Масла моторные и трансмиссионные
Самые популярные заблуждения автолюбителей относительно вязкости моторного масла, навязанные производителями автомасла и мотористами СТО:
1. «Если я люблю ездить быстро – мне стандартное моторное масло не подходит – нужно заливать более спортивные автомобильные масла» - реальная потеря мощности и быстрый капитальный ремонт двигателя Вам обеспечены – действуйте!
Главная задача автомасла – не допустить сухого трения движущихся внутренних деталей двигателя, а также обеспечить минимальную силу трения при максимальной герметичности рабочих цилиндров. Очевидно, что сделать субстанцию, которая обладала бы необходимыми для этого свойствами, и при этом имела бы стабильные характеристики в широком диапазоне температур невозможно, а диапазон рабочих температур масла в двигателе достаточно широк.
Необходимо заметить, что та температура, которую большинство автолюбителей наблюдают на приборной доске, и которую принято называть температурой двигателя – на самом деле является температурой охлаждающей жидкости, которая действительно стабильна в прогретом двигателе и должна составлять около 90 градусов. Температура масла при этом существенно «гуляет» и может доходить до 140-150 градусов в зависимости от скорости и интенсивности движения.
Исходя из этого, для каждого отдельно взятого двигателя производитель определяет компромиссные оптимальные параметры автомасла. Именно эти параметры, как считает производитель мотора, должны обеспечить максимальный коэффициент полезного действия (КПД) при минимальном износе внутренних деталей мотора при заданных «типичных» условиях эксплуатации.
Наиболее важным из параметров автомасла считается его вязкость.
Простым языком, понятным автолюбителю, можно сказать так: вязкость масла – это его способность оставаться на поверхности внутренних деталей мотора и при этом сохранять текучесть. Вроде не сложно? Но ведь именно вязкость масла более всего меняется в зависимости от температуры, являясь «переменной» величиной?
Именно поэтому, Американской ассоциацией автомобильных инженеров (SAE) разработана классификация моторного масла по вязкости, которая описывает вязкость того или иного автомасла при разных рабочих температурах. По сути, эта классификация дает диапазон температур, в котором работа двигателя является безопасной, при условии, что производитель мотора допустил моторное масло с такими параметрами к использованию в этом двигателе.
После аббревиатуры SAE мы видим несколько чисел, разделенных буквой W и тире, например 5W-30 (для всесезонного масла, которое, как правило и используют все автолюбители). Не вдаваясь в физику и сложную терминологию (это есть ниже), расшифровать эту надпись можно так:
5W – это низкотемпературная вязкость, которая означает, что холодный запуск двигателя возможен при температуре не ниже -35°С (т.е. от цифры перед W нужно отнять 40). Это та минимальная температура этого автомасла, при которой масляный насос двигателя сможет прокачать масло по системе, не допустив при этом сухого трения внутренних деталей. Таким образом, чем более масло способно сохранять текучесть при низких температурах, тем быстрее оно будет прокачано по системе смазки и обеспечит защиту двигателя. Лучшими в этом отношении являются моторные масла класса "0W". На работу прогретого двигателя этот параметр никак не влияет.
Если отнять от этой же цифры 35 (в данном случае – это -30°С), то мы получим минимальную температуру «проворачиваемости» двигателя. Очевидно, что с понижением температуры масло становится гуще и стартеру все сложнее становится провернуть мотор при холодном запуске. Но это усредненный параметр, реальная картина очень сильно зависит от самого двигателя, а потому очень важно при выборе вязкости не отступать от рекомендаций производителя Вашего авто.
Все, больше первая цифра перед W ровным счетом ничего не означает, и на работу прогретого двигателя ровным счетом никак не влияет. Так что если Вы живете в регионе, где температура воздуха зимой редко опускается ниже -20°С – Вам по этому параметру подойдет практически любое масло из продающихся на рынке. Другой вопрос, в каком состоянии Ваши стартер и аккумулятор, если они уже слегка подуставшие, им безусловно легче будет завести мотор при -20°С на масле 0W-30, чем если это будет 15W-40.
Гораздо интереснее второе число в обозначении – высокотемпературная вязкость (в данном случае это 30). Его нельзя так просто, как первое, перевести на понятный автолюбителю язык, ибо это сборный показатель, указывающий на минимальную и максимальную вязкость масла при рабочих температурах 100-150°С. Чем больше это число, тем выше вязкость моторного масла при высоких температурах. Хорошо это, или плохо именно для Вашего мотора – знает только производитель автомобиля.
Какая вязкость лучше подходит для двигателя?
Для всех ли марок автомобилей можно использовать моторные масла классов вязкости 5W-: и 0W-: по SAE ?
Никаких ограничений по использованию моторных масел данных классов вязкости не имеется. Эти классы подходят также и для старых и для изношенных двигателей. Исключение составляют случаи, когда производители специально запрещают применение данных классов вязкости в силу каких-то конструктивных особенностей двигателя.
Принято считать, что чем выше вязкость при высоких температурах – тем лучше. В частности, масла с высоким показателем высокотемпературной вязкости рекомендуют для спортивных автомобилей. Но это абсолютно не означает, что если Вы зальете в свой гражданский мотор спортивное масло, он от этого станет спортивным или лучше поедет. Скорее всего, будет как раз наоборот – вы таким образом потеряете мощность и быстро уложите двигатель.
Повторимся уже в который раз – ни в коем случае не следует заливать в двигатель масло, вязкость которого не предусмотрена производителем автомобиля именно для Вашего мотора! Производитель авто учел все возможные режимы езды на Вашем двигателе и рекомендовал именно те параметры вязкости, которые для ЭТОГО мотора являются оптимальными.
Очень показательным является эксперимент, произведенный Михаилом Колодочкиным и Александром Шабановым, описанный в журнале «ЗА РУЛЕМ» № 3/2008. Они попробовали залить в двигатель ВАЗовской восьмерки масло с высокотемпературной вязкостью в 50 единиц и обнаружили (и доказали) существенное падение мощности, а также увеличение износа двигателя по сравнению с предусмотренным производителем моторным маслом с верхней вязкостью в 40 единиц.
Здесь важно отметить, качество Жигули ни при чем! На любой иномарке эксперимент дал бы те же результаты, потому что суть там именно в том, какую максимальную вязкость предусмотрел производитель авто! Если интересно, статью Вы можете прочесть по ссылке ниже, там кстати есть подробное объяснение, почему так происходит.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА:
САЕНТОЛОГИЯ МАСЛА
Автор: Украина ЗА РУЛЕМ
Опубликовано в № 3/2008
Какое масло лучше залить, не в смысле бренда, а для пользы мотору: скажем, 0W-30 или 10W-40? Или стоит взять 15W- 50? В общем, что выбрать - и почему?
«Масляную» тему подсказал случай с доводкой на стенде тюнингового мотора. Собрали его из хороших деталей, с индивидуальной подгонкой по зазорам, обкатали (масло – «сороковка»), сняли характеристики, все – о’кей. А к приезду клиента залили «пятидесятку», на которой в дальнейшем планировалось гонять моторчик. Ожидали, естественно, прибавки момента и признательности заказчика… Однако все пошло не так, как было до сих пор: мотор даже «на глазок» стал «тупым»! Измерения на стенде подтвердили потерю 12% мощности на высоких оборотах (рис.1). Но ведь «пятидесятка», судя по аннотации, специально предназначена для тюнинговых и спортивных моторов. В чем же дело?
ТОЛСТЫЙ СЛОЙ ШОКОЛАДА
Так пожиже или погуще? Масленщики немногословны: мол, чем больше вязкость масла, тем толще масляные пленки, образующиеся в парах трения двигателя – в подшипниках коленчатого вала, под поршневыми кольцами… А чем толще – тем лучше: ведь они защищают от износа. Двигателисты соглашаются, но напоминают: и мощность мотора, и расход масла на угар, и даже на температуры его деталей – а значит, и общая надежность двигателя, тоже зависят от вязкости масла. Поэтому применительно к вязкости «больше» не значит «лучше»: надо искать некий оптимум для каждого конкретного мотора. Вот этим и займемся.
САЕ – РАЗ, САЕ – ДВА! ОПТИМУМ?
Сначала замерим мощность двигателя и расход топлива на различных маслах: выявим зависимость поведения мотора от вязкости масла. Потом оценим влияние свойств масла на скорость износа. Перед испытанием каждого сорта мотор (в данном эксперименте – ВАЗ-21083) разбираем, взвешиваем поршневые кольца и вкладыши подшипников.
Вновь собираем и заливаем испытуемое масло, обкатываем в течение часа. Затем испытываем в течение 20 моточасов на режимах ускоренного износного цикла. Дополнительно имитируем пусковые режимы. По окончании – повторная разборка, снова взвешиваем вкладыши и кольца. Вычитаем, делим на время – получаем скорость износа на цикле ускоренных испытаний.
Для трех масел – SAE 5W-40, 10W-40 и 15W-40, полученные результаты легли в пределы погрешности измерений. Стало быть, при прогретом моторе первая цифра в обозначении масла не влияет ни на мощность, ни на расход! Что до ресурса, то очевидно: чем быстрее масло начинает прокачиваться через систему смазывания, тем ниже интенсивность «пускового» износа. Для нас важно: чем меньше первая цифра, тем меньше мотор изнашивается при холодном пуске. Кстати, это будет заметно и по поведению автомобиля – на таком масле он быстрее начинает принимать нагрузку по мере прогрева.
Со второй цифрой все гораздо сложнее. На графиках зависимости крутящего момента двигателя от вязкости масла (рис.2) сразу прорисовались те самые оптимумы, о которых говорилось выше. Подтвердилось и то, что по мере увеличения скорости оптимум смещается в зону более высокой вязкости. Так, если мотор преимущественно работает на умеренных оборотах (2000…3000 об/мин), характерных для эксплуатации в городе, то ближе всех к оптимуму «сороковка».
Зато выше 4000 об/мин оптимум сдвигается к «пятидесятке». А что с ресурсом? Если пренебречь пусковым износом, на который влияют в основном присадки, включенные в состав базового пакета, то зависимость проста – чем больше вязкость, тем меньше износ (рис.3).
 |
Рис. 3
УДАРИТ МОРОЗ…
Бытует мнение, что на зиму лучше заливать масло с меньшей вязкостью, пожиже. То есть в индексе SAE и первую, и вторую цифру надо иметь поменьше. С первой все понятно – ведь предельная отрицательная температура эксплуатации определяется именно ею. Но экстремально низких температур в Украине нет. И здесь снова приобретает важность вторая цифра индекса. А как влияет она, попробуем разобраться. Итак, при изрядном морозце мы все-таки запустились. А в стадии прогрева чем больше вязкость масла, тем выше потери на трение. Значит, для достижения одних и тех же оборотов холостого хода топлива придется сжечь больше, чем в теплую погоду.
Трение в целом пропорционально вязкости, а насколько возрастает она при низких температурах? Измерили: при температуре 20°С вязкость у «тридцатки» составила 666 сСт, «сороковки» – уже 917 сСт, а «пятидесятки» – 1343! То есть в два раза больше, чем самого «жидкого» из взятых нами масел. А прогрев зимой идет долго, значит, топлива на вязких маслах израсходуем заметно больше. О токсичности и говорить не приходится – смесь-то надобно обогащать. Впрочем, узлы трения двигателя на этикетку не смотрят – для них важна реальная, рабочая вязкость. Эта вязкость, как мы показали раньше, имеет четко выраженный оптимум. Но зимой масло в поддоне градусов на 20–40 холоднее, чем летом. Конечно, в подшипнике оно дополнительно прогревается, но его рабочая температура все-таки ниже (рис. 4). Поскольку дискретность классификации вязкости по SAE достаточно грубая, вывод прост – на морозе оптимальным для эффективной работы узлов трения двигателя будет масло с вязкостью, на «десятку» меньшей – например, 30 вместо 40, 40 вместо 50.
КУДА СБЕЖАЛИ «ЛОШАДИ»
Вернемся к началу статьи: почему же «затупел» мотор на «спортивном» масле? Разобрав двигатель, увидели картину, характерную для начала температурного задира поршней во всех цилиндрах. Но ведь на масле 10W-40 все было нормально? Дело в том, что масляные пленки, формируемые поршневыми кольцами, создают серьезное тепловое сопротивление – ведь 60–80% тепла, воспринимаемого поршнем от газов в камере сгорания, отводится через кольца. А теплопроводность масла очень низкая. И чем толще пленки, тем меньше тепла отводится от поршня – его температура растет, а значит, увеличивается и диаметр детали. Кстати, допуски зазоров по размерным группам учитывают возможность работы двигателя на маслах четко определенных классов. А «пятидесятка» в число рекомендованных АВТОВАЗом не входит…
Так вот, простой переход с «сороковки» на «пятидесятку» для нашего мотора приводит к увеличению температуры поршня на 8–15 градусов в зависимости от режима его работы. Но кто это учитывает при выборе масла? И еще. Очевидно, чем более толстые пленки остаются в цилиндре, тем больше масла израсходуется на угар. Поэтому, используя более вязкое масло, не удивляйтесь, если его расход возрастет.
ТАК КАКОЕ ЖЕ МАСЛО ЛИТЬ?
Ответ на главный вопрос прост: только тех групп вязкости, которые рекомендованы производителем. Причем МОТОРА, а не МАСЛА! Но и тут есть выбор – часто производитель рекомендует два соседних класса. Какой из них выбрать, приведенные результаты говорят достаточно четко. Если режим эксплуатации ближе к городскому, то масло с меньшим классом вязкости. Если же машина чаще гоняет по трассе, то лучше подойдет более вязкое – позволит немного сэкономить на топливе. Но все это применительно к мотору с невысокой степенью износа. А вот старым, недужным «железным коням» маловязкие масла противопоказаны явно. Это летом… Как поступить зимой – читай выше!
ЭТО ЛЮБОПЫТНО Кстати, если насчет пленок в подшипниках никто не сомневался, то сомнения в том, есть ли они под поршневыми кольцами, окончательно развеяли только в 80-х годах прошлого века. Тогда практически одновременно и у нас, и в Штатах, и в Японии были поставлены эксперименты, в ходе которых измерили толщины пленок и выявили некоторые закономерности их жизни в цилиндрах двигателя. (Кстати, один из авторов принимал непосредственное участие в этих работах.) В частности, установили, что мощность мотора зависит от толщины масляного слоя и, кроме того, от вязкости моторного масла. Эти выводы и легли в основу описанного здесь эксперимента.
Плотность и удельный вес техническим языком
Плотность вещества - это соотношение его массы к объему (кг/м3), а удельный вес - соотношение массы определенного объема вещества к массе соответствующего объема воды при 20°С. Плотность и удельный вес зависят от температуры.
Вязкость
Вязкость - это одна из важнейших характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить гидродинамический (жидкостной) режим смазывания. Вязкость зависит от температуры, в диапазоне рабочих температур (обычно от минус 30°С до 150°С) вязкость минеральных масел изменяется в тысячи раз.
Моторные масла, как и большинство смазочных материалов, изменяют вязкость в зависимости от своей температуры. Чем ниже температура, тем больше вязкость и наоборот.
Всесезонное масло работает в диапазоне температур от -35 (холодный пуск зимой) до 150-180ºС (работа двигателя летом под полной нагрузкой), что соответственно вызывает многократное изменение его вязкости.
Чтобы обеспечить холодный пуск двигателя (проворачивание коленвала стартером и прокачивание масла по системе смазки) при низких температурах, вязкость не должна быть очень большой.
При высоких температурах масло не должно иметь очень малую вязкость, чтобы создавать прочную масляную пленку между трущимися деталями и необходимое давление в системе.
Для обеспечения необходимой вязкости во всем диапазоне рабочих температур всесезонные моторные масла изготавливают из маловязкой основы и полимерных загущающих присадок (модификаторов вязкости). Основа, имеющая небольшую вязкость, обеспечивает нужные низкотемпературные характеристики. Молекулы загущающих присадок представляют собой “клубки” полимеров (веществ, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев), “набухающие” при нагревании, что сохраняет достаточную вязкость при высокой температуре.
Вязкость загущенного всесезонного масла зависит также и от скорости перемещения его слоев относительно друг друга. С ее увеличением вязкость временно снижается, поскольку “клубок” полимерной присадки “растягивается” и оказывает меньшее сопротивление перемещению слоев.
Способность снижать вязкость в зависимости от скорости уменьшает потери на внутреннее трение в масле и, соответственно, потери мощности двигателя. Например, при движении поршня от верхней или нижней мертвой точки его скорость возрастает и в определенный момент возникает гидродинамический режим смазки (масло полностью разделяет поверхности деталей). Полимерная загущающая присадка в это время понижает вязкость масла, тем самым снижая потери мощности, развиваемой двигателем.
Индекс вязкости
Индекс вязкости (сокращенно VI, от английского Viscosity Index) безрамерный показатель характеризует зависимость вязкости масла от изменения температуры. Чем больше индекс вязкости, тем меньше вязкость масла изменяется при колебании температуры. Он зависит от углеводородного состава масла, наличия вязкостных (загущающих) присадок, глубины очистки масляных фракций.
Для минеральных моторных масел значение индекса вязкости обычно не превышает 160, для синтетических составляет 170 и выше.
Температура вспышки
При повышении температуры из масла выделяются пары, которые при поднесении открытого огня вспыхивают. Эта температура называется температурой вспышки, которую можно измерять либо в открытом (Cleveland), либо закрытом тигле (Pensky-Martens). Показатель характеризует наличие в масле легкокипящих фракций, он связан с испаряемостью масла в процессе эксплуатации.
Температура застывания
Температура застывания - это самая низкая температура, при которой масло еще полностью не потеряло текучесть при наклонении пробирки, в которой его охладили. Температура застывания характеризует момент резкого увеличения вязкости при снижении температуры, или кристаллизации парафина вместе с повышением вязкости в такой степени, что масло становится твердым. На самом же деле работоспособность моторного масла теряется намного раньше уже при значительно менее низких температурах, когда оно уже потеряло способность быть прокачанным штатной системой смазки двигателя. Таким образом, при подборе масла для использования в зимнее время нужно руководствоваться не температурой застывания, а классом вязкости по SAE. Температура застывания часто используется в рекламных целях, она так же может быть завуалирована под терминами "потеря текучести", "потеря подвижности" и т.д. При этом указываются фантастические цифры, начиная от - 50С и ниже, но для реальной эксплуатации это имеет лишь косвенное значение.
КЛАССИФИКАЦИЯ МАСЕЛ » API
Обозначения эксплуатационных свойств моторных масел по классификации API - Американского Нефтяного Института.
API система классификации моторных масел (API Engine Service Classification System) развивалась с 1969 года в результате совместной работы API, ASTM и SAE. Система полностью изложена в стандартах ASTM D 4485 "Стандартная спецификация на качество эксплуатационных свойств моторных масел" (Standart Performance Specification for Performance of Engine Oils) и SAE J183 APR96 "Качество эксплуатационных свойств моторных масел и эксплуатационные классификации двигателей (за исключением энергосберегающих масел)" (Engine Oil Performance and Engine Service Classifications (Other than "Energy Conserving").
Новый качественный шаг в развитии качества и классификации моторных масел был сделан в 1983-1992 годах, когда под руководством API и участии представителей производителей автомобилей (ААМА), двигателей (ЕМА) и технических союзов (ASTM и SAE) была создана и развита "Система лицензирования и сертификации моторных масел EOLCS" (Engine Oil Licensing and Certification System, API Publication No. 1509). Эта система постоянно совершенствуется. В настоящее время аттестация моторных масел проводится согласно требованиям EOLCS и "Свода правил СМА" (СМА Code of Practice).
По системе API (ASTM D 4485, SAE J183 APR96) установлены три эксплуатационные категории (три ряда) назначения и качества моторных масел:
S (Service) - состоит из категорий качества моторных масел для бензиновых двигателей, идущих в хронологическом порядке. Для каждой новой генерации присваивается дополнительная буква по алфавиту:
API SA, API SB, API SC, API SD, API SE, API SF, API SG, API SH и API SJ (категория SI - намеренно пропущена API, для исключения путаницы с Международной системой мер).
Категории API SA, API SB, API SC, API SD, API SE, API SF, API SG на сегодняшний день признаны недействительными, как устаревшие, однако в некоторых странах масла этих категорий еще выпускаются, категория API SH является "условно действующей" и может использоваться только как дополнительная, например API CG-4/SH.
Класс SL введен только в 2001 г. и отличается от SJ существенно лучшими антиокислительными, противоизносными, противопенными свойствами, а также меньшей испаряемостью;
C (Commercial) - состоит из категорий качества и назначения масел для дизельных двигателей, идущих в хронологическом порядке. Для каждой новой генерации присваивается дополнительная буква по алфавиту:
API СA, API СB, API СC, API СD, API СD-II, API CE, API CF, API CF-2, API CF-4, API CG-4 и API CH-4.
Категории API СA, API СB, API СC, API СD, API СD-II на сегодняшний день признаны недействительными, как устаревшие, однако в некоторых странах масла этих категорий еще выпускаются;
EC (Energy Conserving) - энергосберегающие масла - Новый ряд высококачественных масел, состоящий из маловязких, легкотекущих масел, уменьшающих расход топлива по результатам тестов на бензиновых двигателях.
Моторные масла, отличающиеся низкой вязкостью как при низкой, так и при высокой температуре могут быть сертифицированы на соответствие категории API EC "энергосберегающее" масло ("Energy Conserving" Oil).
Ранее энергосбережение определялось по методике Последовательности VI (Sequence VI, ASTM RR D02 1204). Данная методика использовалась для сертификации масел категории API SH на уровни (степени) энергосбережения: API SH/EC - 1,5% экономии топлива и API SH/ECII - 2,7% экономии топлива, по сравнению с эталонным маслом SAE 20w-30.
С 1 августа 1997 года экономия топлива определяется по новой методике ASTM RR D02 1364, Последовательность VIA (Sequence VIA), согласно которой маслу может быть присвоена только одна степень энергосбережения (ЕС). Пример: API SJ/EС.
Уменьшение вязкости масла может обеспечить экономию топлива в прогретом двигателе 0,6-5,5% (при снижении высокотемпературной вязкости), а в холодном - 1,0-6,5% (при снижении низкотемпературной вязкости). При оптимальной комбинации моторного и трансмиссионного масла можно достичь экономии топлива в размере 2,7-10,9%.
Универсальные масла для бензиновых и для дизельных двигателей обозначаются двумя символами соответствующих категорий: первый символ является основным, а второй указывает на возможность применения этого масла для двигателя другого типа. Например, API CG-4/SH - масло, оптимизированное для применения в дизельных двигателях, но его можно применять и в бензиновых двигателях, для которых предписывается масло категории API SH и ниже (SG, SF, SE и т.д.).
|
Для бензиновых двигателей - классы масел по шкале S |
|||
|
Группа масел |
Рекомендуемая область применения |
Года выпуска автомобилей |
Качественные показатели |
|
SA |
Двигатели, работающие в легких условиях, используется только по требованию производителя |
- |
- |
