Сред смазочните материали и функционални течности моторните масла заемат първо място, както по технически, така и по търговски критерии. Тяхното производство на световния пазар е над 60%.
Независимо от увеличения брой автомобили, към този момент потреблението на моторни масла в Европа е останало на определено ниво, като в бъдеще малко ще спадне. От друга страна потенциала за ръст на потреблението в Югоизточна Азия и в развиващите се страни (Китай, Индия, Корея и др.) е значителен.
Общ обзор
Исторически погледнато, разработките в областта на моторните масла за последните 50 години са се концентрирали върху спецификациите, публикувани от международната автомобилна промишленост. Първите спецификации са били публикувани от министерството на отбраната на САЩ («MIL specs»). Днес има три международно признати набора от минимални изисквания. В Европа това е АСЕА, в САЩ — API, а в Азия — ILSAC.
Всички тези спецификации отразяват последователно адаптацията и качествата на маслата към разработените конструкции на двигателите. През 50-е г. на XXв. на пазара на моторни масла са доминирали сезонните масла. От името се вижда, че вискозитета на тези масла се е подбирал според температурата на околната среда, и затова лятото и зимата са се използвали различни масла. През 60-те г на XX в. се. появяват всесезонните масла на база минерални масла, т. е. пригодни за приемане, както през лятото така и през зимата. Първоначално това били високовискозитетни класове (SAE 20W-50), а по-късно се появява стандарта 15W-40, които се използва и сега. С времето се разработва дестилатни базови масла и процеси на очистка, позволяващи да се получат съединения с други вискзитетни значения и удовлетворяващи нови изисквания. Това е довело до създаването на масла със сравнително ниски загуби на изпарение и оптимизирана нискотемпературна течливост. Полусинтетичните, а през последните години и напълно синтетичните масла доминират на пазара на масла от премиалния клас, особено в сектора на леките автомобили. Неотдавна на германския пазар се появи ниша за екологично чисти биологично разлагащи се продукти.
Фундаментални принципи
Моторните масла са длъжни да изпълняват широк спектър от функции в двигателя. Чисто трибологически задачата се заключава в гарантирана надеждност при смазване на всички триещи точки при всякакви експлоатационни условия (рис. 1). Наред с класическата трибологична задача, моторните масла трябва да изпълняват и редица допълнителни функции — започвайки от уплътняването на цилиндрите и се завърши с отвеждането на саждите и продуктите от износването в масления филтър.
От гледна точка на трибологичните функции моторните масла трябва да удовлетворяват три стадии от графиката на Щрибек: започвайки с хидродинамичното смазване, премине се през еластохидродинамичното (ЕХД) в областта на лагерите до гранично триене при горната и долна мъртви точки. В турбо системи, въртящи се със скорост до 200 хил. об/мин с микронни допуски, скоростта на триене при плъзгане може да се намира в диапазон от прости възвратно-постъпателни движения на буталата в цилиндъра до екстремално въртящи се движения в иглените ролкови лагери. Температурен диапазон: от околната среда в Арктика (—40 °С) до температура в картера (100 °С), и дори при върховни значения — над 300 °С под дъното на буталата.
В процеса на изгаряне моторното масло помага да се уплътни буталото в цилиндъра. В същото време, то трябва да изгаря, като не оставя никакви остатъци на стените на цилиндъра. Що се отнася до самото бутало, то на него моторното масло разсейва топлината и така го охлажда. Газовете образуващи се при изгаряне на горивото, и страничните продукти от реакциите трябва да бъдат неутрализирани и да се удържат в суспензия. Това се отнася и за частиците сажди и прах, образуващи се в следствие на непълно изгаряне. Маслото също така транспортира замърсители и други частици от износването в масления филтър. Освен това, маслото защитава двигателя от корозия, като емулгира всякаква вода, образуваща се в процеса на изгаряне, даже при високи концентрации и разделени фази при намалена температура.
Моторните масла намаляват триенето и износването при стартиране на двигателя в екстремално ниски температури, и когато смазочния филм е подложен н въздействие от високи температури и налягане в лагерите и около буталните пръстени. Ако маслото трябва да съхранява течливост и да се изпомпва без аерация при ниски температури (до —40 °С) за избягване на контакт тип метал-метал при студен пуск на двигателя, то смазочния филм трябва да удовлетворява предявяваните към нея изисквания. При ниски температури присадките не трябва да се утаяват и маслото не трябва да се превръща в гел. В горният предел от температурната скала маслото трябва да притежава висока устойчивост към термично и механично стареене. И, накрая, стабилността на смазочния филм не трябва да намалява при разбъркване на горивото до 10%.
Вискозитетен клас
Вискозитетът се явява показател за готовността на моторното масло към образуване на носещия филм във всички точки на двигателя, нуждаещи се в смазване. Вискозитетът се явява функция на температурата — както потенциална на околната среда, така и работна. На малки скорости на коляновия вал ниския вискозитет осигуряват нужна циркулация при ниски температури. От друга страна, вискозитета не трябва много да спада при високи температури, защото осигурява стабилност на смазочния филм при високи термични натоварвания, което е много важно.
Тъй като тези изисквания не могат да бъдат удовлетворително описани само с един метод на изпитание на вискозитета, SAE и ASTM са установили пределни значения, приведени в табл. 1.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В съответствие с тази таблица, всички вискозитетни класове масла могат да бъдат описани с минимални кинематични вискозитети при 100 °С. Допълнителни прагови значения на динамичния вискозитет се отнасят към масла, предназначени за зимна експлоатация, обозначени с буква W. Тези значения се определят в имитатори на студено усукване на коляновия вал (CCS) или в миниротационни вискозиметри (MRV). Значенията на динамичния вискозитет, получени по метода CCS. се явяват критерии за нискотемпературна течливост, но високата скорост на преплъзване може да замаскира кристализацията на парафина. В MRV така наречения прагов вискозитет — макс. 60 000 мПа·с — определя при температура на 10 °С по-ниска за гаранция на това, че маслената помпа не всмуква въздух.
Високотемпературният вискозитет при високи скорости на преплъзване се явяват допълнителен критерии за оценка стабилността на смазочния филм в летните сортове масла. По принцип, моно или всесезонните масла могат да се в зависимост от климата. Както бе отбелязано по-рано, съвременните моторни масла — това са всесезонните масла, нискотемпературните характеристики, на които са обозначени с буква W. В Централна Европа 90% от пазара на моторни масла е представен от всесезонните масла. Графичното описание на вискозитетно-температурните характеристики на всесезонните масла схематично е представено на рис. 2.
Производителите на автомобили допускат приемане в своите двигатели моторни масла с вискозитетен клас, съответстващ на климата, посредством общи описания и/или посредством допуски на конкретни продукти. На рис. 3, като пример са показани препоръки на автомобилостроителната компания BMW.
Спецификации на експлоатационни характеристики
Във връзка с това, че изискванията към експлоатационните характеристики на моторните масла постоянно се увеличават, водещите автомобилостроителни компании разглеждат смазочните масла, като конструктивни елементи на двигателя. В резултат на това се извърши качествен скок на пазара на моторни масла от обичайните продукти към полусинтетични и синтетични композиции. Наред с поскъпването, растат и икономическите и екологични изисквания към тези масла.
Тези изисквания включват в себе си:
• удължен експлоатационен срок, независимо от по-високите термични и механични натоварвания;
• подобрени характеристики на изгорели газове в атмосферата благодарение на намаления разход на гориво;
• намалено изхвърляне на твърди частици, обусловено от маслата;
• подобрени противоизносни свойства даже в тежки експлоатационни условия.
Моторните масла трябва да притежават гориво-икономичен потенциал и продължителен експлоатационен срок. Днес експлоатационните срокове за смяна масла на леки автомобили се намират в предели от 10 000 до 50 000 км пробег, а за товарни автомобили — от 30 000 до 100 000 км пробег. В бъдеще тези цифри трябва да растат. Ретроспективният анализ говори за това, че през последните 50 години този показател се увеличава. Както е показано на рис. 4, разхода на масло на единица енергия за този период е паднал осем пъти.
