започват<br />
да стават изключително тънки и съответно<br />
„слаби“. Поради това тестовете при<br />
тази температура са добър индикатор за<br />
качеството на маслото. Измерването на<br />
вискозитета се правело, като маслото се<br />
сипвало върху отвор и се измервало времето<br />
за изтичане. Резултатът се наричал<br />
кинематичен вискозитет и се измервал<br />
с единица, наречана сентисток. На тази<br />
база SAE определило числа, с които фиксирало<br />
различните вискозитетни класове.<br />
Те могат да се видят в таблицата.<br />
Вискозитет при 100°C<br />
cSt<br />
SAE степен<br />
16.3 – 21.9 50<br />
12.5 – 16.3 40<br />
9.3 – 12.5 30<br />
5.6 – 9.3 20<br />
по-малко от 5.6 10<br />
Тази система работи много добре и се<br />
използва и днес. През двайсетте и трийсетте<br />
години маслото SAE 30 се приело<br />
за стандарт и осигурявало приемлив по<br />
качество филм за тогавашните мотори.<br />
Това масло обаче трудно се използвало<br />
при отрицателни температури, като при<br />
около минус 10 градуса ставало прекалено<br />
гъсто, за да се движи от смазочната<br />
система. По тази причина производителите<br />
предлагали по-леки и по-тежки<br />
масла за сезоните с ниски и с високи<br />
температури. Състезателните двигатели,<br />
при които бил необходим по-устойчив<br />
филм заради по-високите натоварвания<br />
в лагерите, се зареждали с масла с вискозитетен<br />
клас 40 и 50.<br />
След Втората световна война обаче<br />
натоварването в двигателите на автомобилите<br />
започнало бързо да расте. Ако<br />
маслото с показатели SAE 50 можело да<br />
реши проблемите при високи температури,<br />
то ставало прекалено плътно при<br />
ниски. В резултат от това производителите<br />
се принудили трайно да преминат<br />
към предлагане на различни масла за<br />
различните сезони – нещо, което не било<br />
особено комфортно за потребителите.<br />
Първата стъпка за компенсиране на тези<br />
недостатъци станала факт с въвеждането<br />
на така наречените вискозитетни модификатори,<br />
вещества със сложни молекули,<br />
създадени от бурно развиващата се<br />
химическа индустрия със синтезираните<br />
от нея сложни полимери, които имат<br />
способността да увеличават вискозитета<br />
на маслото при високи температури, без<br />
да го влошават при ниски. Така маслото<br />
SAE 30 при нагряване в двигателя можело<br />
да се превърне в SAE 50 с помощта<br />
на пакет от присадки. За да се различат<br />
обикновените сезонни минерални масла<br />
от новите продукти с присадки, бил въведен<br />
нов тест за оценка при ниска температура,<br />
като получените стойности се<br />
поставяли като числов знак пред буквата<br />
W. Простите тестове включвали поставянето<br />
на масло в съд и игла върху маслото,<br />
охлаждане на маслото през интервали от<br />
пет градуса и установяване на температурата,<br />
при която иглата не се мести при<br />
18
разклащане на съда. Днешните тестове<br />
са далеч по-сложни и включват множество<br />
параметри, но на практика резултатите<br />
са близки и в опростен вид могат да<br />
се видят в таблицата.<br />
SAE Зимна категория за моторно масло<br />
Категория<br />
25W<br />
20W<br />
15W<br />
10W<br />
5W<br />
0W<br />
Температура, до която маслото<br />
може да се използва<br />
–5°C<br />
–10°C<br />
–15°C<br />
–20°C<br />
–25°C<br />
–30°C и по–ниска<br />
С помощта на вискозитетни модификатори<br />
маслото SAE 30, което може<br />
да се използва до минус 10 градуса, автоматично<br />
станало SAE 20W-30, а скоро<br />
същият широко разпространен предвоенен<br />
стандарт SAE 30 с добавяне на<br />
подходящите присадки се превърнал в<br />
20W-50. Тъй като обаче не било технически<br />
приемливо качеството на маслото да<br />
се установява само при ниски температури<br />
и при 100 градуса, кинематичният<br />
вискозитет започнал да се измерва и при<br />
40 градуса и бил въведен нов оценяващ<br />
фактор – така нареченият VI, или вискозитетен<br />
индекс, определящ степента<br />
на промяна на вискозитета. Колкото повисок<br />
е вискозитетният индекс, толкова<br />
по-малко е въздействието на температурата<br />
върху кинематичния вискозитет.<br />
Това е особено важно за двигателите за<br />
спортни и състезателни автомобили, защото<br />
определя как маслото ще се държи<br />
при температури над 100 градуса, каквито<br />
се достигат в тези мотори.<br />
С развитието на двигателите през<br />
60-те години обаче дългите молекули на<br />
дотогавашните вискозитетни модификатори<br />
и детергенти започнали да не издържат<br />
на по-високото натоварване, разрушавали<br />
се, в резултат от което качествата<br />
на маслата се връщали на първоначалните<br />
нива. Минералните масла влошавали<br />
свойствата си с времето, смесвайки се с<br />
различни отпадни продукти от горенето.<br />
Междувременно автомобилите ставали<br />
все повече, служебните паркове растели,<br />
пробезите се увеличавали, а с тях<br />
нараствали и разходите. Потребителите<br />
започнали да предявяват изисквания за<br />
по-дълъг интервал на смяна, появила се<br />
и необходимост от по-леки масла, намаляващи<br />
триенето. Минералните масла с<br />
подобни качества се разрушавали при<br />
високо натоварване. Катапултът в развитието<br />
на маслата отново станали самолетите<br />
– този път реактивните. Новите<br />
газови турбини вече изисквали много<br />
по-качествени масла.<br />
Eдин нов свят: синтетичните масла<br />
К<br />
акто казахме, петролните компании<br />
започнали интензивна работа<br />
по създаването на петрохимикали<br />
(различни химически продукти с изходна<br />
суровина петрол) още през двайсетте<br />
години, които били златни по отношение<br />
на химическата индустрия. В този случай<br />
не става дума за процес на рафиниране<br />
на нефта, а за дълбоки химически<br />
въздействия, при които молекулите на<br />
суровината се разграждат до значително<br />
по-малки или до ниво на синтетичен газ<br />
(въглероден окис и водород), след което<br />
от тях се синтезират вещества с напълно<br />
нови, предсказуеми и търсени качества.<br />
www.shell.com/lubematch<br />
19
През Втората световна война заводите на<br />
I.G.Farben започват да бълват синтетични<br />
горива, произведени от въглища, по-късно<br />
в суровина за подобни продукти се<br />
превръща и природният газ.<br />
Първите масла, синтезирани с използване<br />
на природен газ или от други въглеводородни<br />
газове като изходна суровина,<br />
се появили едновременно в Щатите и в<br />
Германия. Всъщност подобни продукти<br />
били създали още през 1877 г. двама американски<br />
химици. През 1929 г. Standard<br />
Oil of Indiana, прекръстен по-късно на<br />
Amoco, се опитвал безуспешно да продава<br />
масла, получени в резултат от органичен<br />
синтез. Те не предизвикали интереса на<br />
никого и за тях нямало търсене просто защото<br />
все още не им било дошло времето.<br />
Спонсорираният от американската компания<br />
Carbide and Carbon Chemicals Corp.<br />
институт Mellon в Щатите също създал<br />
синтетични масла, но процесът бил поразличен<br />
от изобретения от германските<br />
химици. Първите масла, базирани на<br />
синтетични технологии, били използвани<br />
в танковете както на Вермахта, така и на<br />
американската армия, чиито шърмани,<br />
задвижвани от автомобилни мотори на<br />
GM и Chrysler, просто не издържали в<br />
тежките условия на работа в пустинята.<br />
След войната синтетичните масла останали<br />
запазени за реактивните двигатели и за<br />
бавнообортни дизели с голямо натоварване<br />
на лагерите.<br />
Първата употреба на най-използваните<br />
днес като съставка в синтетичните<br />
масла линейни алфа-олефини датира<br />
от 1951 г. и е плод на труда на американската<br />
компания Gulf Oil (погълната<br />
през осемдесетте години на ХХ век от<br />
Chevron); първото масло, съдържащо<br />
синтетични компоненти и продавано на<br />
пазара, е дело на френската компания<br />
Motul, а през 1968 г. Mobil Oil патентова<br />
процес за олигомеризация на алфаолефини<br />
с използването на специална<br />
каталитична система. Патентованото<br />
право да се нарича „създател на първото<br />
продавано на пазара напълно синтетично<br />
моторно масло“ обаче притежава американската<br />
компания Amsoil, която и до<br />
днес се смята за производител на едни от<br />
най-качествените синтетични продукти.<br />
На практика обаче ролята на първи широкомащабен<br />
производител и дистрибутор<br />
на синтетични масла изиграва Mobil<br />
със своя Mobil 1.<br />
Въпреки че в края на 80-те години<br />
компаниите, които произвеждат синтетични<br />
масла, не са малко (Mobil, Gulf,<br />
Chevron, Amoco, Ethyl Corp., Exxon,<br />
Quantum Chemical Corp., Castrol, Uniroyal<br />
Chemical, Neste, Texaco и Shell), всъщност<br />
на практика употребата на тези продукти<br />
е силно ограничена. Странното е,<br />
че много фирми продължават ревностно<br />
да утвърждават позициите на петролните<br />
масла, а когато огромните предимства<br />
на синтетичните стават безспорен факт,<br />
успяват бързо да наваксат закъснението,<br />
оправдавайки го с твърдението, че са създали<br />
„революционни продукти“.<br />
Основните „виновници“ за по-високата<br />
стабилност, корозионна и вискозитетна<br />
устойчивост са химичните<br />
съединения, наречени полимеризирани<br />
алфа-олефини (РАО), които поради тази<br />
причина се превръщат в основен компонент<br />
в синтетичните масла и предпос-<br />
20
тавка за значително по-високо качество.<br />
Важна съставка в тези масла са и синтетичните<br />
естери (включващи диестери и<br />
полиол естери), както и алкилираните<br />
ароматни и нефтенови въглеводороди,<br />
които се добавят в по-малки количества.<br />
Ще оставим сложните органични формули<br />
на химиците – важното тук е да споменем,<br />
че синтетичните масла са продукти,<br />
получени в резултат от химични реакции<br />
на две или повече химични съединения,<br />
и също съдържат добавки.<br />
Разширяването на използването на<br />
синтетичните масла се ускорява през седемдесетте<br />
години, като основен виновник<br />
за това са двигателите за Формула 1,<br />
в които оборотните режими започват да<br />
достигат изключителни стойности (в тези<br />
на Cosworth DFV например надвишавали<br />
10 000 об./мин). Двете петролни кризи,<br />
постепенното увеличаване на цената на<br />
нефта и новите индустриални процеси<br />
дават възможност производството на<br />
PAO да става по-изгодно като цена – те се<br />
получавали от отпадните продукти на депарафинизацията,<br />
докато самите маслени<br />
фракции станали обект на внимание<br />
в рафинериите, където започнали да ги<br />
насочват към кулите за крекинг. Истинския<br />
възход на синтетичните масла обаче<br />
започва със създаването на споменатите<br />
полиол естери, които в добавка към PAO<br />
се превръщат в база за получаване на<br />
продукти с уникални качества.<br />
Базовите компоненти, които формират<br />
синтетичните масла, са „съшити“<br />
чрез молекулярно преструктуриране с<br />
цел да бъдат достигнати специфични химически<br />
и физически характеристики.<br />
В този контекст в някои държави, като<br />
Щатите, за синтетични се приемат и масла<br />
от така наречената Група III, произведени<br />
чрез дълбока химическа обработка<br />
на базови нефтени продукти, тъй като<br />
реално те също са „модифицирани“ до<br />
получаване на търсените продукти. Чрез<br />
процеси на хидроизомеризация и хидрокрекинг<br />
(респективно създаване на разклонени<br />
вериги и разкъсване на молекули<br />
в присъствие на водород) се създават<br />
масла, които не отстъпват като качества<br />
на базовите полимеризирани алфа-олефини.<br />
Нещо повече – компонентите, получени<br />
чрез процеса на синтез по метода<br />
Mobil vs. Castrol<br />
През 1999 г. Mobil заведе дело срещу Castrol<br />
и Shell, защото Castrol промени формулата<br />
на своето масло Syntec, съдържащо 70<br />
процента PAO, на 100 процента минерално<br />
масло от Група III, като продължаваше да го<br />
рекламира като „синтетично“. Същевременно<br />
обаче Mobil продаваше в Европа масла<br />
VHVI (с много висок вискозитетен индекс)<br />
с продукти от Група III – също като синтетични.<br />
Качествата на маслото на Castrol<br />
са същите, а в някои случаи и по-добри, а<br />
процесът е свързан със сложна и дълбока<br />
химическа преработка, но на практика все<br />
пак не е синтез. Въпреки това съответните<br />
правни органи разрешават на Castrol, да използва<br />
оттам нататък думата „синтетичен“ в<br />
рекламите си. Повечето производители обаче<br />
в подобни случаи днес изписват върху<br />
етикетите на своите продукти израза „базирано<br />
на синтетична технология“, запазвайки<br />
някаква форма на етика към клиентите си и<br />
оправдавайки в известна степен иначе високата<br />
цена на тези масла.<br />
GTL (или така наречения Фишер/Тропш<br />
синтез) на практика дори ги превъзхождат<br />
по отношение на някои параметри.<br />
Синтетичните масла имат незначителна<br />
склонност към образуване на отлагания<br />
поради липсата на характерните<br />
субстанции, които са техен източник при<br />
минералните масла. По същата причина<br />
температурата на застиване е значително<br />
по-ниска, стегнатата кохерентна структура<br />
на молекулите (от еднакъв вид) е предпоставка<br />
за по-добра термична стабилност<br />
и намалена склонност към термично<br />
разпадане (и образуване на нагар) и изпарение,<br />
поради което нуждата от присадки<br />
за запазване на вискозитета е по-малка.<br />
По-малка е и склонността към разкъсване<br />
на молекулите в резултат от големите<br />
сили на натоварване, а въпросната молекулна<br />
композиция създава предпоставки<br />
за намалено вътрешно триене и следователно<br />
понижава разхода на гориво и<br />
нагряването. Синтетичните масла нямат<br />
нужда от големи количества присадки за<br />
подобряване на вискозитетния индекс,<br />
като запазват качествата си в много поширок<br />
спектър от температури.<br />
www.shell.com/lubematch<br />
21
Вискозитет и индекс<br />
О<br />
бикновено изразяван с единици cSt<br />
(сентистокс), вискозитетът е измерител<br />
на течливостта на маслото.<br />
Съпротивлението при протичане се дължи<br />
на взаимното привличане (кохезия)<br />
между частиците в маслото, а процесът на<br />
прилагане на сила и придвижване на молекулите<br />
се нарича „срязване“, откъдето<br />
идва и терминът срез на масления филм.<br />
Съпротивлението се определя от вида на<br />
молекулите и силите на привличане между<br />
тях. Енергията, използвана за преодоляване<br />
на тези сили, се отделя под формата<br />
на топлина в маслото. Високата степен на<br />
„триене“ на пластовете в маслото под влияние<br />
на силите на привличане и отделянето<br />
на топлина, както и изключителното<br />
натоварване и последващо повишаване на<br />
налягането (и съответно на вискозитета),<br />
могат да доведат до разпадане на молекулите<br />
на вискозитетните модификатори,<br />
както и на базовите компоненти. В резултат<br />
от това маслото губи вискозитета си и<br />
формира по-тънък филм.<br />
При нисковискозитеното масло обаче<br />
тези сили на привличане и съответно „вътрешното<br />
триене“ отслабват, затова някои<br />
модерни автомобили използват подобни<br />
масла като средство за намаляване на разхода<br />
на гориво. Един пример за смисъла<br />
на разликите във вискозитета: ако за вашия<br />
автомобил е предписано масло 10W-<br />
30 на базата на хлабините в лагерите, а вие<br />
използвате 0W-20 в името на по-добрия<br />
вискозитет в студено време, при нормална<br />
температура дебелината на смазващия<br />
филм ще намалее с 27 процента. Обратно<br />
– ако преминете на 20W-50 с цел по-добро<br />
смазване в топло време, в резултат от<br />
увеличения вискозитет температурата на<br />
маслото в лагерите ще нарасне с допълнителни<br />
11 градуса, с което вискозитетът на<br />
маслото ще се намали с 30 процента. Така<br />
се получава един порочен кръг, а вместо<br />
очакваното двойно увеличаване на вискозитета<br />
той нараства с едва 35 процента,<br />
при това с цената на повишени загуби.<br />
Ако предписаното за автомобила ви масло<br />
е 10W-30, използването на 0W-30 ще осигури<br />
подобен вискозитет при високи температури,<br />
но много по-добри качества при<br />
студена работа. Множество по-стари автомобили,<br />
създавани преди появата на класовете<br />
0W и 5W, ще се почувстват по-добре<br />
от такава промяна. За автомобили с предписание<br />
от 20W-40 преминаването към<br />
0W-40 ще накара двигателя да се прероди<br />
в студено време, тъй като това масло има<br />
вискозитет при ниски температури, равен<br />
на само една осма от този на оригинално<br />
предписаното. С повишаване на температурата<br />
маслата увеличават вискозитета си,<br />
но както разказахме по-горе, в различна<br />
степен в зависимост от съдържащите се в<br />
тях компоненти.<br />
Базови масла<br />
К<br />
акто споменахме, с развитието на<br />
маслата към основните компоненти<br />
започват да се добавят присадки с различно<br />
значение. Така се формира валидното<br />
и до днес уравнение за производството<br />
на масла, включващо базови масла и<br />
присадки (до около 20 процента). Химиците<br />
композират в различни пропорции тези<br />
компоненти и така получават моторни<br />
масла с различни качества. Голяма част от<br />
добавките в оптимални количества могат<br />
да компенсират някои недостатъци на базовите<br />
масла, но на практика с най-добри<br />
качества са продуктите, съставени от синтетичните<br />
масла от Група IV и минерал-<br />
22
ните от Група III+, които с подходящите<br />
присадки могат да имат близки качества.<br />
От гледна точка на стандартите базовите<br />
масла могат да се опишат както следва:<br />
Групи базови масла<br />
Група I<br />
В нея се включват най-слабо обработените<br />
базови минерални масла, композирани<br />
от фракционен дестилират на основно<br />
парафинови въглеводороди, допълнително<br />
рафинирани с разтворители. С това се<br />
оптимизират определени качества, като<br />
устойчивостта на окисляване, и се премахват<br />
тежките парафини, с което се подобрява<br />
вискозитетният индекс.<br />
Група II<br />
Включва повечето минерални масла, които<br />
се предлагат на пазара; те са претърпели<br />
по-сериозни обработки и към тях<br />
се добавят присадки. Това е фракционно<br />
дестилирана парафинова минерална база,<br />
обработена с разтворители и с допълнително<br />
хидрокрекиране и очистване.<br />
Група III<br />
Пак базови минерални масла, като тези от<br />
Група II, върху които обаче са приложени<br />
допълнителни химически интервенции,<br />
или така наречената дълбочинна преработка,<br />
като допълнително хидрокрекиране<br />
или химическо модифициране на определени<br />
тежки парафини, които иначе<br />
са краен продукт от депарафинизирането.<br />
С това значително се подобрява вискозитетният<br />
индекс, който при някои е особено<br />
висок и ги квалифицира като Група<br />
III+. Маслата с такива характеристики<br />
често се определят като синтетични или<br />
се описват с компромисното означение<br />
„базирани на синтетична технология“.<br />
Важен фактор по отношение на качествата<br />
на маслата е разпределението на молекулите<br />
с различно тегло. При повечето масла<br />
има корелация между молекулното тегло<br />
и вискозитета. С нагряването на маслото<br />
леките фракции се изпаряват, като по този<br />
начин се увеличава вискозитетът и се променят<br />
другите характеристики. Една от причините<br />
маслата PAO от Група IV да имат толкова<br />
предсказуемо поведение е фактът, че<br />
съдържат тясна гама от различни молекулни<br />
тегла. Група III+ (VHVI Very High Viscosity<br />
Index) също имат много тесен диапазон в<br />
сравнение с маслата от Групи I и II.<br />
на практика базовата суровина за получаване<br />
на тези вещества е нефтът или<br />
по-точно, често споменаваните парафини<br />
от процеса на депарафинизация. Молекулите<br />
им обаче биват разграждани до леки<br />
базови, а за композирането на новите се<br />
използва сложен процес на нов синтез.<br />
Група V<br />
Функционират като добавки. Това са основно<br />
естери и полиестери, които не се<br />
използват самостоятелно, но съществено<br />
подобряват качествата на маслата.<br />
Група IV<br />
Синтетични масла, включващи споменатите<br />
полиалфаолефини, които в комбинация<br />
с подходящи добавки имат изключително<br />
високо качество, устойчивост на<br />
корозия, отлични мазилни свойства, стабилен<br />
високозитет и окислителна устойчивост<br />
и са изграждащи компоненети на<br />
модерните синтетични масла. Противно<br />
за разпространеното (погрешно) мнение,<br />
www.shell.com/lubematch<br />
23
Вълшебният маслен слой<br />
Триене в лагерите на коляновия вал и<br />
в клапанния механизъм<br />
К<br />
акто споменахме по-рано, стремежът<br />
на инженерите е между всички движещи<br />
и триещи се части да бъде осигурен<br />
устойчив маслен филм, чрез който<br />
да се осъществява хидродинамично триене.<br />
За съжаление, на практика не се получава<br />
точно това. Сложният комплекс от<br />
фактори, например съчетани във „взаимоотношенията“<br />
между буталото и неговите<br />
пръстени, от една страна, и цилиндровите<br />
стени, от друга, има съществено значение<br />
в процеса на намаляване на триенето и<br />
същевременно е един от основните виновници<br />
за разходите от триене. Около<br />
45 процента от общите загуби от триене<br />
в автомобила са от триенето на водещата<br />
част на буталото и буталните пръстени с<br />
цилиндъра, тоест загубите в тази част на<br />
двигателя са два пъти по-големи от общите<br />
загуби в трансмисията. На практика<br />
60 процента от триенето в двигателя се<br />
дължат на тази група, около 30 процента<br />
(22,5 процента от всички загуби от триене)<br />
– на лагерите, около 8 процента – на<br />
системата за задвижване на клапаните<br />
и 6 процента – на коляновия вал. Както<br />
ще видим, по-ниските загуби при лагерите,<br />
въпреки голямото им натоварване,<br />
се дължат на осигурената от системата<br />
пълна маслена „възглавница“, отделяща<br />
въртящите се части от неподвижните. От<br />
друга страна, поради приложените сили<br />
върху коляновия вал той е ексцентриково<br />
изместен настрани и надолу, оформяйки<br />
така наречения хидродинамичен клин,<br />
за който споменахме по-рано, като там,<br />
където налягането е най-голямо, слоят<br />
изтънява, а налягането става изключително<br />
високо. Дебелината на филма зависи<br />
основно от вискозитета на маслото.<br />
По принцип, за да се осигури достатъчно<br />
качествен филм, е необходимо увеличаване<br />
на вискозитета на маслото. От друга<br />
страна, масло с по-нисък вискозитет и<br />
съответно с ниски загуби от прилаганите<br />
сили за преодоляване на вътрешното триене<br />
подобрява ефективността, има по-дълъг<br />
живот и логично е по-подходящо при<br />
високи оборотни режими. И все пак при<br />
по-голямо натоварване на лагерите е необходимо<br />
масло с по-висок вискозитет.<br />
От казаното става ясно колко труден е балансът<br />
в общите изисквания към маслото.<br />
Температурата на маслото тук също има<br />
съществено значение, тъй като повишаването<br />
й автоматично води до намаляване<br />
на дебелината на филма. В този смисъл<br />
един топъл рестарт на двигателя например<br />
може да доведе до повече рискове<br />
от повреда на лагерите поради факта, че<br />
Разпределение на налягането на маслото в лагера:<br />
1. Въртящ се вал; 2. Разпределение на налягането<br />
3. Горна и долна лагерна черупка; 4. Маслен филм<br />
24
остатъчният филм е по-тънък, отколкото<br />
би бил при студен рестарт. Забележете, че<br />
тук става дума за рестарт след кратък период<br />
на работа, а не след продължителен<br />
престой. Поради тази причина например<br />
автомобилите, оборудвани със страт-стоп<br />
система, би било добре да бъдат зареждани<br />
с висококачествени масла, а компании<br />
като Federal-Mogul вече произвеждат<br />
лагери със специално покритие (виж<br />
снимката долу вдясно) за намаляване на<br />
триенето при недостатъчна дебелина на<br />
филма. Както при тези лагери, така и при<br />
клапанните механизми от голямо значение<br />
за доброто смазване е и поляритетът<br />
на маслото и материалите, от който се<br />
определя способността на филма да се<br />
прилепва към металните части. Както<br />
повдигачите на клапаните, така и коляновият<br />
вал и неговите лагери се изработват<br />
от силно полярни материали, за да задържат<br />
по-качествено и продължително<br />
масления слой. От своя страна маслата<br />
от Група I, II и III са средно полярни, а<br />
основната базова съставка на синтетичните<br />
– полиалфаолефините, са ниско<br />
полярни, поради което те се нуждаят от<br />
допълнителни присадки, повишаващи<br />
поляритета, каквито например са базовите<br />
масла от Група V като полиолестер<br />
(PE) и полиалкалингликол (PAG). Повисокият<br />
поляритет води до полепване<br />
и натрупване на по-голямо количество<br />
масло по повърхността на материалите,<br />
което е особено важно за местата, където<br />
има случаи на гранично смазване.<br />
Друг важен компонент в уравнението<br />
на доброто смазване е обработката<br />
на повърхността на детайлите. Идеално<br />
полираните повърхности не са най-подходящите<br />
за осигуряване на идеално<br />
смазване – на практика микроскопичните<br />
неравности върху материала помагат<br />
за задържане на маслото към смазваните<br />
повърхности и осигуряват по-добрата му<br />
адхезия, като това е от особена важност<br />
при цилиндровите стени. Ограничаващият<br />
фактор по отношение на височината<br />
на тези неравности е дебелината на самия<br />
филм, за да не се получи директен контакт<br />
между металните части.<br />
Вискозитетът в голяма степен определя<br />
и устойчивостта на маслото към така<br />
наречения срез на масления филм. Ако<br />
приемем, че най-близкият слой до лагера<br />
е неподвижен заради адхезията към<br />
него, а този до шийката на вала се върти<br />
с неговата скорост по същата причина, то<br />
междинните слоеве се плъзгат един към<br />
друг с нарастваща скорост. По този начин<br />
молекулите в маслото се приближават<br />
една от друга и след това се отдалечават.<br />
Това действие изисква енергия, която<br />
се отделя във вид на топлина и зависи<br />
именно от вискозитета на маслото. Ако<br />
например маслото е прекалено вискозно,<br />
то ще се нагрее много силно в процеса на<br />
вътрешното триене и това може да доведе<br />
до разграждане на молекулите на базовото<br />
масло и добавките. В това отношение<br />
най-уязвими са най-дългите и най-тежките<br />
молекули в маслото, като молекулите<br />
на присадките VI (подобрителите на вискозитета)<br />
страдат от най-силна деградация<br />
в такива случаи. Ако това стане, стабилността<br />
на вискозитета при промяна на<br />
температурата ще бъде нарушена.<br />
Докато в лагерите на коляновия вал<br />
се появяват високи стойности на подобни<br />
сили на срез, в клапанния механизъм няма<br />
такива, но пък триенето е смесено гранично/еластохидродинамично.<br />
В този случай<br />
по-подходящо би било маслото с висок<br />
вискозитет като това в трансмисиите.<br />
Без покритие Irox<br />
Лагерни черупки на<br />
Federal-Mogul с допълнителен<br />
предпазващ<br />
слой. Те са предназначени<br />
за автомобили<br />
със старт-стоп система<br />
със значително поголям<br />
брой процеси на<br />
стартиране и съответно<br />
осъществяване на<br />
гранично смазване при<br />
повишено износване.<br />
С покритие<br />
www.shell.com/lubematch<br />
25
Триене и износване<br />
в цилиндрите и буталата<br />
К<br />
акто казахме по-горе, основната<br />
част от триенето в двигателя се генерира<br />
между буталните пръстени и<br />
водещата част на буталото, от една страна,<br />
и цилиндровите стени, от друга. В повечето<br />
случаи в двигателите с вътрешно<br />
горене буталните пръстени са три – два<br />
уплътнителни и един маслосъбиращ.<br />
Конструкциите им са най-различни,<br />
но ако горните два (уплътнителните)<br />
обикновено са пластини с монолитна<br />
конструкция, то третият (маслосъбиращият)<br />
е по-дебел и се състои от две<br />
пластини, свързани със зигзагообразна<br />
пружина, имаща за цел да създаде поплътен<br />
натиск към цилиндровите стени.<br />
Пръстените се изработват с около 10<br />
процента по-голям диаметър от този на<br />
цилиндъра, за да се използват естествените<br />
еластични сили за уплътняването<br />
към цилиндровата стена. При движението<br />
надолу маслосъбиращият пръстен,<br />
който буквално плува в масло, намалява<br />
дебелината на масления, слой, създаден<br />
под буталото по време на движението му<br />
нагоре, и насочва течността към отвори<br />
в буталото, след което тя се изсипва в<br />
картера. След това намиращият се над<br />
маслосъбиращия долен уплътнителен<br />
пръстен доостъргва маслото като шпатула<br />
(затова той има специфична изострена<br />
форма), оставяйки микроскопичен<br />
по своята дебелина маслен слой, върху<br />
който се движи най-горният пръстен. На<br />
практика масленият слой над него има<br />
дебелина от 0,001 микрона, или една<br />
милионна от милиметъра (за сравнение<br />
дебелината на филма в лагерите на коляновия<br />
вал е 1-1,5 микрона). Този пръстен<br />
е най-уязвим, защото е подложен директно<br />
на въздействието на топлината и<br />
механичното натоварване на газовете и<br />
същевременно трябва да намали в максимална<br />
степен възможността те да преминат<br />
покрай него. По тази причина той<br />
се изработва от възможно най-термоустойчиви<br />
материали, за да поеме част от<br />
натиска на газовете и да го предаде върху<br />
буталото, а така също да отведе и част от<br />
топлината към цилиндровите стени. Буталните<br />
пръстени са покрити с хром или<br />
са с термално (плазмено) отлагане на молибден,<br />
някои от тях използват и металкерамични<br />
композити като равномерно<br />
покритие или като вложки.<br />
Тази зона от своя страна създава изключително<br />
неблагоприятни условия и<br />
за масления слой, тъй като температурата<br />
на буталото в горната част на цилиндъра<br />
може да достигне около 160 градуса при<br />
бензиновите мотори и до екстремните<br />
315 градуса при дизелите. Неслучайно<br />
модерни дизелови двигатели с пълнене<br />
с високо налягане, като тези на BMW и<br />
Porsche (виж теста в броя), използват специални<br />
материали за буталата и сегментите<br />
и изискват масла с особено високи<br />
качества (това е така и заради по-високите<br />
нива на частиците, които навлизат<br />
в маслото). Именно заради тази част от<br />
двигателя важен елемент в маслата е наличието<br />
на противоизносни и противозадирни<br />
присадки, тъй като в горната си<br />
част пръстените преминават в режим на<br />
смесено мазане.<br />
В този контекст е добре да споменем,<br />
че освен маслото от особена важност за<br />
доброто взаимодействие между буталата,<br />
техните пръстени и цилиндровите стени е<br />
видът на материала, от който са изработени.<br />
Коефициентът на триене между алуми-<br />
26
ниеви повърхности е много висок, поради<br />
което дори в алуминиевите блокове се поставят<br />
чугунени цилиндрови втулки или<br />
се имплантират различни сплави, намаляващи<br />
коефициента на триене (NiCaSil,<br />
AluSil и т.н.) и осигуряващи подходяща<br />
повърхност за задържане на маслото.<br />
Процесът на смазването на пръстените<br />
и буталото дотук беше описан за<br />
тактовете с движение на буталото надолу.<br />
При хода нагоре смазването изцяло<br />
разчита на масления филм, останал при<br />
предишните ходове. Ако обаче някой от<br />
пръстените е износен или повреден, при<br />
движение нагоре върху горния пръстен<br />
се натрупва масло, което впоследствие се<br />
изхвърля при спирането на буталото и е<br />
един от основните причинители на разхода<br />
на масло. При нормално функциониращ<br />
двигател дебелината на слоя, оставен<br />
в цилиндъра, е толкова малка, че не влияе<br />
на горивния процес. При това маслото е<br />
прилепнало към стената, охладено е и не<br />
е в подходяща форма за осъществяване на<br />
горене. Разбира се, има двигатели, чиито<br />
хлабини, включително тези на лагерите,<br />
предполагат определен разход на масло<br />
при високи оборотни режими и натоварвания,<br />
като това трябва да е описано от<br />
производителя.<br />
Типичните материали за буталата са<br />
преди всичко леки сплави, но също и чугун,<br />
сферографитен чугун или легирани<br />
стомани. По-важни за нашето повествование<br />
са покритията им, които имат за цел<br />
да намалят триенето и износването, да<br />
подобрят термичните качества и устойчивостта<br />
на детонация.<br />
Тук също е важно цилиндровата стена<br />
да има такава повърхност, която да<br />
задържа маслото – както чрез прецизните<br />
неравности, така и посредством материалите,<br />
включително техния поляритет. В<br />
някои двигатели например се изработват<br />
своеобразни микроджобове с такава цел.<br />
При движението на буталото в средната<br />
част на неговия ход смазването е<br />
изцяло хидродинамично. В края на ходовете<br />
обаче се създават условия за смесено<br />
смазване. Както казахме, дебелината на<br />
слоя в тази част може да намалее до 0,001<br />
микрона (това означава един кубически<br />
милиметър масло, разпределен върху цял<br />
квадратен метър). При ходовете нагоре<br />
Смазващ<br />
маслен филм<br />
Посока на движ.<br />
на буталото<br />
Движение<br />
на маслото<br />
Вляво: Типично износване на цилиндъра(увеличено).<br />
Вдясно: Движение на пръстените върху масления слой.<br />
дебелината на филма при маслосъбиращия<br />
пръстен е по-малка от тази при предишните<br />
ходове и на практика е еднаква<br />
при отделните пръстени.<br />
От всичко казано дотук става ясно<br />
защо износването на цилиндъра е основно<br />
в горната и долната част от хода<br />
на буталото и защо невинаги смяната на<br />
буталните пръстени при ремонт би била<br />
достатъчна за възстановяване на добрата<br />
работа на двигателя. За да се намали това<br />
триене и износване, в маслата се добавят<br />
присадки за намаляване на износването<br />
(противозадирни присадки), като ZDDP<br />
(цинкдитиофосфат), модификатори на<br />
триенето, като молибденов диалкилтиокарбамид<br />
(MoDTC), и калциеви добавки,<br />
формиращи резистивни на износване<br />
слоеве от CaCO3 които контролират състоянията<br />
на гранично смазване. Няколко<br />
примера от лабораторни тестове: при<br />
покрити с молибден чугунени бутални<br />
пръстени и чугунен цилиндър коефициентът<br />
на триене (при масло с температура<br />
от 100 градуса) е бил 0,10...0,11<br />
без модификатори, а при добавяне на<br />
www.shell.com/lubematch<br />
27
MoDTC той се намалява на 0,04...0,05.<br />
Що се отнася до разликите в крайните и<br />
средните части на цилиндъра, примерите<br />
показват, че при използване на масло<br />
от 5W-30 в краищата на хода на буталото<br />
коефициентът на триене е 0,12...0,15, а в<br />
средата е 0,02....0,03. В условия на недостиг<br />
на масло в определени зони сивият<br />
чугун играе важна роля в намаляването<br />
на триенето със смазващия ефект на така<br />
наречената графитна фаза и с масления<br />
резервоар, осигурен в графитната фаза<br />
на материала. Фактор, който спомага за<br />
износването на тези части, са и големи<br />
количества рециркулирани отработили<br />
газове (EGR), особено ако са без филтрация<br />
на саждите и водят до увеличено износване<br />
на пръстените.<br />
Насоките в работата на конструкторите<br />
за намаляване на триенето в тази част<br />
на двигателя се състоят в нови сложни<br />
форми на буталните пръстени, намаляване<br />
на тяхната сила на натиск без загуба на<br />
качества (особено при маслосъбиращия<br />
пръстен, който има най-голямо общо съпротивление<br />
при движение) нови материали<br />
с по-нисък коефициент на триене и<br />
подходящи присадки в маслата.<br />
Температурата<br />
на маслото<br />
К<br />
ачествените синтетични масла с<br />
достатъчно нисък вискозитет в<br />
студено време достигат много побързо<br />
до всички части на двигателя,<br />
които до този момент са във фаза на<br />
сухо триене. Освен това от гледна точка<br />
на охладителните способности на<br />
маслото неговата температура не е в<br />
пряка връзка с тази на охладителната<br />
система.<br />
Температурата на маслото се покачва<br />
много повече при увеличаване<br />
на оборотите, отколкото при увеличаване<br />
на натоварването. При движение<br />
с ниска скорост в задръстване например<br />
температурата на маслото започва<br />
да спада поради ниските обороти<br />
и съответно слабото триене, докато<br />
температурата на охладителната система<br />
започва да се увеличава. Точно<br />
обратното се случва, когато водачът<br />
потегли надолу по някакъв склон със<br />
студен двигател и се спуска в продължение<br />
на километри на ниски предавки<br />
– охладителната система покачва<br />
температурата си незначително за<br />
разлика от маслото. По тази причина<br />
BMW използва в своите двигатели<br />
топлообменници от типа масло-вода,<br />
които балансират разликите и спомагат<br />
за охлаждане и на маслото. Много<br />
от модерните двигатели са оборудвани<br />
с охладители на маслото – ясно защо<br />
предвид всичко, казано дотук.<br />
M<br />
асленият филм може да се разкъса под въздействие на фактори като критично нисък<br />
вискозитет, шоково или твърде продължително високо натоварване и обороти и това<br />
да доведе до гранични режими с частичен или директен контакт между металните повърхности,<br />
да предизвика високи температури вследствие на триенето и в крайна сметка да<br />
се стигне до разрушаване. Поради тази причина в състава на маслата се включват специални<br />
противоизносни присадки, които покриват трайно метала и предотвратяват разрушаването му в<br />
случай на директен допир. Най-голямото предизвикателство пред химиците се състои в това да<br />
композират маслата така, че те да запазват смазочните си качества за продължителен период<br />
от време, през който са подложени на екстремни механични и топлинни натоварвания, наличие<br />
на разтворено гориво, образували се киселини, окиси, сажди, азот, вода, метални частици и<br />
замърсители, преминали през всмукателните колектори.<br />
28
УНИВЕРСАЛЕН БОЕЦ<br />
Условия на<br />
експлоатация<br />
П<br />
о време на своята експлоатация<br />
моторните масла са подложени на<br />
изключително големи механични<br />
натоварвания, на физически и химически<br />
въздействия. Една от най-важните по<br />
отношение на трайните промени в характеристиките<br />
на маслото химически<br />
реакции е окисляването и в този контекст<br />
от особена важност са съответните<br />
стабилизиращи присадки. При реакцията<br />
на маслото с кислорода в двигателя<br />
се образуват вредни за конструктивните<br />
му компоненти киселини, които от своя<br />
страна водят до корозия на металните<br />
части, до критична промяна на вискозитета,<br />
образуване на отлагания и налепи.<br />
С течение на времето подобни субстанции<br />
могат да запушат маслопроводите, а<br />
налепите могат да доведат до затруднено<br />
движение и слепване на клапаните. Процепите<br />
в буталата, предназначени за връщане<br />
на маслото към картера, могат да<br />
се запушат, а това от своя страна води до<br />
увеличен разход на масло и образуване<br />
на нагар по буталото. Подобни наслагвания<br />
могат да се образуват и по капаците<br />
на клапанните механизми, по решетката<br />
на маслената помпа и пр. Поради тези<br />
причини при рафинирането част от продуктите,<br />
като някои ароматни, ненаситени<br />
и нафтенови въглеводороди, склонни<br />
да се окисляват по-лесно, се отделят, а<br />
устойчивостта срещу окисляване се подобрява<br />
с добавянето на въпросните специални<br />
присадки.<br />
Друг изключително съществен елемент<br />
при създаването на качествени и<br />
устойчиви масла е фактът, че в съвременните<br />
двигатели с вътрешно горене<br />
върху масления слой се упражняват големи<br />
сили на натоварване, които могат<br />
да променят молекулярната му структура.<br />
Оказва се, че най-уязвими в това<br />
отношение са присадките за подобряване<br />
на вискозитета. В повечето случаи<br />
промените в молекулярната структура<br />
са „еластични“ и частиците се възстановяват<br />
след прекратяване действието на<br />
силите, но при продължителни големи<br />
термични и механични натоварвания,<br />
несъответстващи на експлоатационните<br />
възможности на маслото, е напълно възможно<br />
да бъде прескочена определена<br />
30
критична граница и промените да станат<br />
трайни. Най-устойчиви на въздействието<br />
на тези сили са висококачествените<br />
синтетични масла.<br />
Замърсяванията на маслото също<br />
водят до влошаване на работата му.<br />
Най-честите замърсители са песъчинки,<br />
мръсотия и прах от въздуха, сажди, неизгоряло<br />
гориво, кондензирала при горивния<br />
процес вода, метални частици, които<br />
масленият филтър не може да задържи,<br />
продукти на корозията и части от самото<br />
масло, които са се разградили в процеса<br />
на работа. Всеки от тези продукти сам по<br />
себе си е изключително вреден и същевременно<br />
ясно демонстрира колко високотехнологични<br />
течности са маслата,<br />
които продължават да вършат чинно своята<br />
работа дори и след дълги километри<br />
пробег и насищане с подобни замърсители,<br />
като съществена роля в тази устойчивост<br />
имат присадките. При това трябва<br />
отново изрично да отбележим че маслото<br />
е прецизно балансиран комплекс и че<br />
тези присадки нямат нищо общо с продаваните<br />
в магазините „адитиви“.<br />
Присадки<br />
М<br />
аслата трябва да могат да изпълняват<br />
предназначението си и при наличие<br />
на замърсители, като вода,<br />
прах, продукти на горенето и на други<br />
химични реакции. Голяма част от попадналите<br />
в маслото едри частици се улавят<br />
в масления филтър, но по-малките<br />
остават в маслото, постепенно влошават<br />
качеството му, стават предпоставка за износване<br />
и в крайна сметка се превръщат<br />
в една от причините за неговата смяна.<br />
Присадките в маслата играят съществена<br />
роля за осигуряване на стабилността<br />
им при високи температури, противодействат<br />
на замърсяването с вода, гориво<br />
и вредни киселинни продукти на горенето.<br />
Те включват метални и полимерни<br />
дисперсанти (от англ. disperce – разпръсквам,<br />
разсейвам), антикорозионни и<br />
антиокислителни присадки, противоизносни<br />
и противозадирни, подобрители<br />
на вискозитета и присадки за предотвратяване<br />
на формирането на кристали при<br />
ниски температури, деемулгиращи и антипенни.<br />
Присадките са скъпи субстанции<br />
със специфично предназначение,<br />
които се прибавят в точно определено<br />
количество за постигане на определен<br />
баланс с изключителна важност – дори и<br />
малките отклонения могат да променят<br />
значително експлоатационните качества<br />
на маслото. Количествата и съотношението<br />
се определят от производителите след<br />
интензивни лабораторни експерименти<br />
и динамометрични тестове на двигателите.<br />
Точният вид и количество на веществата,<br />
които формират присадките, е<br />
известен само на производителите, затова<br />
няма случай, в който производителите<br />
на масла да препоръчват или адмирират<br />
използването на допълнителни присадки<br />
– напротив, те смятат, че се нарушава<br />
въпросният баланс на внимателно композираните<br />
съставки и в крайна сметка<br />
може да се получат нежелани химични<br />
реакции и съединения.<br />
За да се предотврати триенето на метал<br />
в метал там, където е възможно кратковременно<br />
това да се случи, се използват<br />
различни съединения, като споменатите<br />
на цинк и фосфор – те оформят тънък<br />
граничен филм, позволяващ дори кратковременно<br />
директно триене на частите<br />
без катастрофални последици. Действие-<br />
www.shell.com/lubematch<br />
31
Присадките имат множество функции – например<br />
да намаляват образуването на пяна.<br />
то им се базира на химическото взаимодействие<br />
на продуктите от тяхното разпадане<br />
с триещите се метални повърхности.<br />
Противоизносните и противозадирни<br />
присадки обаче не функционират пълноценно<br />
при студен двигател, което е една<br />
от основните причини за изключително<br />
интензивното износване на мотора след<br />
студен старт. При това те губят свойствата<br />
си с течение на времето, което също е<br />
една от основните причини за необходимостта<br />
от смяна на маслото.<br />
Абразивното износване, причинено<br />
от присъствието на различни твърди<br />
частици и продукти на окисляването в<br />
маслото, се избягва с помощта на филтрите,<br />
а действието на по-малките частици<br />
се елиминира чрез противоизносни<br />
модификатори. Опасността идва главно<br />
от възможността частиците да започнат<br />
да се слепват и да увеличат размерите<br />
си, при което се получават утайки, лакови<br />
отлагания и нагар. Така наречените<br />
детергенти (почистващи) и дисперсанти<br />
(хомогенизатори) се поставят в маслото,<br />
за да „неутрализират“ тези частици, позволявайки<br />
им да циркулират свободно в<br />
течността. Молекулите на присадките са<br />
изградени от две основни части – дълги<br />
въглеводородни опашки и полярни глави.<br />
Опашката поддържа дисперсантите,<br />
разтворени в маслото, а полярната глава<br />
привлича частиците замърсители.<br />
Още една съществена задача на моторното<br />
масло е намаляването на отлаганията<br />
и предотвратяването на корозивните<br />
процеси, за което се грижат<br />
детергентите. Корозивното износване се<br />
причинява от киселинни продукти на<br />
горенето, смоли и други съединения, които<br />
попадат върху буталните пръстени,<br />
а специалните присадки отговарят за<br />
тяхното неутрализиране. Премахването<br />
на оловните антидетонатори в бензините<br />
и намаляването на нивата на сярата<br />
изключително много улесни работата на<br />
маслата, но стабилността им си остава<br />
ключов въпрос и в голяма степен се определя<br />
от склонността към окисляване,<br />
на което по принцип се противодейства с<br />
антикорозионни присадки, които разрушават<br />
веригите на свободните радикали<br />
и прекисите, участващи в окислителния<br />
механизъм.<br />
Химиците решават проблемите с<br />
противоречивите изисквания към условията<br />
на смазване при ниски и високи<br />
температури чрез добавяне на подобрители<br />
на вискозитета – полимери с дълги<br />
молекулни вериги и молекулно тегло<br />
между 10 000 и 1 000 000. Тези молеку-<br />
Полусинтетичните масла съдържат до<br />
около 30 процента синтетични компоненти.<br />
32
ли притежават способността да се „издуват“<br />
с увеличаване на температурата,<br />
запазвайки вискозитета на маслото на<br />
достатъчно високо ниво при високи температури.<br />
Към споменатите присадки трябва<br />
да се добавят и антипенните, които при<br />
разбъркването, клатенето и загребването<br />
на масло от картера от страна на мотовилките<br />
пречат на маслото да се „разбълбуква“.<br />
Появата на въздушни мехури в<br />
резултат от това значително би влошила<br />
ефективната работа на мазилната система.<br />
Деемулгиращите присадки пък помагат<br />
за отделянето на случайно навлязла<br />
вода в системата.<br />
Проектирането на целия този комплекс<br />
от субстанции е много сложен<br />
процес и включва доста теоретична и<br />
практическа работа, състояща се в множество<br />
лабораторни и динамометрични<br />
тестове, и затова обикновено производителите<br />
на масла работят в тясно<br />
сътрудничество с компаниите, изработващи<br />
двигателите. Същевременно<br />
фирмите, които произвеждат присадки,<br />
никак не са много – на практика 90<br />
процента от тях се доставят от Lubrizol,<br />
Chevron Oronite (подразделение на<br />
ChevronTexaco), Infineum (подразделение<br />
на ExxonMobil) и Afton.<br />
Най-голямото предизвикателство<br />
за инженерите през последните години<br />
става необходимостта от създаване на<br />
масла, чиито присадки не замърсяват<br />
новите филтри за азотни окиси и DPF<br />
филтрите. Тъй като някои съдържащи<br />
се в присадките вещества, включително<br />
съединения на метали, сяра (присъстваща<br />
в състава на антиоксидантите, в<br />
противозиносните присадки, в детергентите<br />
и в базовите масла), фосфор (в<br />
противоизносните присадки) и сулфатна<br />
пепел (това са соли на сярната киселина,<br />
в случая калциеви фосфорни и<br />
серни сулфати, съдържащи се в противоизносните<br />
модификатори), се оказват<br />
противопоказни съответно за DeNOx катализаторите,<br />
трипътните катализатори<br />
и за филтрите за твърди частици и ги<br />
запушват, налага се да се търсят техни<br />
заместители. Маслата, в които тези вещества<br />
са с по-ниско съдържание, получиха<br />
названието Medium и Low SAPs (от<br />
английските Sulphated Ash, Phosphorous<br />
and Sulphur). Това е най-новото поколение<br />
масла, които според създателите им<br />
са плод на най-драстичните промени в<br />
молекулната архитектура на маслата в<br />
последните години. В тях се използват<br />
модифицирани присадки, поради което<br />
трябва да се употребяват само в държави,<br />
в които се предлагат нискосерни<br />
горива, тъй като тези масла нямат способността<br />
да абсорбират големи количества<br />
сяра. В конвенционалните масла<br />
се съдържат около 80 процента базово<br />
масло, 4-6 процента вискозитетен модификатор<br />
и 12-14 процента пакет от присадки.<br />
Видът на първата част и пакетът<br />
от вторите две определят качествата на<br />
маслото. В пакета присадки се съдържат<br />
около 33 процента детергенти (неметални<br />
компоненти), около 55 процента<br />
дисперсанти (базирани на метали), 10<br />
процента противоизносни (базирани<br />
на метали) и около 2 процента антиоксиданти<br />
(неметални). В маслата като<br />
Clean Performance на Castrol са намалени<br />
металните съединения, детергентната<br />
пепел и конвенционалните противоизносни<br />
присадки. Дисперсантите се<br />
намаляват до 50 процента, детергентите<br />
до 16 процента, противоизносните до 5<br />
процента, а антиоксидантите се увеличават<br />
двойно. Вместо тях се добавя 25<br />
процента изцяло нов пакет от присадки.<br />
Тестовете<br />
К<br />
онтролът на качеството на смазочните<br />
масла се осъществява от повечето<br />
компании чрез лабораторни,<br />
моделни, моторни и експлоатационни<br />
изпитания. При лабораторните методи<br />
се осъществяват химични, физически и<br />
физикохимически анализи, а изследваните<br />
показатели са вискозитетът, пламната<br />
температура, температурата на<br />
замръзване, коксовият остатък, общата<br />
киселинност, пепел, цвят съдържание на<br />
вода и т.н.<br />
При моделните методи се извършва<br />
изследване на експлоатационните<br />
свойства на смазочните масла, като антиокислителни,<br />
противоизносни, анти-<br />
www.shell.com/lubematch<br />
33
корозионни, миещи и т.н. способности.<br />
За целта са създадени методи, които<br />
симулират работата на маслата в реална<br />
обстановка. Сред тях например са<br />
тестовете за измерване на вискозитета<br />
при високи температури и натоварвания<br />
и следователно при наличие на големи<br />
сили, стремящи се да разкъсат молекулите<br />
на маслото. В тази група са и<br />
тестовете за загубите при изпарение, за<br />
износване (при така наречения „тест на<br />
четирите топки“ метални топки се трият<br />
интензивно и продължително една<br />
в друга в маслена баня от съответната<br />
проба, след което се измерва тяхното износване),<br />
за минималната температура,<br />
при която маслената помпа може да задвижи<br />
маслото и да снабди триещите се<br />
части. Третият вид тестове са моторни<br />
– при тях маслата се сравняват с еталонни<br />
продукти, като се измерват динамометричните<br />
показатели при работата на<br />
стендови двигатели. От особено голяма<br />
важност обаче са експлоатационните<br />
тестове, при които различни марки автомобили<br />
се зареждат с определен вид<br />
масло, експлоатират се в рамките на определен<br />
период от време и след това се<br />
разглобяват и анализират.<br />
Цветът на маслото<br />
Ново Добро Добро, Лошо, смяна<br />
план. смяна<br />
бща заблуда е, че цветът на маслото<br />
може да послужи като ясен и<br />
Окатегоричен индикатор за неговото<br />
състояние. В повечето случаи маслото<br />
почернява след кратък период на употреба.<br />
Някои масла могат да останат чисти<br />
дълго време, но най-често всички, независимо<br />
от условията на експлоатация,<br />
почерняват и това е напълно нормално.<br />
При дизеловите двигатели маслото обикновено<br />
става черно само след няколкочасова<br />
употреба.<br />
Цветът на маслото само в определена<br />
степен определя неговите смазващи<br />
свойства. Единственият начин те да бъдат<br />
проучени е чрез сложен химически<br />
или спектрографски анализ, като основен<br />
приоритет при изследването е търсенето<br />
на метални примеси. За целта части<br />
34
от маслената проба се загряват с волтова<br />
дъга до около 8000 °С, а излъчваната при<br />
това светлина се разлага на спектрални<br />
цветове и се анализира. По този начин се<br />
установяват не само експлоатационните<br />
свойства и „износването“ на маслото, но<br />
и състоянието на двигателя и респективно<br />
неговото износване. В света съществуват<br />
няколко организации, които правят<br />
подобни анализи, и тези методи са съществен<br />
елемент в стремежа на големите<br />
корпоративни клиенти, използващи<br />
множество автомобили – леки и товарни<br />
– да оптимизират работата на механизирания<br />
си парк и да спестят значителни<br />
средства.<br />
Предимства на<br />
скъпите масла<br />
О<br />
сновният фактор, който кара хората<br />
да се въздържат от покупката на<br />
синтетични масла, е по-високата им<br />
цена. Дали обаче, ако се отчетат всички<br />
фактори в процеса на експлоатацията<br />
им, сметката няма да излезе малко поразлична?<br />
Според предписанията на<br />
производителите голяма част от движещите<br />
се по нашите шосета автомобили<br />
могат да използват вече остарели<br />
експлоатационни класове. Разбира се,<br />
ако маслото притежава сертификат от<br />
съответния производител, то проблеми<br />
не трябва да има. На практика все още<br />
най използвани си остават минералните<br />
масла, но в повечето случаи замяната със<br />
скъпото синтетично масло все пак би излязла<br />
по-евтино.<br />
Да започнем с този факт – леките<br />
масла помагат в пестенето на гориво.<br />
По принцип икономията на гориво при<br />
използването на синтетични продукти<br />
в сравнение с еквивалентни минерални<br />
масла не може да се определи с голяма<br />
точност и зависи от доста фактори, но тя<br />
винаги е факт и варира между 2 и 8%.<br />
Лабораторно доказано е, че в повечето<br />
случаи използването на синтетично масло<br />
с вискозитетен клас 0W, 5W и дори<br />
10W може да доведе до 4-5% икономия<br />
в сравнение с минерални масла с вискозитетен<br />
клас 10W-40 и 15W-50. Употребата<br />
на подобни синтетични продукти в<br />
съчетание с по-добрите им експлоатационни<br />
качества води до най-големи икономии<br />
при студено стартиране в лоши<br />
климатични условия, защото те не се<br />
сгъстяват при ниски температури, имат<br />
добри мазилни свойства и оказват слабо<br />
съпротивление на маслената помпа. Освен<br />
това допълнителен бонус е фактът,<br />
че подобни масла по-бързо достигат и се<br />
разпределят по триещите се повърхности<br />
в двигателя, намалявайки загубите<br />
от триене (отново икономия на гориво)<br />
и износването на агрегата – при това при<br />
всякакви условия, а не само при ниски<br />
температури.<br />
Съгласно ширещото се мнение използването<br />
на синтетични масла води<br />
до увеличения им разход, но това съв-<br />
www.shell.com/lubematch<br />
35
сем не е вярно, защото при достигане<br />
на нормалната работна температура на<br />
двигателя тези масла имат същия вискозитет<br />
като обикновените. Тъй като<br />
обаче са съставени от по-качествените<br />
субстанции, споменати по-горе, при високи<br />
температури те имат значително<br />
по-ниска изпаряемост, с което логично<br />
способстват за намаляване разхода на<br />
масло. Интересно е да се отбележи, че<br />
при замяната на минералното масло със<br />
синтетично разходът на масло може да<br />
се увеличи не поради неговата по-добра<br />
течливост, а защото синтетичните масла<br />
имат свойството да отмиват голяма част<br />
от отлаганията и нагарите, откривайки<br />
по този начин запечатаните от тях прорези,<br />
луфтове и хлабини, дължащи се на<br />
износването.<br />
Друг съществен фактор по отношение<br />
на икономиите е обстоятелството,<br />
че в повечето случаи тези висококачествени<br />
синтетични масла са от т.нар. long<br />
life вид, тоест предписаният пробег до<br />
следващата смяна е значително удължен.<br />
При един и същ модел масла той може да<br />
варира (в зависимост от предписанията<br />
на автомобилния производител и съответния<br />
модел автомобил) от 15 000 до 50<br />
000 км. Различните автомобилни производители<br />
имат различни приоритети по<br />
отношение на оценката на промените в<br />
експлоатационните параметри на маслото<br />
и износването на двигателите и всеки<br />
един от тези фактори носи различна тежест<br />
при определяне на пробега. Поради<br />
тази причина едно и също масло може да<br />
бъде предписано с различен пробег при<br />
BMW и при VW. Това е така, защото при<br />
Volkswagen най-важен параметър е износването<br />
на компонентите на двигателя, а<br />
от по-малко значение е натрупването на<br />
отлагания. В оценъчната система на BMW<br />
натрупването на отлагания пък е от приоритетно<br />
значение, докато при Opel например<br />
те въобще не влизат в сметките.<br />
Другояче казано, ако в този случай определени<br />
компоненти в един двигател не се<br />
износват дори и при 50 000-километров<br />
пробег с едно и също масло, независимо<br />
от натрупването на отлагания, параметрите<br />
на маслото се включват в граничните<br />
стойности за експлоатационен пробег,<br />
предписани от даден производител. Това<br />
именно обяснява разликите, които се получават<br />
при предписанията на различните<br />
автомобилни производители по отношение<br />
на едни и същи видове масла.<br />
Съвсем отделен е въпросът, че собствениците<br />
на автомобили от определени<br />
марки и модели нямат голям избор<br />
при покупката на масло. Така например<br />
автомобилистите, притежаващи дизелови<br />
VW TDI с техника на впръскване<br />
помпа-дюза, и всички собственици на<br />
модели с удължен интервал на обслужване<br />
трябва задължително да ползват<br />
специално композирани масла, поради<br />
големите натоварвания в помпа-дюзите,<br />
а цената им понякога е доста висока. В<br />
случая е добре собствениците на такива<br />
автомобили винаги да носят масло за доливане<br />
от специфичния продукт.<br />
Бензиновите двигатели могат да работят<br />
и с по-евтино масло, ако клиентът<br />
декларира, че се отказва от удължения интервал<br />
на обслужване и е съгласен маслото<br />
да се сменя на 15 000 вместо на 30 000<br />
км. По този начин обаче не могат да се постигнат<br />
реални икономии. Тенденцията<br />
към увеличаване на експлоатационните<br />
интервали на обслужване беше подета от<br />
производителите на автомобили в Европа<br />
преди малко повече от 10 години, през<br />
1999 г., но вече е трайна, а въпросният<br />
интервал все повече нараства. При бензиновите<br />
двигатели той вече е средно 30<br />
000 км, а при дизеловите 20 000 км, като<br />
при някои производители (VW) дори е повисок.<br />
Но тук задължително трябва да се<br />
отбележи фактът че това зависи и от замърсеността<br />
на средата, времевия интервал<br />
на използването на маслото, както и<br />
общия брой на стартовете на двигателя.<br />
36
Енергоспестяващите масла<br />
С<br />
последните нормативи за намаляване<br />
на нивата на въглероден двуокис и<br />
респективно намаляване на разхода на<br />
гориво в съществен елемент се превръщат<br />
фактори като намаляването на триенето в<br />
двигателите чрез използване на енергоспестяващи<br />
масла, тъй като, особено при ниски<br />
скорости на движение, триенето в двигателя<br />
играе огромна роля по отношение на<br />
разхода на гориво.<br />
Енергоспестяващите масла са висококачествени<br />
синтетични продукти, които отговарят<br />
на високи експлоатационни класове,<br />
но имат нисък горен вискозитетен клас – такива<br />
са например масла 0W-20 или 5W-20.<br />
Това означава, че при нормална работна<br />
температура те са значително по-течливи<br />
и по този начин създават предпоставки за<br />
намалени загуби от триене. В комбинация<br />
с подходящите присадки за намаляване на<br />
триенето те гарантират понижено съпротивление<br />
в основните и мотовилковите лагери<br />
при въртенето на коляновия вал, движението<br />
на буталата и клапанния механизъм,<br />
което води до намаляване на разхода на<br />
гориво. В момента най-ефективни като съчетание<br />
се оказват маслата с вискозитетен<br />
клас 5W-30 с подходящ комплекс от присадки<br />
за намаляване на триенето.<br />
Според изследванията енергоспестяващо<br />
масло с вискозитетен клас 5W-30 намалява<br />
разхода на гориво спрямо конвенционалните<br />
15W-40 с от 5 до 10% в градско<br />
движение и с около 3% при извънградско.<br />
Намеренията на производителите на автомобили<br />
са за широко преминаване към<br />
горен вискозитетен клас 30 и тенденция<br />
към намаляването му до 20 в близко бъдеще.<br />
Двигателите, предназначени за работа<br />
с енергоспестяващи масла, разполагат с<br />
пригодена за ниския им вискозитет мазилна<br />
система.<br />
Двигатели,<br />
захранвани<br />
с алтернативни<br />
горива<br />
П<br />
риродният газ и пропанът не съдържат<br />
сяра или смоли, така че някои<br />
специфични присадки в маслата<br />
няма с какво да се съединяват; поради<br />
това те изгарят и могат да станат причина<br />
за образуване на нагар по клапаните и<br />
свещите. Този процес може да се влоши,<br />
особено в случай че двигателят е термично<br />
претоварен поради нередкия проблем<br />
с неправилната настройка на ъгъла на<br />
изпреварване на запалването. За този тип<br />
двигатели се разработват специално нискоадитивни<br />
масла, а за по старите мотори<br />
не се препоръчва използването на нископепелни<br />
масла. По-различен състав имат<br />
38
и маслата, предназначени за работа във<br />
FlexFuel двигатели, заради проблемите с<br />
разтвореното в маслото гориво и силното<br />
корозивно действие на алкохола. При използването<br />
на биодизел в дизелови двигатели<br />
също трябва да се потърси информация<br />
от производителя за съвместимостта<br />
на маслото с този вид гориво.<br />
Масла за<br />
автомобили с<br />
голям пробег<br />
Т<br />
ова обикновено са специфични минерални<br />
или полусинтетични продукти,<br />
съдържащи повече противоизносни,<br />
запечатващи пропускащите уплътнения<br />
и почистващи нагара по буталата и отлаганията<br />
присадки. Имат слаба склонност<br />
към изпаряване, с което спомагат за намаляването<br />
на разхода. Не трябва обаче<br />
да ги бъркаме със специалните масла за<br />
класически автомобили, които са доста<br />
специфични минерални продукти.<br />
Маслата и<br />
турбокомпресорите<br />
време на празен ход, за да се охлади компресорът<br />
и да спаднат оборотите на турбината<br />
преди изключване. Синтетичните<br />
масла са много устойчиви на подобни<br />
термични натоварвания и се препоръчват<br />
за турбокомпресорните машини.<br />
Много важен аспект в това отношение е<br />
при стартиране на двигателя маслото да<br />
достигне до лагера на турбокомпресора в<br />
рамките на 2 до 5 секунди, защото в противен<br />
случай износването е значително,<br />
като и в това отношение синтетичните<br />
масла значително превъзхождат минералните.<br />
Въобще много важно е маслото<br />
бързо да достигне всички части на<br />
мазилната система и производителите<br />
често информират клиентите си относно<br />
този показател.<br />
Важността<br />
на филтрите<br />
И<br />
зключително значими компоненти<br />
в общата система, отговорна за качествено<br />
смазване на двигателите,<br />
са маслените, горивните и въздушните<br />
филтри. Частиците, които маслените<br />
филтри задържат, имат произход от<br />
най различно естество, като например<br />
сажди от работата на двигателя (особено<br />
при дизеловите агрегати). Сериозен<br />
приток на замърсители е въздухът,<br />
засмукван от двигателя, а дизеловите<br />
машини са особено уязвими и в това<br />
отношение, защото работят с обилни<br />
количества въздух (поради тези и ред<br />
други причини експлоатационните класове<br />
на маслата за дизеловите двигатели<br />
К<br />
огато двигател, оборудван с турбокомпресор,<br />
бъде изключен, температурата<br />
в компресора рязко се увеличава.<br />
Маслото от своя страна прегрява,<br />
може да се коксува (да се разпадне, образувайки<br />
чист въглерод) и с течение на<br />
времето да се натрупат въглеродни отлагания<br />
по лагера. По тези причини винаги<br />
е добре двигателят да поработи известно<br />
Филтър на BMW<br />
и топлообменник<br />
с охладителната<br />
система.<br />
www.shell.com/lubematch<br />
39
винаги съответстват на по-високи класове<br />
при бензиновите). Много трудно се<br />
отделят от маслото разтвореното гориво<br />
и вода, като в някои големи машини за<br />
целта се поставят специални сепаратори.<br />
Изключително необходимо е качественото<br />
филтриране на металните частици,<br />
отделяни от различните триещи<br />
се елементи в двигателя – при спектрален<br />
анализ в маслото могат да се открият<br />
следи от желязо, мед, олово, алуминий<br />
(най-вече градивен компонент на<br />
буталата), хром (от буталните пръстени),<br />
калай и т.н. Други съществени източници<br />
на замърсяване са полимери,<br />
песъчинки и метали – отпадъчни продукти<br />
от използването на различни съоръжения<br />
при леенето и сглобяването на<br />
двигателите.<br />
Неоспорим факт е, че дори при<br />
свръхмодерните методи в съвременното<br />
двигателостроене, в моторите остават<br />
множество продукти, затова филтрирането<br />
на маслото е много важно. Изследванията<br />
показват, че частиците с размер<br />
до 5 микрона са най-вредни по отношение<br />
на абразивния и ерозивен ефект<br />
върху цилиндрите и буталните пръстени<br />
(това са 28% от всички отделени<br />
частици), докато частиците с диаметър,<br />
по-голям от 8 микрона, играят съществена<br />
роля при износването на лагерите<br />
на коляновия вал.<br />
За да се предотврати това, се използват<br />
различни видове филтри в зависимост<br />
от предназначението на двигателите<br />
и условията на работа. Повърхностно<br />
филтриращите елементи са или еднослойни,<br />
изработени от импрегнирана<br />
хартия, или имат пластова структура,<br />
съдържаща хартия и синтетични материали.<br />
Те обикновено спират частиците<br />
с размер от 10 до 40 микрона. Върху<br />
опаковката на някои от филтрите е изписана<br />
информация за ефективността им<br />
при задържане на частиците с различен<br />
размер. Понякога като вторични или<br />
байпасни елементи се използват така наречените<br />
дълбочинни филтри, съдържащи<br />
абсорбиращо вещество, като азбест и<br />
целулоза. Много важен фактор при смяната<br />
на маслените и особено на въздушните<br />
филтри е средата, в която се движи<br />
автомобилът.<br />
Причини за разход<br />
на масло<br />
Разходът на масло е индикатор за проблеми<br />
в двигателя и може да се дължи на следните<br />
причини:<br />
4 Течове от тръбопроводи, гарнитури, уплътнения<br />
и т.н.<br />
4 Семеринги на лагерите на коляновия вал<br />
4 Износени основни лагери – така цилиндърът<br />
се облива с масло, което пръстените не<br />
могат да поемат.<br />
4 Износени или повредени мотовилкови<br />
лагери – същата причина, но „наводнява“<br />
цилиндъра с още повече масло<br />
4 Износени или повредени лагери на разпределителния<br />
вал – маслото отива във водачите<br />
на клапаните<br />
4 Деформирани или надрани цилиндрови<br />
стени<br />
4 Запушени клапани на системата за вентилация<br />
на картера<br />
4 Износени или повредени бутални пръстени<br />
или канали<br />
4 Износени или повредени клапани, водачи<br />
и уплътнителите им<br />
4 Запушени маслени канали<br />
4 Замърсено масло – води до износване на<br />
частите<br />
4 Износен лагер на турбокомпресор<br />
4 Разреждане с гориво<br />
40
ОЦЕНКИ НА МАСЛОТО<br />
С еволюцията на автомобилите се развиват и моторните масла, а класификацията<br />
на API е един от изразите на този факт.<br />
Вискозитетен клас<br />
К<br />
акто казахме, през 1911 г. дружеството<br />
на американските автомобилни<br />
инженери (SAE) създава<br />
първата стандартизирана система за<br />
описание на вискозитета на маслата, в<br />
която са включени шест „зимни“ класа<br />
(от 0W до 25W) в зависимост от проникващите<br />
свойства (течливостта) при ниски<br />
температури и пет летни класа (20-<br />
60), определящи поведението на маслото<br />
при температура от 100 °С. При всесезонните<br />
масла формулата за определяне на<br />
вискозитетния клас е съчетание от двете<br />
стойности, показващи вискозитета при<br />
ниски и високи температури. Химиците<br />
говорят за динамичен, кинематичен и условен<br />
вискозитет.<br />
Оценка на<br />
маслото по<br />
експлоатационно<br />
ниво<br />
И<br />
зключително погрешно е качествата<br />
на маслото да се определят само<br />
на базата на вискозитетния клас.<br />
Както вече видяхме, маслата трябва да<br />
отговарят на още много изисквания,<br />
като устойчивост срещу окисляване и<br />
корозия на металните елементи, мазилни<br />
свойства, температури на застиване<br />
и пр. Именно на тази база се създават<br />
и класификациите по експлоатационни<br />
качества. Дълго време те се определят<br />
само от API, но след това към тях<br />
се добавят и европейската систематика<br />
ACEA, както и класификации по подобни<br />
критерии на самите компании, като<br />
BMW, Porsche, VW и пр. Във всеки от<br />
тези класове се определят многобройни<br />
оценъчни параметри и гранични стойности,<br />
затова всяко масло получава<br />
сертификат с оценките по различните<br />
системи. Понякога производителите на<br />
масла изписват на етикета нещо като<br />
„отговаря на изискванията на еди-кой<br />
си производител на автомобили“ защото<br />
всеки от автомобилните производители<br />
иска доста висока сума, за да<br />
сертифицира маслото. По този начин<br />
се обозначава, че то би покрило тези<br />
изисквания, ако го тества самият производител.<br />
Със създаването на модерните<br />
турбокомпресорни бензинови и<br />
дизелови двигатели с директно впръскване<br />
изискванията към моторните масла<br />
станаха много високи и единствено<br />
висококачествените синтетични масла<br />
могат да покрият най-високите стандарти<br />
в момента. Най-голямото предизвикателство<br />
за инженерите през последните<br />
години става необходимостта<br />
от създаване на масла, чиито присадки<br />
не замърсяват новите филтри за азотни<br />
окиси и DPF филтрите, за които споменахме<br />
по-рано.<br />
www.shell.com/lubematch<br />
41
КЛАСИФИКАЦИИ ПО API<br />
Въпреки само двата си цилиндъра, бензиновият<br />
мотор на Fiat е високотехнологичен.<br />
В тази система с буква S се означават<br />
класовете за бензинови двигатели, а със<br />
C – тези за дизелови. Всяка следваща<br />
буква в азбуката съответства на по-горен<br />
експлоатационен клас, като обикновено<br />
буквите от бензиновите класове съответстват<br />
на по-предна буква в дизелов клас.<br />
При наличие на енергоспестяващи свойства<br />
маслото се обозначава с абревиатура<br />
EC (Energy Conserving), като римската<br />
цифра I означава наличие на средни по<br />
ниво свойства, а II свидетелства за високи<br />
енергоспестяващи свойства. Системата,<br />
по която се извършват процедурите,<br />
тяхната същност и схемите за оценяване<br />
на маслата са динамичен процес, в който<br />
освен API се включват представители<br />
на големите автомобилни компании, на<br />
производителите на масла и на други независими<br />
инженерингови предприятия<br />
и тестови лаборатории. Периодичните<br />
промени имат за цел да създадат актуални<br />
спецификации на маслата, съответстващи<br />
на модерните дизелови и бензинови<br />
технологии. Има много категории,<br />
които са излезли от употреба и вече не<br />
са валидни. Определянето на спецификациите<br />
по API се базира на множество<br />
параметри, но в оценъчната система<br />
най-важни са защитата от окисляване,<br />
образуването на високотемпературни<br />
отлагания, пяна, киселини, налепи, ръжда<br />
и корозия. Трябва да се отбележи, че<br />
при появата на нов клас той автоматично<br />
заменя предходния, а ако по-стар е<br />
препоръчан за някой модел автомобил,<br />
то може да се използва масло, отговарящо<br />
на по-нова спецификация. Тук ще ви<br />
представим само спецификациите от последните<br />
години. Всички предхождащи<br />
ги – от SA до SG и от CA до CE са излезли<br />
от употреба. По-подробна информация<br />
можете да откриете на http://www.api.org/<br />
certifications/engineoil/categories/upload/<br />
ShelfCard_English.pdf .<br />
S-КЛАСИФИКАЦИИ<br />
ЗА БЕНЗИНОВИ<br />
ДВИГАТЕЛИ<br />
SH – подходящи за бензинови двигатели, произведени<br />
до 1996 г. (излязла от употреба)<br />
Приета е през 1992 г., предназначена за<br />
леки и лекотоварни автомобили от моделната<br />
1993 година. Заменя категорията<br />
SG, като автомобилите, за които се<br />
препоръчва SG, могат да използват SH.<br />
Маслата, включени в тази категория,<br />
имат подобрени миещи, антикорозиони<br />
и поротивоизносни присадки, осигуряващи<br />
по-добра окислителна стабилност<br />
и подобрени противоизносни характеристики<br />
в сравнение с маслата, които задоволяват<br />
минималните изисквания на<br />
категория SG. Тази категория масла вече<br />
осигуряват сравнително добър контрол<br />
срещу нискотемпературни и високотемпературни<br />
отлагания, ръжда и корозия.<br />
SJ – подходяща за бензинови двигатели,<br />
произведени до 2001 г. (валидна)<br />
Валидна за същия тип автомобили, приета<br />
през 1996 за моделна гама 1997. При<br />
препоръка за употреба на масла SH те<br />
могат да бъдат заменени с SJ. Причината<br />
да не се използва стандарт SI е за да няма<br />
недоразумения със системата SI. Маслата<br />
от спецификация SJ имат по добри<br />
42
Със своите 195 к.с. двулитровият дизел на Opel<br />
изисква издръжливи на натоварване масла.<br />
параметри спрямо SH по отношение на<br />
всички изброени в предишната спецификация<br />
качества.<br />
SL – подходяща за бензинови двигатели,<br />
произведени до 2004 г. (валидна)<br />
Препоръчвана за същия тип автомобили,<br />
приета през юли 2001 г. При препоръка<br />
за употреба на масла SJ те могат да<br />
бъдат заменени с SL. Маслата от спецификация<br />
SL имат по добри параметри<br />
в сравнение с SJ по всички изброени в<br />
предишната спецификация качества,<br />
включително по отношение на високотемпературните<br />
отлагания, и намаляват<br />
консумацията.<br />
SM – подходяща за бензинови двигатели,<br />
произведени след 2004 г. (валидна)<br />
Препоръчва се за същите типове автомобили;<br />
маслата от категория SM изпълняват<br />
най-високите изисквания спрямо<br />
гореизброените качества, включително<br />
изискванията на най-модерните каталитични<br />
системи.<br />
SN – въведена през 2010 г.<br />
Осигурява по-добра защита от отлагания<br />
и налепи на буталата, отговаря на изискванията<br />
на модерните турбомотори.<br />
C-КЛАСИФИКАЦИИ ЗА<br />
ДИЗЕЛОВИ ДВИГАТЕЛИ<br />
CF-4 – въведена в употреба през 1990 г.<br />
Превъзхождат маслата от категория CE по<br />
отношение на разхода на гориво и отлаганията<br />
върху буталата. Могат да заменят<br />
предписаните масла от категорията CE.<br />
CF – въведена през 1994 г., подходяща за<br />
дизелови двигатели с индиректно впръскване<br />
на горивото.<br />
Може да се използват от двигатели, работещи<br />
с гориво с високо съдържание на сяра<br />
(над 0,5%) Осигуряват ефективен контрол<br />
върху отлаганията по буталото, износването<br />
и корозията на съдържащите мед лагери,<br />
при работа на двигатели с атмосферно<br />
и принудително пълнене. Тази категория<br />
масла може да се използва и при условие че<br />
производителят е препоръчал CD или CE.<br />
CF-2 – предназначена за двутактови двигатели<br />
поради специфичните изисквания спрямо<br />
отлаганията върху буталото и пръстените.<br />
CG-4 – въведена през 1995 г.<br />
Предназначени за високообротни дизе-<br />
www.shell.com/lubematch<br />
43
лови двигатели, работещи с гориво, съдържащо<br />
сяра в рамките на 0,05 до 0,5%.<br />
Имат подобрени качества по отношение<br />
на високотемпературните отлагания<br />
върху буталото, износване, корозия, пенообразуване,<br />
окислителна стабилност<br />
и образуване на сажди. Могат да заменят<br />
предписаните CD, CE и CF-4.<br />
CH-4 – въведена през 1999 г.<br />
Предназначени за високообротни дизелови<br />
двигатели, проектирани да отговарят<br />
на стандартите за емисии, въведени<br />
през 1998 г., и работещи с горива със<br />
серно съдържание под 0,5%. Могат да заменят<br />
преписаните от предишните категории<br />
CF-4 и CG-4.<br />
CI-4 – въведена през 2002 г.<br />
Предназначени за високообротни двигатели,<br />
работещи със системи за рециркулация<br />
на газовете (EGR), които отговарят<br />
на стандартите за емисии от 2004 г. и работа<br />
с дизелово гориво със съдържание<br />
на сяра под 0,5%. Могат да се използват<br />
вместо CD, CE, CF-4, CG-4 и CH-4.<br />
Забележка: Маслата, които могат да се<br />
използват и от бензинови, и от дизелови<br />
двигатели, имат двойно означение – например<br />
SL/CF.<br />
CJ-4 – въведена през 2006 г.<br />
Подходящи за високо натоварени дизелови<br />
двигатели и новите системи за обработка<br />
на газовете.<br />
КЛАСИФИКАЦИИ<br />
ПО ACEA<br />
Съществуващите конструктивни особености<br />
и разлики при американските и<br />
европейските двигатели карат европейските<br />
производители да обединят усилията<br />
си и да създадат свой общ стандарт.<br />
Той става факт в средата на 80-те години<br />
и се наименува със съкращението CCMC<br />
(от „Комитет на автомобилостроителите<br />
от Общия пазар). От 1 януари 1996 г. той<br />
е наследен от класификацията на ACEA<br />
(Асоциация на автомобилните производители<br />
в Европа). Последната включва<br />
BMW, DAF, Fiat, Ford of Europe, General<br />
Motors Europe, MAN, Mercedes-Benz,<br />
Peugeot, Porsche, Renault, Rolls-Royce,<br />
Rover, Saab-Scania, Volkswagen, Volvo,<br />
Европейския технически комитет на<br />
производителите на масла и Асоциацията<br />
на производителите на маслени материали.<br />
Съвместно те създават гранични<br />
стойности на изискванията и единна<br />
система за мониторинг в общ европейски<br />
център. Класификацията на ACEA<br />
установява минимално ниво на изискванията,<br />
с които са съгласни всички членове,<br />
оставяйки им правото да използват<br />
и свои фирмени спецификации с<br />
по-високи изисквания по отношение на<br />
въведените оценъчни параметри, както<br />
и да създават допълнителни такива. Някои<br />
от тези параметрите се обозначават<br />
върху търговския продукт. Според тази<br />
система моторните масла се делят на<br />
класове, обозначени с A за бензинови<br />
двигатели и B за дизелови, когато става<br />
дума за леки и лекотоварни автомобили,<br />
и с Е за товарни автомобили. През<br />
2004 г. категориите А и В се комбинират<br />
в обща категория А/В и е въведена нова<br />
група категории за бъдещите системи за<br />
обработка на газовете, обозначена с Cx.<br />
В някои случаи в описанието на всяка<br />
група масла се добавя и двуцифрено<br />
число, обозначаващо годината на внедряване<br />
на съответното ниво.<br />
A1/В1 – предназначени за бензинови леки<br />
или лекотоварни автомобили, специално<br />
пригодени за работа с нискофрикционни<br />
масла.<br />
Все повече мотори на Honda преминават към „тънки“<br />
при висока температура масла.<br />
44
Позициониране на спецификациите<br />
BMW спецификации<br />
VW спецификации<br />
А3/В3 – стабилни, запазващи вискозитета<br />
си масла, предназначени за мощни<br />
бензинови, леки и лекотоварни дизелови<br />
двигатели; с високи експлоатационни<br />
качества и/или удължен интервал на<br />
смяна.<br />
А3/В4 – стабилно, запазващо вискозитета<br />
си масло, предназначено за бензинови и<br />
дизелови двигатели с директно впръскване,<br />
но подходящо и за предходните<br />
приложения.<br />
А5/В5 – същото определение, предназначено<br />
за експлоатация с удължен<br />
интервал на смяна, за натоварени<br />
бензинови и дизелови двигатели,<br />
които могат да работят с масла с нисък<br />
вискозитет.<br />
С – масла, предназначени за употреба<br />
при автомобилни дизелови двигатели с<br />
филтър за твърди частици (DPF) и бензинови<br />
трипътни катализатори,<br />
С1 – масла с нисък вискозитет и ниско<br />
съдържание на SAPs, C2,C3, C4, предназначени<br />
за работа с новите DPF филтри.<br />
Класификацията ILSAC е създадена<br />
съвместно от американски и японски<br />
автомобилостроители, а JASO е японска<br />
класификация, отчитаща характерните<br />
особености на японските мотори.<br />
www.shell.com/lubematch<br />
45
Oдобрения на различните потребители<br />
Няколко компании, сред които BMW,<br />
GM, Mercedes, MAN, VW, Mack,<br />
Caterpillar, създадоха свои собствени<br />
класификационни критерии и спецификации,<br />
които обикновено съответстват<br />
на определени нива, намиращи<br />
се над тези на API. Такива са например<br />
BMW Long Life 04, VW 505.00, MB 229.3.<br />
В графиката на предишната страница<br />
можете да видите сравнение между<br />
тези експлоатационни нива.<br />
Повече информация можете да откриете<br />
на адрес http://www.oilspecifications.org.<br />
Преди 100 години този двигател на Benz e постигал почти<br />
200 к.с. мощност с работен обем от 22 литра... Можем само<br />
да гадаем какви са били загубите от триене.<br />
Изказваме специални<br />
благодарности за съдействието<br />
при създаването на тази книжка<br />
на Петьо Налбантов и Валентин<br />
Йорданов от Premium Lubricants.<br />
46