Admin

Моторные масла для дизелей тепловозов: вчера, сегодня, завтра

В.А. ПЕРМИНОВ, канд. техн, наук, заведующий отделом АО «ВНИКТИ»,
А.С. МЕДЖИБОВСКИЙ, д-р техн, наук, профессор, председатель правления группы компаний «Квалитет»,
А.В. ДЕМЕНТЬЕВ, канд. техн, наук, директор ООО «НПП Квалитет»,
ВГ. ТКАЧЕВ начальник отдела ОАО «Коломенский завод», Н.А. ЛЕБЕДЕВА, начальник аналитической лаборатории ООО «НПП Квалитет»

Моторные масла состоят из базовой основы и специальных добавок-присадок, обеспечивающих надежную, экономичную и долговечную работу двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Правильное применение масел позволяет уменьшить интенсивность изнашивания трущихся деталей двигателя, предотвратить их перегрев, удалить с поверхностей лак и нагар, уменьшить затраты полезной энергии на трение, особенно в узлах цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма двигателя. Неслучайно моторное масло относят к конструктивным элементам ДВС.

Масла классифицируют по вязкостным и эксплуатационным свойствам. В системах смазки отечественных дизелей всех типов тепловозов используются минеральные моторные масла групп 62, В2, Г2 и Д2 (см. таблицу).

Одним из основных свойств моторного масла является его вязкость, зависимая от температуры в широком диапазоне (от температуры окружающего воздуха в момент запуска холодного двигателя, например, зимой, до максимально допустимой температуры масла). Относительная величина, показывающая степень изменения вязкости масла от температуры и определяющая пологость зависимости его вязкости от температуры, называется индексом вязкости (ИВ). Чем выше значение ИВ, тем положе упомянутая зависимость, тем меньше масло изменяет кинематическую вязкость при изменении температуры, тем выше качество масла.

На территории Калининградской области существует несколько заводов по производству моторных масел. По путеводителю можно найти их координаты - адреса и телефоны.

Моторные масла вышеперечисленных групп имеют значение кинематической вязкости при 100 °C в пределах 13,5 — 15 мм2/с, значение их ИВ находится в диапазоне 80 — 90. Упомянутые масла (кроме М-63/14Д2) относятся к сезонным класса вязкости 14 по ГОСТ 17479—2015 (по принятой на международном уровне классификации SAEj300 соответствуют маслам летнего класса вязкости SAE40).

Моторные масла групп В2, В2, Г2 и Д2 содержат различное количество и качество присадок, которые и определяют возможную область применения масла той или иной группы в системах смазки тепловозных дизелей, различающихся по форсировке. Так, масла группы В2 содержат до 3 % присадок (для малофорсированных дизелей, в настоящее время это масло ОАО «РЖД» не закупает), группы В2 — 3,5... 4 % (для среднефорсированных дизелей), группы Г2 — 7... 8 % (для высокофорсированных дизелей), группы Д2 — 9... 10 % присадок (для высокофорсированных дизелей с высокой степенью наддува).

Введение в масло присадок, в том числе многофункциональных, повышает его стоимость, но существенно улучшает эксплуатационные свойства масла, что предопределяет повышение срока службы масла до его замены. Стоимость моторных масел упомянутых групп с НДС по состоянию на февраль 2018 г. составляет: группы В2 — 49,45 тыс. руб./т, группы Г2 — 58,15 тыс. руб./т, группы Д2 — 67,55 тыс. руб./т.

Разработка и использование указанных масел в дизелях тепловозов в хронологическом аспекте характеризуется следующими периодами (см. таблицу): масла групп В2 и В2 — до и 70-е годы прошлого столетия (ИВ = 80 — 85); группы Г2 — 80-е годы (ИВ = 90); группы Д2 — начало 2000-х годов и по настоящее время (ИВ = 90). За указанные периоды достигнуто увеличение нормативного срока службы масел с 20 — 30 тыс. км пробега тепловоза (группы Б2 и В2) до 75 — 90 тыс. км (группа Д2).

Превышение вязкости упомянутых сезонных масел класса вязкости SAE40 допустимого значения — наиболее частая причина замены масел в эксплуатации, определяющая фактический срок их службы. Дальнейшее совершенствование сезонных масел класса вязкости SAE40 путем оптимизации их состава возможно, но при этом принципиального изменения их качества с точки зрения существенного повышения их ИВ не будет достигнуто.

Повышение требований к снижению удельного расхода топлива и улучшению экологичности тепловозных дизелей потребовали разработки нового перспективного энергосберегающего масла. В начале 2000-х годов отечественной промышленностью разработано (с отставанием от ряда зарубежных стран более чем на 10 лет из-за отсутствия спроса) моторное масло М-б3/14Д2 на базе маловязкой минеральной основы с добавлением синтетических загустителей (буква «з» в обозначении масла — загущенное), которое соответствует всесезонному с классом вязкости SAE15W40.

Масло М-63/14Д2 имеет ИВ = 120 против ИВ = 90 у сезонных масел групп Г2 и Д2, что обуславливает наличие энергосберегающих свойств у этого масла по отношению к сезонным с относительно низким ИВ. Данное масло благодаря регулированию вязкости и снижению потерь на трение, наряду с его основным предназначением, выступает еще и в роли дополнительного средства снижения потерь на преодоление сил трения в соответствующих трущихся парах дизеля. Это, в свою очередь, повышает механический КПД дизеля, а при той же мощности на его валу при различных скоростных режимах обуславливает меньшее потребление им топлива.

В локомотивном комплексе ОАО «РЖД» всесезонные моторные масла как ранее, так и в настоящее время не применяются, несмотря на доказанные мировой практикой их энергосберегающие свойства. Пионерами в этой области являются Британские железные дороги, которые начали использование таких масел с 1980 г. Они же отмечают достигнутое сокращение, порядка 4 % эксплуатационного расхода топлива на тепловозах класса 56 от использования всесезонного масла. Испытаниями, проведенными в Канаде на тепловозе SD40 с дизелями 16-645ЕЗ (3000 л.с.), установлено, что применение всесезонного масла по сравнению с сезонным приводит к снижению расхода не только топлива, но и самого масла в среднем на 18 %.

Моторное масло М-б3/14Д2 «Сатурн» ТУ 0253-067-40065452—04 с изм.1 — 3, разработанное ООО «НПП Квалитет», с 2009 г. используется на магистральных тепловозах с дизелями Д49 и 1-ПД4Д, принадлежащих ПАО «ГМК "Норильский никель''». Это масло прошло стендовые испытания в составе дизеля 12ЧН26/26 в ОАО «Коломенский завод». Результаты этих испытаний и эксплуатации упомянутых типов тепловозов подтвердили энергосберегающие свойства масла М-63/14Д2. Проведенные работы с этим маслом позволяют констатировать, что его моторные свойства (сохранение значений основных показателей работающего масла в рекомендуемых пределах) будут обеспечены для магистрального грузового тепловоза в его пробеге порядка 120 — 130 тыс. км, что существенно выше нормативного значения этого показателя для сезонного масла группы Д2.

Таким образом, на сегодняшний момент есть все технические предпосылки к использованию уже разработанного моторного масла М-63/14Д2 в тепловозном парке ОАО «РЖД», особенно в грузовом с секционной мощностью более 3000 л.с. К тому же, внедрение моторного масла М-63/14Д2, обладающего энергосберегающим эффектом, целесообразно исходя из существующих требований к экологическим показателям отработавших газов (ОГ) дизелей.

Следует отметить, что лимитная цена этого масла, в равной степени удовлетворяющая интересам ОАО «РЖД» и изготовителя такого масла, на настоящий момент не установлена. Последнее со всей очевидностью свидетельствует о необходимости разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) использования в системе смазки дизелей магистрального грузового тепловоза энергосберегающего моторного масла вместо сезонного масла класса вязкости SAE40.

Инициатором разработки такого ТЭО, по мнению авторов, должна быть Дирекция тяги — филиал ОАО «РЖД», а все предпосылки к успешному проведению такой работы есть, в том числе имеющиеся в АО «ВНИКТИ» экспериментальные данные по энергосберегающим свойствам масла М-63/14Д2, полученные в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. И, наконец, необходима организация подконтрольной эксплуатации тепловозов, снабженных маслом М-63/14Д2, которая позволит оценить фактический срок сохранения моторных свойств работающего масла. Поставка для этой цели ограниченной партии такого масла могла бы быть осуществлена, например, по цене масла группы Д2.

Что же будет завтра? В скором будущем неизбежно следует ожидать ужесточения норм экологических показателей ОГ дизелей, под действием которых в первую очередь окажутся дизели новых конструкций, таких как Д200, ДЗОО, Д500. Одним из условий обеспечения соответствия новых дизелей ожидаемым жестким нормам по экологии с очевидностью является необходимость применения очистки ОГ с помощью сажевых фильтров DPF (DieselParticulare Filter), а возможно и использование каталитических нейтрализаторов.

Важным показателем качества моторного масла является его щелочное число, определяющее количество активных присадок в масле. Чем больше присадок, тем лучше эксплуатационные свойства масла. К сожалению, по настоящее время применяются, в основном, щелочные металлосодержащие присадки, которые являются причиной образования золы в виде сульфатов металлов при сгорании масла, попавшего в камеры сгорания цилиндров дизеля.

Сульфатная зольность является одним из показателей качества моторного масла. Зола играет негативную роль — увеличивает нагароотложения на головках поршней, на огневой поверхности крышек цилиндров, повышает интенсивность изнашивания деталей. С увеличением щелочности масла растет зольность. Например, для масла М-14В2 сульфатная зольность составляет 1,2 % (не более), для масла М-14Г2ЦС — 1,5 %, а для масла группы Д2 — 1,9 %.

Возникает вопрос: а совместимо ли применяемое сейчас масло группы Д2 с узлами, назначение которых работать на удовлетворение перспективных требований по экологии, т.е. с сажевыми фильтрами DPF? В общем случае — нет, так как при высокой сульфатной зольности масла значительно сокращается продолжительность эффективной работы сажевых фильтров и возникает проблема их регенерации. Таким образом, вопрос снижения зольности масла приобретает особое значение. Для разработчиков присадок — это сложная задача, которую к тому же нужно решать на фоне дальнейшего повышения эксплуатационных свойств масел и снижения их зольности.

Вышеизложенное с очевидностью показывает необходимость организации и проведения работ по созданию перспективного моторного масла для дизелей тепловозов. Учитывая достаточно длительный срок создания масла, такую работу следует начать уже в 2018 г. Задача — создать перспективное энергосберегающее моторное масло с ИВ порядка 130 — 150, обеспечивающее экономию топлива в эксплуатации до 5 % и сохранение моторных свойств при пробеге порядка 140 — 150 тыс. км магистрального тепловоза.

Основными направлениями в создании перспективного энергосберегающего моторного масла для дизелей тепловозов являются работы, нацеленные на:

повышение термоокислительной стабильности масла;

применение устойчивых к термомеханической деструкции загущающих присадок к базовому маслу;

[топ]> снижение сульфатной зольности масла;

> уменьшение механических потерь и изнашивания узлов трения дизеля благодаря применению в составе масла высокоэффективных модификаторов трения.

Работа должна начаться с разработки Комплексного плана реализации поставленной цели создания перспективного энергосберегающего моторного масла, где первым пунктом должно быть формирование в 2018 г. технических требований (ТТ) к такому маслу. Разработку таких ТТ должна инициировать и возглавить опять же Дирекция тяги — филиал ОАО «РЖД», в хозяйстве которой и проявятся экономообразующие факторы от использования перспективного моторного масла.

При должной организации работы задача создания перспективного моторного масла для дизелей тепловозов может быть решена, по мнению авторов, к 2021 г. Ее решение — реальный существенный вклад в экономию топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов тепловозами, а значит в повышение энергетической эффективности основной деятельности холдинга ОАО «РЖД», что предусмотрено заданиями по реализации его Стратегии научно-технологического развития на период до 2020 г. и на перспективу до 2025 г.

Авторы уверены, что Дирекция тяги при участии Департамента технической политики ОАО «РЖД» организует разработку в 2018 г. технических требований к перспективному моторному маслу для дизелей тепловозов, равно как и Комплексного плана его создания.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК