Тенденции развития тяжёлых моторных масел

В настоящее время для дорожных и внедорожных тяжёлых применений могут по-прежнему использоваться одинаковые спецификации моторных масел. Однако, возможно, придёт время, когда потребуется рассмотреть специализированную норму эксплуатационных характеристик для внедорожного применения или разработать уникальные продукты, лучше подходящие именно этому рынку. Это само по себе также порождает некоторые вызовы.

Иногда развитие тяжёлых двигателей напоминает медленную и плавную черепаху, тогда как развитие двигателей для легковых автомобилей похоже на стремительного зайца. Однако масла для тяжёлых нагрузок неуклонно движутся в том же направлении, что и масла для лёгких нагрузок; сернистый остаток стал новой ключевой темой, особенно в применении вне дорог.

Стимул к экономии топлива

По словам Лю Дэ Тэля Рэйла, отраслевого контактного лица производителя тяжёлого оборудования компании Chevron: хотя различные спецификации масел фокусируются на разных характеристиках — например, европейская спецификация ACEAE9 уделяет больше внимания совместимости с биодизелем по сравнению с другими стандартами, — в действительности общая тенденция новых спецификаций смазочных материалов направлена на улучшение чистоты поршней, контроль окисления, повышение топливной экономичности и увеличение интервалов между заменами масла для снижения выбросов.

Рейл отметил: современные тяжёлые двигатели выделяют меньше сажи, чем старые модели, используемые для испытаний двигателей. Более реалистичный подход к требованиям по обработке сажи в новых технических стандартах позволяет разработчикам составов увеличивать интервалы между выбросами, одновременно улучшая топливную экономичность и контролируя отложения на поршнях.

Мировой спрос на более новые технологии моторных масел вскоре переживёт резкий рост. Согласно прогнозам, помимо уже развитых рынков, по мере того как правительства различных стран начнут внедрять нормы выбросов Евро VI, с 2019 по 2021 год продажи новых тяжёлых и среднетоннажных автомобилей вырастут на 178%. Благодаря принятию Китаем, Индией и Мексикой стандартов, эквивалентных тем, что установлены законодательством США в 2010 году, рынки этих двух стран также продемонстрируют значительный рост.

Старший инженер компании Chevron Шон Уитакер заявил: «Очевидным изменением является продолжающееся внедрение нормативов по топливной экономичности». Более жесткие ограничения на выбросы парниковых газов потребуют изменения конструкции двигателей, а также дальнейшей разработки масел с низкой вязкостью на основе текущего состояния рынка.

В последние годы разработчики смазочных масел повышают топливную экономичность, снижая вязкость. В 2015 году Япония ввела классификацию тяжёлых масел для повышения топливной экономичности — JASODH-2F. Как Северная Америка, так и Европа предпочитают масла с пониженной высокотемпературной вязкостью при высоком сдвиге (HTHS). APIFA-4 был впервые представлен в 2016 году как масло SAEXW-30; предельные значения его высокотемпературной вязкости при высоком сдвиге (HTHS) составляют от 2,9 до 3,2 МПа. Европа в течение этого года представит аналогичные спецификации для серии HTHS — ACEAF8 и F11.

Однако в целом спрос на масла для тяжёлых двигателей довольно скромен по сравнению с предпочтением автотранспортных масел к маслам с низкой вязкостью. По данным компании Chevron, даже в Северной Америке масло SAE 5W-30 составляет лишь 2% от общего спроса на масла для тяжёлых двигателей. Более 80% рынка приходится на масло SAE 15W-40 — это наиболее широко используемое в мире масло.

Развитие внедорожного применения

Экономия топлива оказывает незначительное влияние на внедорожные применения, и производители и операторы в этой области сомневаются, сможет ли масло с низкой вязкостью обеспечить достаточную защиту их ценного оборудования.

«Долговечность и защита машинного оборудования имеют ключевое значение. Хед Абиа Карл, эксперт по смазочным материалам компании Caterpillar, отметил: «Мы надеемся, что машины будут служить долго; разумеется, им потребуется несколько капитальных ремонтов, чтобы продолжать производство».

Она пояснила, что масляная пленка должна выдерживать высокий уровень сдвига, повышенные температуры и высокое давление. Она также должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять химическому загрязнению и предотвращать износ деталей, вызываемый частицами пыли — это особая проблема для внедорожного применения. Каждая частичка грязи, проходя через подшипник, оставляет на нем след; если бы эти машины работали в чистых условиях, можно было бы использовать масла с низкой вязкостью, однако реальные эксплуатационные условия таковы, что этого не допустить.

В условиях холодного климата на масляной пленке могут появляться отдельные более тонкие масляные отверстия. Абиа Карл отметил, что когда крупные двигатели запускаются при температуре примерно от 5 до 10 градусов Цельсия, у вязкого моторного масла достаточно времени, чтобы пройти мимо масляного фильтра, вследствие чего загрязнённая смазочная жидкость начинает циркулировать в механизме.

Что касается компании Caterpillar, то сейчас на большинстве заводов используется моторное масло SAE10W-30 API-4. Она сказала: «Оно обладает высокой адаптивностью и может использоваться в любых точках мира — от Африки до Антарктиды». Однако она отметила, что клиенты предпочитают тяжёлые масла класса 40 из-за их долговечности. «Мы увидим изменение в этом направлении, но оно будет происходить постепенно. Малогабаритная техника, вероятно, окажется более подверженной таким изменениям».

Изменения в вязкости, возможно, не произойдут быстро в сегменте внедорожной техники, однако нормы по выбросам частиц, начавшиеся с дорожных применений, теперь уже направлены на внедорожные операции на североамериканском рынке. Требования к выбросам, разработанные Агентством по охране окружающей среды США (сокращённо — Tier4), постепенно вводились для внедорожной техники начиная с 2011 года и достигли более жёстких предельных значений в 2014 году.

Tier4 оказал глубокое влияние на потребителей, особенно крупные компании — такие как предприятия строительной и горнодобывающей отраслей — склонны обновлять оборудование.

Исследование контроля выбросов

Чтобы соответствовать стандарту Tier4, новое оборудование начинает использовать передовые системы контроля выбросов, такие как рециркуляция отработавших газов, дизельные сажевые фильтры и селективная каталитическая редукция. Эти системы требуют более тщательного контроля за смазочными маслами. Что касается топлива, это означает снижение содержания серы и уровня частиц загрязнений. Что касается смазочных масел, для обеспечения нормальной работы систем контроля выбросов требуется более низкий уровень сульфатной зольности.

Дизельный сажевый фильтр эффективен. Это устройство способно улавливать 98% частиц; при соответствующей температуре двигателя эти частицы периодически или постоянно сгорают. Однако, несмотря на высокую эффективность дизельных сажевых фильтров DPF, они также могут задерживать компоненты смазочного масла, которые расходуются и могут просачиваться через поршневые кольца в камере сгорания. Некоторые из этих материалов являются негорючими и остаются за фильтром — подобно золе в камине — вызывая засорение и препятствуя нормальной работе дизельного сажевого фильтра DPF.

Джеймс Бут, менеджер коммерческого подразделения Chevron в Северной Америке, заявил: «Различные типы металлических присадок по-разному влияют на скорость образования золы. Сульфатная зола представляет собой сумму всех негорючих веществ и напрямую связана с степенью засорения фильтра».

Сульфатная зольность происходит от функциональных металлических компонентов, входящих в состав присадок для смазочных масел; особенно значимы очистители, которые обычно на основе кальция и магния и предназначены для нейтрализации кислот, контроля отложений на поршнях и повышения общей чистоты двигателя.

Химические компоненты, обладающие противоизносными свойствами, являются ещё одним фактором, влияющим на характеристики масел — в частности, диалкилдитиофосфат цинка, который является многофункциональной присадкой с высокой эффективностью и экономичностью, используемой для контроля износа и обеспечения окислительной стабильности; он входит в состав большинства современных моторных масел. С конца 1970-х годов содержание этого вещества в моторных маслах для легковых автомобилей ограничивается из-за того, что содержащийся в нём фосфор может отравлять катализаторы в системах снижения выбросов легковых автомобилей.

Чтобы фильтр работал исправно, необходимо регулярно удалять сажу из дизельного частицемёта DPF. Для грузовиков этот процесс достаточно прост. Однако для внедорожной техники он может нарушить обычный график техобслуживания. Такая техника обычно эксплуатируется в отдалённых районах 24 часа в сутки, семь дней в неделю. Эти машины должны быть приведены в соответствующее рабочее состояние для выполнения ремонтных работ; перед ремонтом им может потребоваться до суток на охлаждение, что крайне затруднительно для дизельного частицемёта DPF. В итоге чистка или замена дизельного частицемёта DPF может привести к трёхдневному простою оборудования.

Компания Chevron утверждает, что предполагается возможность очистки дизельных частиц-фильтров DPF; обычно стоимость каждого фильтра составляет около 700 долларов США. Затраты на ввод нового фильтра в эксплуатацию варьируются от 3000 до 7000 долларов США.