300 тысяч лет до моторного масла

Все началось около 300 тысяч лет назад, хотя это не точно. Появление на планете Земля человека разумного (Homo sapiens) привело к ряду событий, часть из которых можно отнести к удивительным и полезным, таким как изобретение колеса или письменности, а часть – к бесконечным проблемам-качалкам, которые человечество сначала создавало, а затем пыталось решить. В их числе борьба с голодом – борьба с ожирением, изобретение антибиотиков – снижение иммунитета, экономия времени – Low Speed ​​Pre-Ignition, то есть преждевременное воспламенение на низких оборотах.

Именно безудержное желание как можно быстрее передвигаться в пространстве стало драйвером эволюции от приручения диких лошадей до изобретения двигателя внутреннего сгорания. Со временем их стало так много, что мы засорили и перегрели планету вредными выбросами. Теперь человечество ставит перед собой задачу уменьшить эти выбросы, потому что глобальное потепление приобрело угрожающие масштабы.

Неужели выбросы так опасны?

Речь идет не только об углекислом газе СО₂. Вредные выбросы – это угарный газ (СО), недоокисленные молекулы углеводородов, летучие органические соединения, аммиак, оксиды азота, твердые частицы типа сажи и проч. Каждая из этих групп продуктов по-своему вредит природе, а значит – человеку. Кислотные дожди, парниковый эффект, увеличение площади пустынь, онкологические заболевания, исчезновение видов животных и растений – далеко не полный перечень проблем, которых не становится меньше.

В ответ на это люди в лице правительств развитых стран договорились о контрмерах. Новые автомобили, проходящие первую регистрацию (т.е. начинают эксплуатироваться), имеют право выбрасывать в атмосферу вредных веществ не больше установленных норм. Ограничения устанавливаются в граммах на километр пути. Для иллюстрации приводим нормы выбросов для легковых автомобилей, действующих в Европейском Союзе. Также под контроль попадают выбросы и мотоциклов, и разных категорий коммерческих автомобилей, и грузовой, и даже внедорожной техники.

Таблица норм выбросов EURO 6e, в граммах веществ на км пройденного пути
Введены в сентябре 2023 года, действительны для 1-й регистрации автомобилей с сентября 2024 г.

Как измеряются выбросы, как часто обновляются, на какие виды техники распространяются – это другая тема, которая не является предметом данной статьи. Мы пытаемся объяснить, как эти ограничения влияют на требования к моторному маслу и выбору моторного масла.

Главная тенденция – экономия топлива

Сначала уменьшение выбросов пошло по пути очистки выхлопных газов, а примерно с 2010 года главным трендом стала экономия топлива. На первом этапе требования к моторному маслу касалось его влияния на устройства очистки выхлопных газов, такие как сажевые фильтры и каталитические нейтрализаторы. Но наибольший ресурс уменьшения выбросов кроется именно в уменьшении количества использованного топлива при прохождении того же зачетного расстояния. Меньше топлива означает, что и вышеуказанных выбросов (при условии, что работа по очистке выхлопных газов уже произведена), будет пропорционально меньше.

Меньшие двигатели – меньше загрязнений 

Чтобы сгорание топлива было чище, было решено перейти на двигатели с меньшим рабочим объемом: чем меньше двигатель, тем меньше выбросов. Но мощность каждого класса автомобилей не стала меньше. Наоборот! К примеру, бензиновый двигатель PSA PureTech 215 развивает 215 л.с. при объеме всего 1,6л. Еще недавно двигатели 1,5 – 1,6л имели мощность около 100 л.с. и выбрасывали в воздух гораздо больше СО₂ и других вредных продуктов сгорания. Когда-то литровый мотор выдавал 50 л.с., сейчас – 100 и более «лошадей».

Турбонаддув стал типичным элементом не спортивных, как раньше, а обычных бензиновых автомобилей. А чтобы достичь полного и быстрого сгорания топлива стали применять прямой впрыск бензина. В итоге время, необходимое для превращение смеси бензина и воздуха в “туман”, сократилось. Топливо уже не начинает свой путь от впускного коллектора, оно напрямую подается в цилиндр. И в топливо-воздушной смеси еще остаются хоть и микроскопические, но значимые для этой ситуации капли.

Природа преждевременного воспламенения топлива

Представьте: холодный двигатель, холодное густое масло. Скажем точнее, недостаточно жидкое. Масло не снимается не только компрессилнными кольцами, а проходит даже маслосъемное. Частички масла попадают в камеру згорания, где вместе с миниатюрными каплями бензина (см. выше) создают очаги воспламенения – без искры, как в дизельном двигателе.

Проблему назвали преждевременным воспламенением (топлива) на малых оборотах, по-английски Low Speed ​​Pre-Ignition или LSPI. Это нежелательное и очень вредное явление. Воздушно-бензиновая смесь загорается раньше нужного времени, в то время как поршень еще находится в такте сжатия на пути к точке подачи искры. Нетрудно догадаться, что такие вспышки приводят как минимум к резким перепадам давления в камере сгорания и уменьшению эффективности, а как максимум к таким ударным нагрузкам на поршень, которые в Германии называют Motor Kaputt.

Этот эффект обычно проявляется на невысоких оборотах 1500 – 2000 об./мин. при интенсивном наборе мощности, то есть нажатии на педаль газа. Холодный двигатель увеличивает вероятность явления. Низкое качество топлива – тоже. Некорректная работа форсунки, когда она не распыляет равномерно, а “плюёт” в одну зону – еще хуже.

Роль моторного масла в проявлении LSPI

Казалось бы, масло отдельно – бензин отдельно, это ж не бензопила. Однако было обнаружено, что кроме названных причин, данный феномен проявляется в большей или меньшей степени в зависимости от состава моторного масла. Одни химические соединения в масле могут увеличивать этот эффект, другие – уменьшать. Уменьшение содержания кальция в составе присадок снижает вероятность эффекта LSPI. Фактически, такие присадки  уменьшают октановое число топлива.

Однако просто убрать из масла кальций нельзя. Кальций входит в состав детергентов, то есть моющих присадок. Нужно заменить их другими веществами с подобными характеристиками. В настоящее время установлено, что замена кальция на магний-содержащие моющие присадки действует в сторону уменьшения риска преждевременного возгорания.

В борьбе с LSPI достигнуто немало успехов, но точку ставить рано. Это относительно новая задача в современном автомобилестроении, попытки ее решить продолжаются. Возможно, она когда-нибудь будет решена полностью, но на данный момент мы можем говорить не о полном исчезновении, а об уменьшении вероятности возникновения данного явления (не путать с явлением Христа народу).

Новые спецификации масел в борьбе с LSPI

Новые стандарты качества моторного масла API SP, ILSAC GF-6A/6B, а также ACEA C6 и C7 включают тесты на эффект LSPI. Масло, соответствующее данному стандарту, уменьшает вероятность преждевременного воспламенения до минимума. Напомним, что не только масло, но прежде всего конструкция двигателя, качество топлива, чистота форсунок, обороты и температура двигателя являются важными факторами в возникновении преждевременного воспламенения. Прогревайте мотор, чистите форсунки, не жмите на газ на холодном двигателе, чаще меняйте масло. Не стоит ждать чуда только от масла. В конце концов вечного двигателя не существует все равно. А вот другой планеты у нас нет. Придется решить и эту проблему. Была бы она одна…