Единый в двух лицах
РС-11 – новый класс масел для тяжелых высоконагруженных дизелей

Причины появления нового класса моторных масел РС-11

В мире двигателей для коммерческого транспорта и внедорожной спецтехники постоянно идет борьба за повышение к.п.д., топливной экономичности и уменьшение вредных выбросов. В 2016–2017 гг. ожидается появление следующего поколения тяжелых высоконагруженных дизельных двигателей. Для того чтобы повысить топливную экономичность и уменьшить уровень вредных выбросов в отработавших газах, разработчики предполагают не только усовершенствовать технологии и материалы изготовления новых дизельных двигателей, но и изменить условия их работы, например значительно увеличить рабочие температуры.

Действующая категория API CJ-4 для высоконагруженных дизельных двигателей уже не сможет отвечать более жестким требованиям к моторным маслам будущих топливоэкономичных двигателей. Это значит, что не все масла смогут гарантированно сохранять достаточную работоспособность, в том числе защиту двигателя от окисления, способность сопротивляться вспениванию и сохранять величину сопротивления на сдвиг (устойчивость полимерных молекул масла к разрушению в результате механического воздействия на масляную пленку, находящуюся между движущимися деталями двигателя). В результате разрушения молекул при сдвиге пленки вязкость масла снижается, и в конце концов наступает состояние, когда масло не может больше образовывать достаточно устойчивую пленку между трущимися деталями.

Чтобы устранить все эти недостатки, а также обеспечить соответствие требованию по совместимости с перспективными биодизельными топливами, необходимо внести изменения в состав и характеристики моторных масел. А чтобы уменьшить внутренние потери двигателей на трение, новые масла при эквивалентном уровне защиты движущихся деталей от трения должны будут иметь более низкую вязкость. Поэтому API («Американский нефтяной институт») совместно с другими организациями, разрабатывающими системы классификации масел (ASTM, SAE), и с европейским аналогом API системой ACEA, а также с представителями компаний-производителей двигателей, машин и масел занялся формированием требований к новому классу масел, который получил условное наименование API Proposed Category 11 (PC-11, «проектируемый класс»).

Два подкласса масел РС-11

В ходе работы над требованиями к новым маслам выяснилось: владельцы магистральных грузовиков в первую очередь заинтересованы в повышении топливной экономичности, и поэтому им нужны масла с уменьшенной вязкостью. Для владельцев внедорожной спецтехники, которая служит в общем дольше, чем грузовики, важно, чтобы новые масла были совместимы с двигателями прежних выпусков, а также обеспечивали в первую очередь надежность и долговечность двигателей. Топливная экономичность для них вторична. Поэтому для внедорожной техники предпочтительны масла с величиной вязкости, как у масел, используемых сейчас.

Сложно создать масло, удовлетворяющее такие противоречивые требования. Проще разработать два сорта масла – для каждого из направлений запросов потребителей. По этой причине новый класс масел впервые в практике системы классификации API решено было разделить на два подкласса: РС-11А и РС-11В.

Подкласс РС-11А заменяет CJ-4, масла с обычной величиной вязкости. Вместе с тем у масел РС-11А будет более высоким сопротивление на сдвиг по сравнению с маслами класса CJ-4. Масла РС-11А пригодны для использования в двигателях следующего поколения, а также в грузовиках со сроком службы до 10–15 лет и такой же «возрастной» внедорожной спецтехники.

Тогда возникает резонный вопрос: а зачем нужен подкласс РС-11В?

Ответ заключается в обеспечении экономии топлива. Масла PC-11В станут обладать всеми преимуществами по устойчивости к окислению, стабильности величины сопротивления на сдвиг, по склонности к вспениванию и защите двигателя в той же мере, что и масла подкласса РС-11А, но у масел PC-11В будет значительно меньшая вязкость. Они предназначены главным образом для двигателей следующего поколения, выпущенных начиная с 2016–17 гг. Более низкая вязкость масел PC-11B будет ограничивать их «обратную совместимость», и некоторые эксперты даже считают, что масла PC-11B вообще нельзя будет использовать в двигателях прежних выпусков. Специалисты также задаются вопросом, понадобится ли менять калибровку датчика давления масла, чтобы он не подавал аварийные сигналы о «низком давлении масла» на комбинацию приборов машины? Будут ли с более «жидким» маслом так же хорошо действовать гидравлические приводы, в которых используется масло двигателя?

Разработчики новых масел ищут возможности уменьшения количества металлосодержащих присадок путем замены их более прогрессивными присадками нового поколения, которые могут помочь продлить срок службы и уменьшить потребность в очистке дизельных сажевых фильтров (DPF), что означает уменьшение объема техобслуживания и времени простоев техники. В маслах нового класса еще больше, чем в CJ-4, будет ограничиваться содержание сульфатной золы, фосфора и серы.

Несомненным преимуществом некоторых масел класса РС-11 будет возможность использовать их и в дизельных, и в бензиновых двигателях нового поколения, что очень удобно и выгодно для машинных парков, состоящих из разнообразной техники. Дизельные моторные масла предыдущего поколения плохо подходят для использования в бензиновых двигателях, поскольку содержат большое количество соединений фосфора, которые могут отравить каталитические нейтрализаторы бензиновых двигателей.

В новой линейке масел РС-11 обоих подклассов будут применяться те же типы базовых масел: минеральные, синтетические и полусинтетические, а также аналогичные классу CJ-4 сорта по вязкости, то есть 0W-30, 5W-30 и 10W-30.

Обозначение одинаковое, а вязкость разная. Все вышесказанное наводит на два вопроса: если вы выберете сорт масла, который есть среди масел подклассов РС-11А и РС-11В, например 10W-30, то как могут масла, имеющие одинаковое наименование, иметь разную вязкость? И чем отличается масло сорта 10W-30 подкласса РС-11В от выпущенного в последнее время масла сорта 10W-30 класса CJ-4, которые изготовители рекламируют как «повышающие топливную экономичность без ухудшения защиты деталей двигателя от износа»?

Что касается последнего вопроса, то, по заявлениям самих производителей, улучшение топ-ливной экономичности при использовании этих новейших масел класса CJ-4 составляет всего около 1–4%. Рекламируемое улучшение топливной экономичности получается из сравнения новых масел сорта 10W-30 с обычным маслом 15W-40, которое широко использовалось во всех тяжелых высоконагруженных дизелях.

Что такое вязкость HTHS? Разница между маслами классов CJ-4 и РС-11 заключается в величине так называемой динамической вязкости. Напомним, что вязкость – это «степень сопротивления жидкости стремлению к текучести», то есть свойство, обратное текучести. Традиционно масла по унифицированной классификации API, SAE, ASTM и АСЕА оцениваются по так называемой кинематической вязкости: фактически измеряется, как быстро вытекает масло через трубку под действием собственного веса при температуре 100 °С. Результат выражается в единицах сантистокс (сСт). Сопротивление сдвигу в масле при таком испытании очень незначительное, фактически кинематическая вязкость оценивает свойства масла в состоянии покоя.

Однако в новых двигателях последних лет значительно выросли рабочие температуры и нагрузки на масляную пленку между трущимися деталями (скорость сдвига достигает 1,5 км/с). Поэтому для более точной оценки вязкостных свойств масла в динамике применяется показатель «высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига» (HTHS). Вязкость HTHS измеряется при 150 °С и высокой скорости сдвига одного слоя масла относительно другого. HTHS измеряется в сантипуазах (сП). Физически можно представить величину HTHS как толщину пленки масла в зоне критических условий работы, например в подшипниках коленчатого вала – чем больше вязкость HTHS, тем толще будет пленка масла.

Чем тоньше будет масляная пленка при полном сохранении защитных свойств, тем меньше будут потери мощности двигателя на трение в масле и больше экономия топлива. Однако если масляная пленка будет слишком тонкой, она не сможет предотвратить контакта одной трущейся поверхности с другой, тогда механические потери на трение и интенсивность износа деталей резко возрастут. И напротив, чем толще будет масляная пленка, тем больше будут потери мощности двигателя на трение в масле. Таким образом, показатель HTHS позволяет подобрать энергосберегающее масло, особенно для двигателей, значительную часть времени работающих при высоких оборотах коленчатого вала.

Типичное масло сорта 15W-40 класса CJ-4 может иметь динамическую вязкость в диапазоне 3,9–4,2 сП, а новое масло сорта 10W-30 CJ-4, «улучшающее топливную экономичность», – 3,5–3,6 сП, приблизительно такая же «высокая» вязкость предполагается для полновязких масел класса РС-11А (3,2–3,5 сП).

Масла класса РС-11В будут иметь динамическую вязкость в диапазоне 2,9–3,2 сП, что позволяет отнести их к маслам с «низким» HTHS. Масла такого типа позволяют снизить расходы на топливо, по разным данным, от 3 до 5% и даже до 20%. Однако при применении маловязких масел существует риск преждевременного износа двигателя. Масла РС-11В должны иметь очень высокое сопротивление на сдвиг, в противном случае тонкая пленка не сможет защищать детали от повышенного износа, поэтому масла РС-11В должны иметь присадки, отличающиеся от масел РС-11А, которые увеличивают их способность к защите деталей двигателя от износа и их сопротивление на сдвиг.

Обозначения. Чтобы потребитель мог различать масла классов РС-11А и РС-11В с высоким и низким значениями HTHS, предлагается для масел с низким HTHS ввести литеру L после обозначения сорта по вязкости (например, SAE 10W-30L), а масла с высокой вязкостью HTHS обозначать литерой Н (SAE 10W-30H). Заметим, однако, что окончательная редакция требований к классу РС-11 еще не утверждена и эти литеры могут в нее не войти.

Уже известны торговые на-именования подклассов РС-11: масла, соответствующие требованиям подкласса РС-11А, будут обозначаться СК-4, а соответствующие РС-11В – FA-4.

Тесты нового класса РС-11. Поскольку требования к маслам класса РС-11 отличаются от требований класса CJ-4, в процедуру проверки новых масел потребуется ввести новые тесты и отменить некоторые из прежних. Семь тестов класса CJ-4 включены в список испытаний класса РС-11. В список входят также три новых теста и один модернизированный. Так, для оценки склонности к пенообразованию в стандарт РС-11 включен заимствованный у компании Caterpillar тест Caterpillar C-13 Engine Oil Aeration test. Возможно, будет включен и тест, заимствованный у Volvo: Mack T-13 ring, liner and bearing wear test, определяющий коррозию подшипников, окисление и нитрацию масел.

Сроки введения РС-11. Вступление в силу спецификаций и появление на рынке масел класса РС-11 ожидается примерно в декабре 2016 г.