Энергосберегающие масла: Реальность или миф?
За три года, прошедшие с нашей последней публикации, посвященной энергосберегающим маслам (см. «Энергетический коктейль» в №4-2007 г.), на российском рынке появились новые продукты того же назначения. А перевозчики освежили парк техники. Следовательно, появился повод вернуться к теме.
Разберем подробно следующие вопросы:
1. Новое поколение энергосберегающих масел (ЭСМ), принципы их воздействия на топливо.
2. Популярное объяснение механизма работы ЭСМ.
3. Причины отсутствия единой маркировки масел для тяжелых дизелей, указывающей на то, что продукт является энергосберегающим.
4. Являются ли современные, полностью синтетические масла энергосберегающими?
5. Существует ли способ получить реальную экономию от использования ЭСМ?
6. Использование одной лишь разновидности моторного масла - залог успеха?
Естественно, все это сопроводим четкими указаниями – при каких условиях и на каких двигателях (экологический стандарт, степень износа) достигается максимальная экономия топлива при использовании энергосберегающих продуктов.
Самая ценная информация – из первых рук. Учитывая это, мы адресовали вопросы нашим экспертам, представителям компаний-производителей смазочных материалов, в активе которых есть энергосберегающие продукты.
Исторический экскурс
Исторически, смазочные материалы, разрабатываемые для двигателей больших рабочих объемов, должны были, в первую очередь, обеспечивать силовым агрегатам долговечность и максимальную защиту от износа. Не допускать образования высокотемпературных отложений, стойко сопротивляться окислению, обеспечивать минимальный расход масла на угар. Затем акцент сместился на увеличение интервала замены масла – продление срока его службы, а также уменьшение вредных выбросов в атмосферу.
После эмбарго на поставки нефти 1973-го года резко возросло значение экономии топлива на автомобильном транспорте, в связи с чем большие усилия разработчиков смазочных материалов были потрачены на создание энергосберегающих масел, особенно моторных для легковых автомобилей.
К сожалению, созданию энергосберегающих продуктов для тяжелых дизельных двигателей уделялось недостаточно внимания. Владельцы коммерческой техники и тяжелых транспортных средств были вынуждены довольствоваться маслами, не имеющими ярко выраженных энергосберегающих свойств.
В настоящее время цена на сырую нефть по-прежнему высока, и необходимость снижения затрат на топливо играет для перевозчика важную роль. Ситуацию подогревают различные положения и нормативные акты о сокращении выбросов СО2 – например, Киотский протокол. Одним из путей решения задачи является использование в дизелях коммерческой техники моторных масел с ярко выраженными энергосберегающими свойствами.
Снижаем трение. Подшипники коленчатого вала
Анализ данных о транспортных расходах британских перевозчиков свидетельствует, что затраты на топливо у них составляют около 30% от общих эксплуатационных расходов. Таким образом, применение топливосберегающих смазочных материалов как в двигателе, так и в трансмиссии дает возможность уменьшить расход горючего. Насколько?
Приведем следующие данные. При сгорании топлива в дизельном двигателе в механическую энергию преобразуется примерно 35% энергии топлива, часть которой идет на преодоление сил трения в ДВС, и привод вспомогательных агрегатов, а оставшаяся – на выполнение полезной работы. Следовательно, чтобы снизить расход топлива, необходимо снизить потери на трение в самом двигателе. Применив энергосберегающее масло, можно сократить потери на трение, прежде всего, в подшипниках коленчатого вала, клапанном механизме и цилиндро-поршневой группе.
В первом случае снизить потери на трение можно, применив масла малой вязкости: чем меньше вязкость, тем меньше потери на трение в подшипниках. Однако снижать вязкость масла бесконечно нельзя, так как в определенный момент масляная пленка разрушится, и поверхности, которые она разделяла, войдут в контакт, что вызовет лавинообразный износ и разрушение подшипникового узла.
Именно поэтому производители автомобильных двигателей строго оговаривают параметры вязкости моторных масел для каждого конкретного двигателя.
В настоящее время наиболее популярными классами вязкости масел для тяжелых дизельных двигателей являются 15W-40 и 10W-40. С точки зрения экономии топлива, масло вязкостью 10W-40 лучше, чем 15W-40, так как при низких температурах обладает меньшей вязкостью и, следовательно, требует меньших затрат энергии на преодоление трения. Таким образом, энергосберегающее масло будет иметь индекс вязкости 10W-40.
Снижаем трение. Клапанный механизм
В отличие от подшипниковых узлов, снижение потерь на трение в клапанном механизме в большей степени зависит от характеристики соответствующих присадок. Дело в том, что условия смазки, особенно такого сопряжения как кулачок распредвала и толкатель, очень жесткие. Из-за высоких нагрузок масляная пленка разрушается, а контактные поверхности разделяет тонкий слой присадок.
Для уменьшения трения в клапанном механизме в масла вводят специальную присадку – «модификатор трения». Однако ее эффект в большей мере проявляется в маслах, работающих в двигателях легковых автомобилей. В сравнении с ними доля потерь на трение в клапанном механизме дизелей большого объема значительно меньше, что наглядно демонстрирует диаграмма распределения механических потерь в двигателях.
...и цилиндропоршневая группа
Поскольку условия смазки в цилиндропоршневой группе по мере движения поршня от верхней до нижней мертвой точки меняются от «мягких» до «жестких» (комбинация условий смазывания подшипника и клапанного механизма), на снижение потерь от трения окажет влияние и уменьшение вязкости масла, и использование в пакете присадок модификатора трения.
Как видим, ключевыми отличиями энергосберегающих моторных масел являются характеристики их вязкости и наличие модификатора трения.
Вязкость и индекс вязкости
Чтобы показать, как влияет вязкость масла на экономию топлива, приведем графическую зависимость изменения вязкости от температуры.
Возьмем два масла, «зеленое» и «красное», и предположим, что они имеют одинаковую вязкость в заданной точке. Параметр вязкости определен производителем двигателя, и при нем гарантируется максимальная защита двигателя от износа. Идеальное масло то, которое независимо от температуры имеет стабильный показатель вязкости. Увы, такого продукта в природе нет, и вязкость масла изменяется в зависимости от его температуры.
Явление это характеризует индекс вязкости масла. Чем меньше с изменением температуры меняется вязкость масла, тем выше индекс. Обратите внимание, что вязкость и индекс вязкости – понятия разные. На графике вязкость «зеленого» масла с изменением температуры меняется не так сильно, как вязкость «красного». Мы можем заключить, что у «зеленого» индекс вязкости выше, чем у «красного». Вязкости «зеленого» и «красного» масел в контрольной точке равны, таким образом, и способности каждого из масел защищать детали от износа в этот момент тоже одинаковы.
При более низкой температуре «зеленое» масло имеет меньшую вязкость, чем «красное», что в результате приводит к меньшим потерям на трение. Другими словами, масло с высоким индексом вязкости имеет лучшие характеристики топливной экономичности.
Вязкость и производство
Производство моторных масел с высоким индексом вязкости является одним из приоритетов компании SK Lubricants. Мы называем это «технология VHVI» (очень высокий индекс вязкости), по которой и производим моторные масла ZIC.
Обычно масло вязкостью 10W/40 имеет более высокий индекс вязкости, чем 15W/40. Таким образом, мы можем сделать вывод, что 10W/40 – хороший выбор для экономии топлива. Поэтому и количество производителей двигателей для тяжелой техники, рекомендующих масла класса вязкости 10W/40, неуклонно растет. ZIC не является исключением, мы предлагаем синтетические (ZIC XQ 5000 10W/40) и полусинтетические (ZIC 5000 10W/40) масла очень высокого индекса вязкости для экономии топлива и заботы о вашем двигателе.
Энергосберегающие масла для бензиновых двигателей легковушек отличаются от энергосберегающих продуктов, предназначенных для мощных дизелей.
А ГОСТов нет...
Печально, но до сих пор общей для всех масленщиков нормативной базы (ГОСТов), которая бы регламентировала наличие у масла группы «С» (Commercial) энергосберегающих свойств, увы, нет. Каждый производитель ориентируется на результаты собственных исследований, произведенных по своей, оригинальной методике испытаний.
Но, простите, так можно ради гонки за увеличением продаж наделять масла самыми уникальными свойствами! И потом, самое железобетонное подтверждение энергосберегающих свойств масла, с точки зрения перевозчиков, дают не лабораторные, а натурные испытания, которые проводятся в реальных условиях эксплуатации, а здесь уже на результат оказывают влияние масса сторонних факторов. Одной лишь заменой менее опытного водителя более опытным можно получить экономию топлива, не сравнимую ни с какими, даже самыми смелыми обещаниями производителя.
Обещания и реальность
Так что же, выходит, что все обещания масленщиков снизить расход топлива путем применения энергосберегающих масел – миф?! Как практик утверждаю: получить экономию вполне возможно, но гораздо меньшую, чем обещают рекламные проспекты, и только при строго определенных условиях.
В первую очередь, озвучу цифры: реальная экономия топлива при использовании энергосберегающих моторных масел последнего поколения - в пределах 0,5-2,5%. А прокомментирую данный разброс следующим образом. Первая цифра отражает экономию топлива при отработке масла в двигателе более 3/4 своего ресурса. Второй ориентир - для идеальных условий эксплуатации: свежее масло, исправный автомобиль, хорошая дорога, опытный водитель. То есть в реальной жизни перевозчик должен ориентироваться на экономию топлива в один, максимум полтора процента.
Несмотря на малые цифры, экономия получается существенной. При расходе топлива 40 литров на 100 км пути выигрыш от применения энергосберегающего масла составит 0,40 литра (1%), а в самом худшем случае 0,2 литра (0,5%). Чтобы цифры стали привлекательными для глаза и кармана, умножьте их на число машин в парке и соотнесите с суммарным месячным пробегом всех автомобилей.
Эксперимент доказал
Несмотря на то, что полномасштабных (подчеркну это особо) испытаний ЭСМ наша компания, как, впрочем, и другие производители смазочных материалов, не проводила, я соглашусь с мнением и выводами моего коллеги Николая Островского («Энергетический коктейль» ЗР №4-2007 г.). Он привел пример испытания такого продукта (Mobil Delvac 1 SHC 5W40) на междугородних автобусах MB 0303, принадлежащих Межрайонному филиалу №2 ГУП Мострансавто в Коломне.
По заключению экспертов, экономия топлива по сравнению с традиционным минеральным маслом 15W-40 составила 1,1-1,7%.
Реальная экономия топлива при использовании энергосберегающих моторных масел составляет от одного до двух процентов
Однако чтобы получить, ощутить, зафиксировать экономию в конкретных цифрах, литрах, рублях, километрах, необходимо иметь точку отсчета. То есть я опять возвращаюсь к тому, что у нас, масленщиков, до сих пор нет единой методики определения энергосберегающих свойств масел, предназначенных для коммерческой техники.
Причины для сомнений
Что касается реальных, натурных, испытаний, проводящихся не в лабораториях, а на работающих на линии машинах, то опять-таки нужно задать вопрос: что служило точкой отсчета при оценке экономии? Например, если раньше перевозчик заливал в моторы масла устаревших классов качества, а теперь решил перейти на современный продукт, имеющий лучший индекс вязкости, то он уже априори получит экономию как по расходу топлива, так и по ресурсу силовых агрегатов. И это без применения каких-либо волшебных присадок в масла, которые снижают трение.
Кстати, как практик, я не верю во все эти чудодейственные препараты, снижающие трение. Я прямо заявляю: энергосберегающее масло - это тонковзвешенный пакет присадок, созданный под конкретную основу - минеральную, полусинтетическую или синтетическую. Если бы все проблемы решались «зельем из флакона», то производство масла можно было бы наладить в сарае, размешивая компоненты в бочке совковой лопатой.
Итак, перевозчик должен знать: поскольку у производителей масел для коммерческой техники нет единого для всех стандарта, который бы регламентировал характеристики, свойства и качества энергосберегающих масел, говорить о том, что тот или иной продукт обладает способностью снизить расход топлива, нельзя.
Замечу, что для масел, предназначенных для двигателей легковых автомобилей, методика определения энергосберегающих свойств существует. Но беда в том, что двигатели легкового и грузового автомобилей разные, и не только по размеру, весу, рабочему объему и потребляемому топливу, а по режиму работы, нагрузке, ресурсу, конструкции, распределению механических и тепловых потерь. А именно их оптимизация и дает возможность экономить горючее.
Так что продукт, дающий эффект для двигателей легковых автомобиле – как бензиновых так и дизельных, не работает в дизелях коммерческих автомобилей. Именно в дизелях (!), так как газовые и бензиновые моторы в коммерческой технике пока в абсолютном меньшинстве. Двигатель коммерческого автомобиля на ближайшие годы – дизель.
В старых, изношенных дизельных двигателях энергосберегающее масло не даст ожидаемого экономического эффекта, поэтому его применение будет неоправданным.
О сроках службы масел
Принято считать, что энергосберегающее масло - это самый совершенный продукт, который не только экономит топливо, но и обладает продолжительным сроком службы. Увы, это заблуждение.
ЭСМ не имеют более продолжительного срока службы, как, скажем, продукты, имеющие маркировку long live. Свойство долго работать, а попросту сопротивляться окислению, закладывается пакетом присадок, основой базового масла и технологией их блендинга (смешивания). То есть говорить о том, что благодаря особой формуле пакета присадок, подготовленной по уникальной технологии основы, масло служит дольше своих аналогов (по классу качества, типу основы, параметрам вязкости), нельзя.
Если масло разрабатывали для долгой работы, то не факт, что оно обладает энергосберегающими свойствами, даже если его вязкость допускает такое предположение. Напомню, что энергосберегающее масло изготавливается более жидким, чтобы уменьшить потери на внутреннее трение.
Достоверно известно, что жидкое масло имеет более низкую несущую способность и, соответственно, более склонно к образованию смешанного и граничного режимов трения, которые приводят к интенсивному изнашиванию сопрягаемых деталей. Именно поэтому жидкое масло нельзя лить в изношенный дизель.
Поскольку моторное масло имеет ограниченный срок службы, то логично предположить, что и его энергосберегающие свойства будут со временем меняться. В процессе работы масло окисляется, вырастает его вязкость, а следовательно, снижаются энергосберегающие свойства. Присадки к концу срока службы масла тоже срабатываются, но их влияние на экономию топлива не столь велико, так как производитель смазки закладывает некий запас прочности по присадкам. Именно повышением вязкости основы масла к концу срока его службы и объясняется указанная цифра экономии топлива 0,5%, в то время как свежее масло дает возможность сократить расход топлива на 2-2,5%.
Выбор для старой техники
У мотора с большим пробегом зазоры в сопряжениях увеличены, и ему необходимо более густое масло. Если в вашем парке старая техника - об энергосберегающих продуктах забудьте!
Не стоит применять энергосберегающие (жидкие) масла и в конструктивно старых силовых агрегатах, даже если их техническое состояние не вызывает нареканий. Заострим на этом факте внимание.
Концепция энергосберегающего масла – пройти по грани между защитой двигателя и попыткой сберечь топливо. Поэтому для конструктивно старых моторов, у которых сопряжения имеют большие допуски (!), нужны более вязкие масла, которые гарантированно создадут масляный клин в подшипниках коленчатого вала и разделят поршень с гильзой.
Современные моторы изготавливаются с иными, более узкими допусками, обработка их деталей чище, отчасти именно поэтому эти силовые агрегаты не требуют обкатки. Поскольку точность изготовления деталей современных моторов высока, то жидкие масла создают в парах трения нужные условия смазки, и возможность пройти по грани, не допустив износа сопрягаемых поверхностей. При этом они дают реальное снижение расхода мощности на трение, то есть позволяют ощутить энергосберегающий эффект.
Euro 4, Euro 5 = реальный эффект
Пришло время ответить на конкретный вопрос: на какой технике можно получить реальную экономию топлива при использовании энергосберегающих масел? Это, прежде всего, силовые агрегаты, выполняющие нормы Euro 4 и Euro 5.
Однако если мотор отвечает экологическому стандарту Euro 3, но при этом изготовлен по современным технологиям (которые реализованы при производстве агрегатов Euro 4 и Euro 5), то заправленный энергосберегающим маслом, он позволит снизить расход топлива на один-два процента.
Общая же рекомендация к применению энергосберегающих масел выглядит так. Для достижения ощутимой экономии топлива их следует применять в моторах не старше трех лет, которые соответствуют экологическому классу не ниже Euro 4.
Комплексный подход
Александр Лихолитов, технический эксперт компании Shell Neft
Современное моторное масло – продукт высоких технологий, где эффект энергосбережения стоит не на последнем месте наряду с основными эксплуатационными характеристиками. Поэтому при разработке рецептуры продукта используют комплексный подход для достижения максимального эффекта.
Экономии топлива при работе на энергосберегающих маслах можно достичь путем снижения потерь на трение: между деталями цилиндропоршневой группы (тонкая, но чрезвычайно прочная масляная пленка между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра способна выдержать высокие давления и температуры), в подшипниках коленчатого вала (маловязкое масло в масляном зазоре), в механизме газораспределения (специально разработанные модификаторы трения из противоизносного комплекса присадок).
Таким образом, в рецептуре современного моторного масла для тяжело нагруженных дизельных двигателей на энергосбережение работает снижение вязкости масла в допустимых пределах (всесезонные масла SAE 10W-40, 5W-30). При этом используют загущающие макрополимерные присадки, устойчивые к сдвиговым нагрузкам. Вводят модификаторы трения и подбирают высокоэффективные моюще-диспергирующие присадки.
Максимальную экономию топлива от применения ЭСМ можно получить, заливая эти продукты и в двигатель, и в трансмиссию.
Роль присадок
Если первые перечисленные способы ясны, то как могут повлиять на экономию топлива моюще-диспергирующие присадки? Их действие раскрывается не сразу, а только при накоплении сажи в моторном масле по мере его наработки: она способствует повышению вязкости масла, что увеличивает потери на преодоление сил трения и, в конечном счете, увеличивает расход топлива. Диспергирующие присадки удерживают частицы сажи в объеме масла, препятствуя их срастанию, а значит - загущению моторного масла.
В линейке моторных масел Shell Rimula энергосберегающие масла обозначены суффиксом «E» (Energy). Наши исследования показывают, что при использовании таких масел (например, синтетических масел Shell Rimula R6 ME, Rimula R6 LME) экономия топлива может составлять до 2,5% по сравнению с обычными минеральными маслами вязкостью SAE 15W-40.
Конечно, на топливную экономичность влияют дорожные условия, нагрузка на автомобиль, стиль вождения, качество смазки, топлива и много других факторов.
Масла маслам рознь
Используя правильные смазочные материалы, качественные синтетические масла для двигателя, коробки передач и мостов можно обеспечить экономию топлива до 5% в сравнении с обычными минеральными маслами даже в тяжелых условиях эксплуатации.
Еще интересный эффект экономии топлива мы обнаружили при разработке экологичных моторных масел Shell Rimula с суффиксом «L» (Rimula R5 LM, Rimula R6 LM, Rimula R6 LME), что значит «Low-SAPS» - то есть малозольное.
«Low-SAPS» масла имеют пониженный уровень сульфатной золы, фосфора и серы. И при сгорании масла в цилиндрах двигателя меньше засоряются сажевые фильтры, которые сегодня устанавливают на большинство грузовых автомобилей, соответствующих нормам Euro 4 и Euro 5. Меньше золы в фильтре – меньше противодавление в выхлопной системе – меньше расход топлива.
Голландцы получили 2,5%
Если приводить реальные примеры применения энергосберегающих масел, то стоит рассмотреть опыт крупной голландской компании Connexxion TSN, осуществляющей автобусные перевозки по стране.
Тестирование проводилось на 28-ми автобусах Volvo 8700BLE с двигателями Volvo DH12D340 (Euro 3) и АКП производства Voith. Автобусы совершали один и тот же комбинированный маршрут трасса–город в течение восьми месяцев.
Показания по расходу топлива и пробегу снимали специальной электронной системой. В моторы и трансмиссию девяти из 28-ми автобусов были залиты полностью синтетические масла Rimula R6 ME 5W-30 вместо Rimula R4 15W-40 и Spirax ASX 75W-90 вместо Spirax A 80W-90 соответственно. Документально зафиксированная средняя экономия топлива составила 2,5%.
И не стоит забывать, что кроме экономии топлива применение самых современных синтетических смазочных материалов позволит снизить издержки на обслуживание техники за счет увеличенных в два и более раз интервалов обслуживания.
Выводы
1. Энергосберегающие свойства моторных масел определяются, главным образом, вязкостью масла (обычно маловязкие SAE 5W-30, 10W-30 и др.) и используемым пакетом присадок. Наибольшее влияние оказывают вязкостно-температурные, обеспечивающие высокий индекс вязкости и постоянство вязкостных характеристик в широком диапазоне температур, плюс противоизносные присадки, модификаторы трения.
2. Природа базового масла – минеральное, синтетическое, полусинтетическое – не имеет существенного значения. К примеру, минеральное масло класса вязкости SAE 10W-30 может обладать лучшими энергосберегающими свойствами, чем полусинтетическое того же класса.
3. На энергосберегающий эффект оказывают влияние конструктивные особенности и состояние двигателя, условия его эксплуатации, человеческий фактор.
4. Помимо экономии топлива применение современных, энергосберегающих, синтетических смазочных материалов позволит снизить затраты на обслуживание техники и увеличить интервалы обслуживания.
5. Малозольное ЭСМ меньше загрязняет сажевый фильтр и не создает предпосылок увеличения противодавления выпускной системы, что тоже уменьшает расход топлива.
6. ЭСМ имеют не такой продолжительный срок службы, как продукты класса long live.
7. Свежее масло дает максимальный эффект экономии 1,5-2,5%. К концу срока службы показатель снижается до 0,5%.
96699