30.03.2013
Оптимизация интервалов замены масла для тяжелых транспортных средств

Шестьдесят лет назад слив моторного масла (замена масла) грузовика производился обычно через 500 км. Благодаря более высокому качеству смазочных материалов, экологически чистым видам топлива, улучшенной технологии фильтрации и более надежным двигателям, сегодня интервал замены уже достигает 50000 миль (80000 км) и более на этих же типах транспортных средств.
   Тем не менее, типичные интервалы замены масла остаются в пределах 25000 км.  Небольшое внимание к данному стандарту связано с тем, что транспортные средства сталкиваются с различными факторами. Например, у двух одинаковых автомобилей могут возникнуть очень разные сроки службы масла. У одного срок службы может приблизиться к 80000 км, в то время как у другого его  едва хватит на 15000 км. Это различие в сроках службы масла является результатом многих факторов, но в основном, трех из них:
   1. Конструкция двигателя, возраст и условия эксплуатации - конструктивные характеристики
    двигателя и различные условия его эксплуатации могут повлиять на срок службы масла.
   2. Модели и условия вождения - где и как грузовой автомобиль эксплуатируется.
   3. Свойства масла - качество и эффективность разработок моторного масла.

   Конструкция двигателя, возраст и характеристики

   Эффективность топлива двигателя напрямую связана со сроком службы масла. Как улучшить эффективность сгорания, которая определяет тип и количество частиц, обдувающих поршневые кольца. Поршневой "прорыв газов" является, как правило, основным источником загрязнений, попадающих в масло. Эти загрязнения включают грязь, воду, копоть, частицы топлива, оксиды азота (NOx) и частично сгоревшие углеводороды (HC). Но не только эффективность сгорания влияет на загрязнение. Элементы конструкции двигателя, такие как эффективность уплотнений, контроль температуры и методы контроля выбросов, влияют на тип и концентрацию загрязняющих веществ в масле.
   Некоторые характеристики двигателя, например, пробег и общее количество часов эксплуатации, со временем неизбежно приведут к укороченным интервалом замены масла. Тем не менее, поддержание оптимального качества масла в системе является управляемым процессом при условии достаточной фильтрации и качества уплотнений. В критических компонентах, таких как фильтры, отказ не ограничивается лишь коротким сроком службы масла. На рисунке 1 показано, как плохая фильтрация может привести к цепной реакции вредных воздействий на двигатель, а также к большим эксплуатационным расходам.

Счетчик загрязнений при фильтрации контролирует грязеемкость фильтра. Важно, чтобы она была в соответствии с ожидаемым или необходимым интервалом замены масла. Кроме фильтрации и уплотнений на интервал замены масла влияет и размер поддона. С увеличением объема циркулирующего моторного масла в двигателе будет уменьшаться и концентрация загрязнений. Увеличенный размер поддона также означает больше присадок и меньше тепловых проблем. В результате, производители двигателей предлагают большие размеры поддона в качестве одного из условий увеличения интервала замены масла.

Хотя все двигатели предназначены для обеспечения оптимальных условий циркуляции масла, даже самые лучшие модели подвержены определенному уровню загрязнения с течением времени. Эти загрязнения генерируются либо из внутренних, либо из внешних источников. На владельце грузовика лежит ответственность за обеспечение оптимального обслуживания двигателя.

   Условия вождения

Характеристики моторного масла должны удовлетворять условиям, с которыми сталкивается грузовик. Вождение при экстремальных температурах оказывает вредное воздействие на моторное масло. С одной стороны, холодные пуски могут привести к загущению масла, нарушению работы подшипников и ухудшению смазки стенок цилиндра при запуске. С другой стороны, высокотемпературная среда приведет не только к снижению вязкости, но также к вредным химическим реакциям, таким как окисление масла, и к сокращению срока его службы. Кроме того, тяжелые внешние условия - пыльные грунтовые дороги и высокая влажность воздуха, увеличивают вероятность попадания внешних загрязнений в масло при заборе воздуха и через камеру сгорания.

Но не только внешние загрязнения - любой фактор, влияющий на эффективность использования топлива, также влияет на срок службы масла. Низкая топливная эффективность означает, что двигатель работает не в оптимальном режиме. В результате и моторное масло работает не в оптимальных условиях. К числу неблагоприятных факторов работы грузовика относятся крутые склоны, высокие нагрузки, вождение в условиях «стоп-пуск», буксования и даже стиль вождения.

Как изменились времена

   Автотранспортная отрасль прошла долгий путь за последние 60 лет.

   1949 Интервал замены масла: в соответствии с руководством интервал замены масла составлял от 500 до 1000 км.

   2012 Интервал замены масла: сегодня интервал замены масла может достигать 50000 миль (80500 км).

   У грузовика с прицепом класса 8 стандартный интервал замены масла 25000 миль (40200 км). MPG составляет в среднем чуть менее 6 миль на галлон (39,2 л на 100 км) по сравнению с 4 MPG (58,8 л на 100 км) 30 лет. назад.

   От того, где и как тяжелые грузовики эксплуатируются, зависит их показатель MPG (миль на галлон). Он варьирует в пределах 2-7,5 миль на галлон (117,6 – 31,5 л на 100 км).

Число MPG (Mile Per Gallon) - полезный индикатор для определения рабочего цикла двигателя. Производители двигателей MaxxForce и Cummins недавно приняли решение - рекомендовать интервал замены масла основывать на расходе топлива. Рисунок 3 показывает, как интервал замены масла для двигателей 2010 MaxxForce может изменяться от 18000 до 40000 миль. Это важно по сравнению с предыдущей рекомендацией интервала в 25000 миль, который был стандартным руководством в течение многих лет. Теперь, это не только экономия топлива и экономия на газе, но это также уменьшение расходов моторного масла.

Свойства масла

   Требования к моторным маслам Американского института нефти (API) и Европейской ассоциации автопроизводителей (ACEA) сформулированы так, чтобы обеспечить работу двигателя в оптимальном режиме и с удлиненным сроком службы. Тем не менее, даже масла самого высокого качества могут по ряду причин подвергаться деградации. Не только начальные характеристики масла (чистота, возраст и т.д.) важны, но также моторное масло должно противодействовать негативным условиям, сокращающим срок его службы.

Контроль за частицами и другими загрязняющими веществами

   Хотя одна крошечная частица износа может показаться не слишком разрушительной, но она одна способна генерировать до 20 новых частиц с момента возникновения. Эти частицы будут вести разрушительную работу, пока не будут, наконец, удалены, уничтожены или обезврежены. После многократного увеличения частиц загрязненное масло может оказаться смертельно опасным для двигателя.
   Всякий раз, когда твердые загрязняющие вещества в масле быстро не фильтруются, последствия могут быть намного хуже, чем просто от суммы загрязнений. В условиях объединения с другими загрязнителями эти твердые вещества могут привести к значительному сокращению срока службы масла.

   Главные из них:
   • Шлам и сажа - формирование шламовых отложений за счет сочетания твердых загрязняющих веществ и влаги приводит к повышенному износу двигателя и сокращению срока службы масла.
   • Ингрессия воды и охлаждающей жидкости - влага, гликоль и кислоты способствуют коррозии, истощению присадок и окислению масла.
   • Разбавление топлива - в случае разбавления топлива, масляная пленка становится тонкой, содействуя окислению масла и потере вязкости.

Выбор Премиум-масла для двигателя

   Моторное масло класса Premium, как правило, синтетика. Оно рекламируется для улучшения производительности двигателя, экономии топлива, пусковой и общей чистоты двигателя. Однако, если целью является улучшенная защита двигателя и в то же время экономическая эффективность, то масло Premium не всегда лучший выбор. Это похоже на проблемы при покупке гибридного автомобиля. Например, если гибрид экономит "X" количество топлива и стоит вам на "Y" дороже, вы будете "Z" лет кономить топливо. Если "Z" действует еще долго после того, как вы продадите автомобиль, вы потеряете деньги. Кроме того, масло Premium обеспечивая "X" преимуществ, стоит вам на "Y" больше и должно вам служить "Z" лет, чтобы пользоваться этими преимуществами. Иногда "Z" проявляется еще долго после других непредвиденных или неконтролируемых сбоев, например, в результате преждевременной замены масла, как минимум.

Классы вязкости моторного масла

   Так как вязкость зависит от температуры, важно, чтобы моторное масло сохраняло оптимальную вязкость во всем диапазоне рабочих температур. Для этого используются высокомолекулярные добавки, такие как модификаторы вязкости. Они имеют тепловые характеристики, снижающие скорость изменения вязкости при изменении температуры.
   Стандартное моторное масло для тяжелых грузовиков уже давно стало класса 15W-40. На этом уровне вязкости обеспечивается достаточная защита от износа при минимизации потерь энергии на преодоление вязких сил сопротивления. Если используются новые, более высокого качества двигатели, которые менее подвержены износу, можно использовать вязкость классом ниже, например, 10W-30 или 5W-30. Это может стать предпочтительной альтернативой для повышения экономии топлива и масла, а также увеличения интервала замены.
   На рисунке 4 показано, как различны причины, будь они основаны на вождении, конструкции двигателя или свойствах масла, могут привести к увеличению негативных воздействий и загрязнению масла. Это, в свою очередь, может привести к более короткому сроку службы масла и возможному отказу двигателя. Любая из этих причин оказывает негативное влияние на интервал замены масла. Сохранение оптимальной работоспособности масла является ключом к увеличению срока службы и масла и двигателя.

Оптимальный интервал замены масла

   Оптимальное время для замены масла в двигателе наступает в тот момент, когда последствия вредного воздействие и ухудшение качества масла более значительны, чем затраты и время, сэкономленные за счет продления интервала. Эти пагубные последствия могут проявиться в краткосрочной или долгосрочной перспективе. Краткосрочные последствия включают потерю эффективности топлива и снижение качества моторного масла между заменами. Долгосрочные последствия - это постоянные повреждения внутренних компонентов двигателя, что приводит к расходам, связанным с ремонтом, перестраиванием  и временем простоя.
   Довольно сложно определить, когда наступит этот идеальный момент для замены масла. Если качество моторного масла контролировалось регулярно, этим моментом будет:
   • Когда характеристики моторного масла ухудшились до определенного предела.
   • Когда есть потери щелочного числа (TBN) и рост кислотного числа (TAN), приводящие к внутренней коррозии.
   • Когда агломераты сажи и грязи начинают откладываться на внутренних компонентах двигателя. Однако эти проявления сложно выявить в процессе работы грузовика, поэтому лучший вариант лежит в способности водителя контролировать качество масла либо в режиме реального времени (он-лайн датчики), либо периодически производить анализ масла.

Анализ масла

   Хотя анализ масла может стать успешной подсказкой в определении интервала замены масла, это не дешево. Поэтому важно, чтобы соответствующие процедуры (отбор проб и тестирование) осуществлялись с целью получения полезных результатов.
   Основные элементы, которые необходимо соблюдать, включают в себя:
   • Регулярный отбор проб и оптимальные методы анализа.
   • Тщательная эксплуатация и техническое обслуживание, в том числе: MPG, тип масла, ведение журналов, поддержание объема масла, типы вождения, время простоя, время работы / расстояние и т.д.
   • Оптимальный тестируемый набор и стратегии интерпретации данных.
   Одним из основных свойств моторного масла является способность нейтрализовать кислоты. Чтобы помочь улучшить эту способность, в моторное масло добавляют щелочные присади (как правило, это моющие средства). Эта щелочность, которая может быть измерена как щелочное число TBN (Total Base Number), обеспечивает хорошую оценку важного свойства - старения масла. При заливке масла TBN имеет максимальное значение. TBN падает, когда масло начинает окисляться или становится чрезмерно загрязненным гликолем или кислотами сгорания прорывных газов. В этих условиях начинает увеличиваться общее кислотное число TAN (Total Acid Number). Так же, как эффективность использования топлива может оказаться наиболее влиятельным фактором снижения срока службы масла, так и уровень TBN является надежным прямым средством измерения деградации моторного масла. Другими важными факторами деградации масла являются: сажа, копоть, засорения и истощение добавок.

Водитель и владелец автопарка

   При оценке оптимального интервала замены масла владельцы автопарков и водители имеют различные проблемы и преимущества. Владельцы могут использовать большое количество данных на основе базовых маршрутов, базовых грузовиков, анализа тенденций, которые могут быть очень надежными. Водители грузовых автомобилей (1, иногда 2 человека) могут сделать разумные оценки в связи с пониманием тенденций транспортного средства и истории его эксплуатации. Возможность и умение водителя осуществлять мониторинг вождения, условий эксплуатации (климат, грунтовая пыль и рельеф местности), выбранного моторного масла и фильтра, КПД двигателя и т.д., также могут помочь в выборе оптимального интервала замены масла. (рис 7)

Симптоматическая диагностика

   Качество моторного масла имеет решающее значение для оптимальной работы двигателя и автомобиля в целом. Во многих отношениях моторное масло в автомобиле можно сравнить с циркулирующей кровью в организме человека. Например, моторное масло циркулирует по различным деталям двигателя, обеспечивает защиту от износа, помогает двигателю нормально функционировать, поддерживает оптимальную температуру, очищает от загрязнений, а также содержит присадки, которые препятствуют коррозии и улучшают уплотнения.
   Так же и кровь в теле человека циркулирует по различным органам, обеспечивает их питательными веществами, помогает телу функционировать нормально, поддерживает нормальную температуру, участвует в обмене веществ, а также содержит различные вещества, которые препятствуют инфекционными заболеваниям, уничтожают бактерии и паразитов. Моторное масло фильтрует масляный фильтр, а кровь фильтруется такими органами, как печень и селезенка.
   Кровь полезна не только потому, что она обеспечивает тело всем необходимым, но она также может свидетельствовать о состоянии организма. Когда пациент идет к врачу с неизвестной болезнью, врач сначала попытаться определить причину, используя известные симптомы. Если этого недостаточно, пробы крови могут быть взяты и исследованы в лаборатории. Кровь действует как подпись организма в целом и предлагает дополнительные подсказки относительно причин болезни.
   Моторное масло обеспечивает такую же подпись для двигателя и всех компонентов, через которые она протекает. Двигатель может иметь датчики наблюдений за симптомами, которые показывают хорошо ли он работает. Но иногда этого не достаточно, чтобы указать на отказ двигателя. Если пробы масла исследовали в лаборатории, найденные частицы могут стать уликами, которые задолго до проявления очевидных признаков могут заранее предсказать отказ двигателя. Изменение состояния масла также является предвестником отказа. Чтобы определить оптимальный интервал замены масла, необходимо учесть все факторы и симптомы.
   Все чаще производители автомобилей, в том числе тяжелых грузовиков, устанавливают в приборную панель индикаторы, чтобы предупредить водителя о необходимости замены масла. Тем не менее, многие водители основываются исключительно на одном факторе, например, на пробеге или на количестве моточасов для оценки уровня старения масла. В более современных транспортных средствах используются более сложные методы, в том числе прямые измерения, исследования по определенному алгоритму или их комбинации.
   Для прямых измерений используются различные бортовые датчики, которые через электрическую емкость или микромеханический резонатор могут обнаружить и грубо измерить количество загрязняющих веществ в масле. Алгоритмические методы используют несколько переменных, которые предоставляются модулями контроля двигателя. Это изменения температуры и уровня масла, значения MPG (мили на галлон) и среднее MPH (миль в час).
   Рисунок 7 демонстрирует лишь два измерения MPG и MPH для определения интервала замены масла. Для калибровочной карты был сформулирован алгоритм с учетом всех упомянутых ранее факторов влияния на моторное масло. Это более надежный метод определения интервала замены масла.
   Большая часть всей информации для этого метода уже поставляется модулями управления двигателем. Если бортовые датчики были включены и предоставили информацию об уровне загрязнения масла, то надежность этого метод значительно увеличивается. В итоге, к концу срока службы масло находится под влиянием сложного набора факторов. Многие из них могут контролироваться, управляться и использоваться для оптимизации интервалов замены масла. Это методы вождения, анализы масла, алгоритмы, показания бортовых датчиков или любой из других методов, описанных выше. Преимущества выходят далеко за рамки поддержания чистоты масла. Комплексный анализ может дать ключ к обеспечению нормальной работы двигателя, предупредить его преждевременный отказ и увеличить оптимальный срок службы масла.

   Роман Маслов.
   По материалам журнала “Machinery Lubrication”