300 тисяч років до моторного масла

Все почалось приблизно 300 тисяч років тому, хоча це не точно. Поява на планеті Земля людини розумної (Homo sapiens) призвела до низки подій, частину з яких можна віднести до дивовижних і корисних, як от винайдення колеса або писемності, а частину до безкінечних проблем-гойдалок, які людство спочатку створювало, а потім намагалось вирішити. Наприклад, боротьба з голодом – боротьба з ожирінням, винайдення антибіотиків – зниження імунітету, економія часу – Low Speed Pre-Ignition, тобто завчасне займання на низьких обертах. 

Так, саме нестримне бажання якомога швидше пересуватись у просторі стало драйвером еволюції від приборкання диких коней до винайдення двигуна внутрішнього згоряння. З часом їх стало так багато, що ми забруднили й перегріли планету шкідливими викидами. Тепер людство ставить перед собою задачу зменшити ці викиди, оскільки глобальне потепління набуло загрозливих масштабів. 

Чому викиди настільки шкідливі?

Мова йде не тільки про вуглекислий газ СО₂. Шкідливі викиди – це чадний газ (СО), неокислені молекули вуглеводнів, летючі органічні сполуки, аміак, оксиди азоту, тверді частинки, такі як сажа. Кожна з цих груп продуктів по-своєму шкодить природі, а отже – людині. Кислотні дощі, парниковий ефект, збільшення площі пустель, онкологічні захворювання, зникнення тварин і рослин  – далеко не повний перелік проблем, яких не стає менше.

Отже люди в особі урядів розвинених країн домовилось про контр-заходи. Нові автомобілі, що проходять першу реєстрацію (тобто починають експлуатуватись), мають право викидати в атмосферу шкідливих речовин не більше встановлених норм. Обмеження встановлюються в грамах на кілометр шляху. Для ілюстрації подаємо норми викидів для легкових авто, які діють в Європейському Союзі. Також під контроль попадають викиди і мотоциклів, і різних категорій комерційних авто, і вантажівок, і навіть позашляхової техніки. 

Таблиця норм викидів EURO 6e, в грамах речовин на км пройденого шляху
Введені у вересні 2023 року, чинні для 1-ї реєстрації авто з вересня 2024 року

Як вимірюються ці викиди, як часто оновлюються, на які види техніки поширюються – це інша велика тема, яка не є предметом даної статті. Ми спробуємо пояснити, як ці обмеження впливають на вимоги до моторного масла та вибір моторного масла. 

Головна тенденція – економія палива

Спочатку зменшення викидів пішло шляхом очищення вихлопних газів, а приблизно з 2010 року головним трендом стала економія палива. На першому етапі вимоги до моторного масла стосувалась його впливу на пристрої очистки вихлопних газів, такі як сажові фільтри та каталітичні нейтралізатори. Але найбільший ресурс зменшення викидів криється саме у зменшенні кількості використаного палива при проходженні тої самої залікової відстані. Менше палива означає, що й вищевказаних викидів (за умови, що робота з очищення вихлопних газів вже зроблена), буде пропорційно менше. 

Менші двигуни – менше забруднення 

Щоб згоряння палива було чистішим, вирішили перейти на двигуни з меншим робочим об’ємом: чим менший двигун, тим менша кількість викидів. Але потужність кожного класу авто не стала меншою. Навпаки! Наприклад, бензиновий двигун PSA PureTech 215 розвиває 215 к.с. при об’ємі всього 1,6л. Ще недавно двигуни 1,5 – 1,6л мали потужність біля 100 к.с. і викидали в повітря значно більше СО₂ та інших шкідливих продуктів згоряння. Колись літровий мотор видавав 50 к.с., зараз – 100 і більше «коней».

Турбонаддув став типовим елементом не спортивних, як раніше, а звичайних бензинових авто. А щоб досягти повного й швидкого згоряння палива стали застосовувати пряме впорскування бензину. В результаті, зменшився час на те, щоб бензин перетворився на “туман”. Паливо більше не проходить шлях із впускного колектора до циліндра, воно напряму подається в циліндр. І в паливо-повітряній суміші залишаються хоч і мікроскопічні, але відносно крупні краплі.    

Природа завчасного займання палива

Уявіть ситуацію. Холодний мотор. Холодне густе масло. Скажемо точніше, недостатньо рідке. Масло не знімається не тільки компресійними кільцями, а й маслознімним. Частинки масла попадають в камеру згоряння, де разом з мініатюрними краплями бензину (див. вище) створюють осередки спалаху –  без іскри, як в дизельному двигуні.

Проблему назвали завчасним займанням (палива) на малих обертах, англійською Low Speed Pre-Ignition або LSPI. Це небажане й дуже шкідливе явище. Повітряно-бензинова суміш загорається раніше потрібного моменту, в той час як поршень ще знаходиться в такті стиснення на шляху до точки подання іскри. Не важко здогадатись, що такі спалахи призводять як мінімум до різких перепадів тиску в камері згоряння та зменшення ефективності, а як максимум – до таких ударних навантажень на поршень, які в Німеччині називають Motor Kaputt. 

Цей ефект як правило проявляється на невисоких обертах 1500 – 2000 об./хв. при інтенсивному наборі потужності, тобто натисканні на педаль газу. Холодний двигун суттєво збільшує імовірність явища. Низька якість палива – теж. Некоректна робота форсунки, коли вона не розпилює, а “плює” в одну зону – ще більше.  

Роль моторного масла в ефекті LSPI

Окрім названих причин, було виявлено, що даний феномен проявляється в більшій чи меншій мірі залежно від складу моторного масла. Одні хімічні сполуки в маслі можуть збільшувати цей ефект, інші – зменшувати. Зменшення вмісту кальцію в складі присадок знижують імовірність LSPI. Фактично ці елементи зменшують октанове число палива. 

Однак забрати з масла кальцій  – значить забрати певні присадки зі своїм корисним для моторного масла функціоналом. Кальцій входить до складу детергентів, що мають миючі властивості. Потрібно замінити їх іншими речовинами з подібними характеристиками. На даний момент встановлено, що заміна кальцію на магній в присадках даного функціоналу зменшує ризик завчасного займання палива.

В боротьбі з LSPI досягнуто чимало успіхів, але крапку ставити рано. Це відносно нова задача в сучасному автомобілебудуванні, спроби її вирішити тривають. Можливо, вона колись буде вирішена повністю, але на даний момент ми можемо говорити не про повне зникнення, а про зменшення імовірності виникнення даного явища. 

Оливи найновіших специфікацій в боротьбі з LSPI

Нові стандарти якості моторних олив API SP, ILSAC GF-6A/6B та ACEA C6 і C7 включають тести на ефект LSPI. Масло, яке відповідає даному стандарту, зменшує імовірність завчасного займання до мінімуму. Нагадаємо, що не лише масло, а насамперед конструкція двигуна, якість палива, чистота форсунок, оберти та температура двигуна є важливими чинниками у виникненні завчасного займання. Прогрівайте мотор, чистіть форсунки, не тисніть на газ на холодному двигуні, частіше міняйте масло. Не варто очікувати чуда тільки від масла. Зрештою, вічного двигуна не існує все одно. А от другої планети у нас нема. Доведеться вирішити й цю проблему. Була би вона одна…