Наш метод определения норм моторных масел

Закономерности характеристик

Рассматривая стандарты (например, стандарт SAE) моторных масел, можно заметить, что не все характеристики имеют чёткую границу. Например, кинематическая вязкость имеет строгие границы: не больше и не меньше определённого значения. Однако, про щелочное число, зольность, NOACK и некоторые другие параметры такого сказать нельзя. У подобных параметров ограничения часто стоят на минимальном или максимальном значении.

Например, для образца A5/B5 постулируемое щелочное число не должно быть ниже 8-ми. Мы заметили, что в данной классификации существуют моторные масла с щелочным числом 8,1 и 11,1. По документам между ними нет разницы, однако разница в их противоокислительной способности очевидна.

Проведя статистический анализ характеристик на основе лабораторных данных моторных масел, мы можем найти это оптимальное для производителя значение и равняться на него при оценке качества масла. Ниже среднего – плохой пакет присадок, среднее значение – золотая середина, выше среднего – хороший пакет присадок.

Давайте проверим соответствует ли это предположение истине и описывает ли нормальное распределение характеристики моторного масла на примере щелочного числа.

Нормальное распределение - это вероятностный закон, который сообщает нам о том, в какой области наиболее возможно встретить измеряемые нами значения. То есть, если мы будем измерять щелочное число масла класса A5/B5, то, вероятнее всего, мы его обнаружим в области математическое ожидание ± дисперсия. В это «ядро» попадает 68.2% данных, а 99.9% всех данных попадут в область математическое ожидание ± 3 * σ.

Нами было установлено, что все исследуемые характеристики масла подчиняются нормальному распределению. На рисунке ниже пример с щелочным числом для масла A5/B5.

Теперь интерпретируем полученные результаты: в точке 10.3 находится наиболее распространённое значение у масел A5/B5. Дисперсия составила 0.4. То есть «ядро», в которое входит 68.2% составляют значения с TBN 9.9 – 10.7. Масла ниже 9.9 проходят допуск ACEA, но по данному параметру они уступают большинству аналогов. Масла выше 10.7 следует характеризовать как наиболее качественные в классификации A5/B5 по щелочному числу. Делаем вывод:

Описание химической таблицы

По данной таблице можно проводить обработку анализов как свежих, так и отработанных масел. Стоит заметить, что не всегда отличные показатели свежего масла говорят о хорошем качестве продукта в целом. Для заключения окончательного вывода необходимо учитывать скорость и степень деградации качества масла относительно исходных. Так, возможна ситуация, когда отличное по всем показателям свежее масло деградирует быстрее, чем «среднячок» и, в итоге, по прошествии срока эксплуатации, лучшее масло оказывается на позициях хуже конкурента.

Наша таблица делится на блоки. Каждому блоку соответствует спецификация масла по ACEA (A3/B4, A5/B5, C3 и т.д.). Мы использовали именно ACEA, так как на наш взгляд, это наиболее строгий и чёткий стандарт. Ниже, под названием спецификации по ACEA, представлены классы вязкости SAE в этой категории.

В таблице выше ↑ представлена информация о маслах A3/B4 0W30 и 5W30.

В столбце «минимальное значение» указано минимальное значение параметра, установленного стандартом (зольность, NOACK, TBN устанавливает стандарт ACEA, все остальные характеристики – SAE). Выход параметра за минимальное значение считается грубым нарушением и говорит о том, что масло не соответствует своей спецификации. Аналогично обстоят дела со столбцом «максимальное значение». Прочерк в столбце минимального и максимального значения говорит об отсутствии границы данного параметра в нормативных документах.

Столбец «рекомендуемое значение» показывает оптимальное значение параметра для данной спецификации масла по мнению «Масла СПб». Значения в этом столбце были получены при помощи статистической обработки данных. Прочерк в столбце рекомендуемого значения говорит о недостатке данных для заключения вывода.

Ниже обратим внимание, на важные аспекты, касающиеся некоторых параметров:

Зольность моторного масла

Должна строго входить в свой интервал. Самый точный способ измерить зольность моторного масла – провести специальный анализ. Однако, между количеством неорганических элементов и зольностью есть взаимосвязь, представленная на рисунке ниже ↓

Таким образом по данным элементного анализа можно рассчитать зольность. Однако, перед расчётом необходимо построить линейные зависимости между содержанием элементов и зольностью для масел такого же ACEA и SAE. Эти зависимости рассчитываются нами с помощью базы данных. Погрешность в расчёте зольности обычно составляет около 8-10 %, что является приемлимым для наших целей.

Щелочное число (TBN)

Для свежего масла не должно выходить за минимальное значение. Однако, при анализе отработки щелочное число должно быть выше кислотного (TAN). TAN свежего масла принимается за ноль (хотя на самом деле часть присадок даёт кислую реакцию, поэтому TAN свежего масла может быть 1-2. Однако в процессе отработки часть «кислых» присадок разрушается, что делает погрешность измерения TAN незначительной).

Срок эксплуатации масла находится по пересечению кривых TBN и TAN, как на рисунке ниже ↓

Посмотрим ещё один пример ниже ↓

Параметр испаряемости по NOACK и температуры вспышки

Являются не основными для определения качества масла и сами по себе мало информативны. Ими удобно пользоваться в качестве вспомогательных параметров. Раньше температура вспышки была необходима для оценки количества топлива, попавшего в моторное масло. Также NOACK говорит о том, как легко масло будет угорать, то есть косвенно говорит о нестабильных, летучих соединениях. Однако, сейчас такие оценки можно провести по анализу ИК-спектра. Однако, ИК-спектр не всегда имеет адекватно читаемый вид и к температуре вспышке и NOACK следует прибегать, когда нельзя сделать однозначный вывод о качестве моторного масла по имеющимся данным. Тем не менее, стандарты постулируют их максимальное и минимальное значение. Они тоже включены в таблицу.

Как мы уже говорили в одной из статей, температуру застывания следует поднять на 10 градусов выше, чтобы обозначить минимальную температуру эксплуатации моторного масла. Зачем это нужно, когда есть параметр динамической вязкости, указывающий вязкость при низкой температуре?

Дело в том, что нам нужно брать в расчёт не только оптимальную вязкость масла, но и позаботиться о присадках. Легко убедиться, что при понижении температуры уменьшается и растворимость базовой основы. Размешайте в стакане горячей воды столовую ложку соли и поставьте охладиться в холодильник на пару часов. Вы заметите, что на дне образовался осадок. То же самое может происходить и с присадками:

Поэтому мы рекомендуем придерживаться правила десяти градусов. Выбирайте масло с высокой температурой замерзания в зимний период.

Как пользоваться таблицей?

Выбор моторного масла

Если вы выбираете моторное масло для своего автомобиля, то сначала вы должны убедиться, что предлагаемые производителем характеристики, входят в интервал от минимального до максимального значения. Как правило, информация, указанная производителями моторных масел, входит в этот интервал. Далее мы советуем придерживаться рекомендованных нами параметров и подбирать моторное масло, попадающее в большинство из них (или по крайней мере максимально приближенным к ним). Однако, стоит помнить, что производители не всегда честно указывают данные в своих официальных источниках и часто не предоставляют полный список параметров, указанный в таблице.

Обработка результатов анализа свежих образцов

После получения результатов анализа, необходимо убедиться, что данные попадают в интервал от минимального до максимального значения. В случае, если хотя бы один параметр вышел за эти пределы масло следует забраковать.

Далее сравниваем полученные данные с рекомендованными параметрами. Чем больше параметров попадает в рекомендованные значения, тем лучше. Можно оценить качество масла по количеству сверяемых параметров (обычно это TBN, вязкость при 40 и 100, индекс вязкости, зольности и температура застывания). За каждое попадание в рекомендованное значение – даём балл, а за каждое попадание в область от минимального до максимального значения, но не входящее в рекомендованное – половину балла. Таким образом, максимальная оценка масла будет 6.

Обработка результатов анализа отработанных образцов

Проверяем не вышли ли исследуемые параметры (кроме TBN) за минимальную или максимальную область. TBN сравнивается с TAN. Щелочное число не должно быть ниже кислотного. По пересечению кривых щелочного (экспоненциальная зависимость) и кислотного числа (линейная зависимость) оценивается срок эксплуатации моторного масла. Также браковочным параметром для масла мы установили пробег, при котором TAN превышает TBN, на расстоянии менее 7 тыс. км для легковых автомобилей и менее 30 тыс. км для грузовиков. Для большей точности мы использовали калибровку зависимостей TAN и TBN по промежуточным пробам, взятым на ¼, ½ и ¾ от максимального пробега за время испытаний.

Для вязкостных параметров нормальное отклонение по сравнению со свежим образцом не должно быть выше 10%. Оценить отработку можно аналогично: если параметр не изменяется выше, чем на 10% – даётся балл. Изменение более чем на 15%, но при условии, что входит в интервал по максимальному и минимальному значению – полбалла. Таким образом, максимальная оценка отработки будет 3. Зольность для отработки мы не контролируем, поскольку, как правило, она не сильно отклоняется относительно от свежего образца.

Общую оценку масла можно дать по сумме данных свежего масла и отработки:

Также к оценке прикладывается рассчитанный нами срок эксплуатации, подтверждение о соответствии заявленной производителем спецификации и рекомендуемой минимальной температуры использования.

Разбор примера неудачного масла

Ну и напоследок давайте возьмём лабораторные анализы масла, используя таблицу SAE 0W20, приведённую выше, чтобы вы на примере убедились, как проходит установление качества.

Не будем упоминать название бренда. Скажем, лишь что наш образец это 0W20 C5.

Серым выделена информация производителя, зелёным – данные анализа свежего масла 2021 года, найденные на форуме oil-club, голубым – наши данные свежего масла (2024), а оранжевым – наши данные сработанного масла, взятого на 7500 км после предыдущей замены.

Интерпретация экспериментальных результатов

Кинематическая вязкость масла соответствуют своей группе SAE 0W20 и входит в норму. Индекс вязкости низкий для своей группы. Щелочное число показывает результат ниже нормального в своей группе. Вязкостные характеристики масла совпадают с данными производителями, однако, у образца на 7 градусов ниже температура застывания и на 1.5 мг/г ниже щелочное число. Это не странно, учитывая пониженное содержание щелочных присадок. Сравнивая с летиратурными данными (2021), заметно, что образец содержит бОльшее количество Ca, Mg, Zn, P, B. Это может говорить о том, что с 2021 года количество присадок в данном образце понизилось. Зольность, судя по содержанию элементов, соответсвует стандарту C5. Температура замерзания высокая, почти достигает критического значения -35. Данное масло рекомендуется использовать до -28-30 градусов. Такое масло, вероятно, подойдёт для средней полосы России и Южных регионов. В целом масло соответствует классификации C5 и 0W20, но оно обладает не лучшими качествами среди аналогов.

Срабатывание масла

Щелочное число сработалось ниже кислотного числа. Окисление выше допускаемого стандартами ACEA. У такого масла меньший срок службы по сравнению с рекомендуемым производителем. Рекомендуется производить замену через половину срока службы.

Заключение о качестве

В 2021 году данное масло можно было охарактеризовать как одно из топовых в своих спецификациях. На данный момент в глаза бросается урезанный пакет присадок, из-за которого масло сильно потеряло свою окислительную стабильность. Оно всё ещё соответствует своим спецификациям, но теперь его можно оценить, как ниже среднего по качествам. Из плюсов можно отметить хорошую базовую основу, которая удерживает значения вязкости после отработки. Однако в таких ситуациях моторное масло незамедлительно снимается с продаж.