Популярная маслография. Часть 3. Начало в №№ 9,10/2014
К маловязким относятся масла, у которых летний класс вязкости меньше или равен 30. Например, масла 5W-30 и 0W-20 – маловязкие, а 5W-40 уже нет.
Маловязкие масла – хит сезона. И не только нынешнего. Их пропагандировали и год, и два года тому назад. И будут активно продвигать в обозримом будущем.
Маловязкие масла наступают не только на рекламном, но и на законодательном фронте. Еще совсем недавно в классификации SAE минимальным был летний класс 20. В прошлом году появился новый класс – 16. Таким образом, масло 0W-16 стало объективной реальностью.
Снижение классов вязкости идет под знаменем экологии. Мол, при меньшем трении сгорит меньше топлива, а значит, снизится эмиссия отработавших газов.
Многие мотористы относятся к этим заявлениям скептически. Люди они суровые, на железе выученные, а потому прямо заявляют: на маловязких маслах двигатели долго не живут. Отмотают свой срок (гарантийный. – Авт.), и привет.
Как же, возражают поборники чистого выхлопа, ведь эти масла имеют одобрения производителей автомобилей! Потому и имеют, отвечают мотористы, что производителям выгодна частая сменяемость автомобилей – аккурат по истечении гарантии. А экологичность – это фиговый листок для прикрытия непорочного коммерческого интереса. Мы, добавляют мотористы, двигатели каждый день перебираем, на кулачки да вкладыши смотрим, и меньше чем на «сороковой» класс вязкости не согласны. Так клиентам и говорим.
Не будем категорически спорить с теми или другими. У каждого своя правда. Интересы автопроизводителей – это факт. Экологические нормы, без которых современный автомобиль не продашь – не разрешат. Сменяемость моделей, без которой на рынке не выжить… Но и громадный практический опыт мотористов – тоже факт. Они еще помнят «миллионные» пробеги праворульных «японцев» из 90-х, ходивших на совсем других маслах…
Да, каждому времени свои моторы. Свои конструкционные материалы, антифрикционные покрытия, уменьшенные зазоры, минимальные тепловые поводки и прочие инженерные ухищрения. И каждому мотору – свое масло. Например, высокофорсированные двигатели, компактные и легкие, не любят масел малой вязкости. Это особенно проявляется при высоких скоростях и тяжелых нагрузках. И не один автопроизводитель в здравом уме не станет рекомендовать маловязкие продукты для таких моторов.
Найдя компромисс, поговорим об энергосберегающих свойствах маловязких масел. Вспомним: мощность, развиваемая в цилиндрах при расширении газов, называется индикаторной. А мощность, отдаваемая коленчатым валом, – эффективной. Разность между индикаторной и эффективной мощностью называется внутренними потерями.
Однако внутренние потери определяются не только трением в сочленениях двигателя. Сюда входят и насосные потери на всасывание и выпуск, а также затраты энергии на работу масляного насоса и навесного оборудования: вентилятора, генератора, бензонасоса и прочего.
Снижение всех этих потерь – прерогатива конструкторов ДВС. А вот снижение трения и уменьшение износа при смазывании двигателя – задачи, в том числе, и создателей моторных масел.
Основные потери мощности на преодоление трения наблюдаются в парах «цилиндр – поршень», в коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала и в механизме газораспределения.
Природа потерь во всех этих случаях разная. А значит, и способы лечения недугов должны быть различные. То есть энергосберегающие свойства масла надлежит «программировать» с учетом режимов работы в каждой паре.
Начнем с цилиндропоршневой группы. Вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) поршень движется с малой скоростью. Масляная пленка здесь не образуется, присутствуют лишь ее граничные слои. Поэтому и сила трения в этой зоне с вязкостью масла не связана.
Но вот поршень пошел к нижней мертвой точке (НМТ). По мере движения граничный режим смазки сменяется гидродинамическим, при котором сила трения непосредственно зависит от вязкости масла.
Гидродинамический режим наблюдается в парах «вкладыш – шейка коленчатого вала» – здесь потери преимущественно зависят от вязкости.
В газораспределительном механизме, в частности, в парах «кулачок – толкатель» действует упруго-гидродинамический и граничный режимы смазки. Контактные давления здесь очень велики, и потери связаны не столько с вязкостью масла, сколько с изменением свойств масляной пленки под «прессом» контактирующих поверхностей.
Если же распределить потери мощности внутри двигателя по отдельным механизмам, то на цилиндропоршневую группу придется порядка 70% утраченной энергии, а на остальные узлы – примерно 30%.
Получается, что сэкономить на мощности трения можно, управляя двумя параметрами. Во-первых, вязкостными свойствами масла в гидродинамическом режиме; во‑вторых – поведением масла в других режимах, с вязкостью не связанных. Давайте посмотрим, как это делают разработчики масел.
Начнем с вязкости. Небольшого ее снижения бывает достаточно, чтобы уменьшить трение в гидродинамическом режиме смазки – например, в подшипниках и в цилиндрах, когда поршень набирает скорость после прохождения ВМТ и НМТ.
Кроме того, делу помогают загущающие присадки. Благодаря особым свойствам их макромолекул вязкость масла зависит не только от температуры, но и от так называемого «градиента скорости сдвига». Упрощенно говоря, свойства масла в зазоре становятся управляемыми: при уменьшении скорости движения трущейся поверхности (например, поршня в цилиндре) вязкость возрастает, а при увеличении – падает.
На практике сказанное выглядит так: в середине хода поршня вязкость масла становится меньше, чем при его приближении к ВМТ или НМТ. А это означает снижение потерь на трение и некоторую экономию топлива.
Чтобы сэкономить топливо в граничном режиме, в масло добавляют особые присадки – антифрикционные (их еще называют модификаторами трения). Они адсорбируются на металлических поверхностях, образуя некое подобие эластичного «ворса». Его слой легко деформируется в направлении движения того же поршня, существенно снижая коэффициент трения. Поэтому вблизи ВМТ и НМТ также создается режим экономии.
И наконец, об упруго-гидродинамическом режиме смазки. Модификаторы трения помогают несколько снизить потери в парах «кулачок – толкатель». Однако серьезного влияния на энергосбережение это не оказывает.
Создание энергосберегающего масла начинается с выбора основы. Существует правило: базовое масло должно обеспечивать зимние характеристики из ряда SAE 0W, 5W или 10W. Летняя характеристика, как правило, ограничивается показателем SAE 30, достигаемым за счет загущаюших присадок, более вязкие «экономные» масла встречаются очень редко. Таким образом, масла SAE 0W-30 или SAE 5W-30 могут быть энергосберегающими, а вот SAE 5W-50 или SAE 15W-40 – нет.
База «бережливого» масла может быть синтетической или минеральной гидрокрекинговой. Чисто минеральное энергосберегающее масло – скорее исключение, чем правило.
Подобрать композицию присадок при создании энергосберегающего масла непросто. Вот лишь один пример: модификаторы трения конфликтуют с другими ингредиентами пакета, в частности, с дисперсантами и детергентами. Каждый из них стремится к адсорбции на металлической поверхности и жаждет потеснить конкурента.
Что же требуется от химиков? Преодолеть антагонизм присадок? Не только. Их задача – создать такую композицию, чтобы антагонисты превратились в синергистов, когда содружество присадок оказывается эффективнее отдельных ингредиентов.
Что и говорить, работа ювелирная. Но результат того стоит. В энергосберегающих маслах пакет составляют так, чтобы моющие, антиокислительные, диспергирующие, вязкостные и прочие присадки и сами не увеличивали потерь, и не мешали работе модификаторам трения.
Как происходит оценка энергосберегающих свойств масел? И официальное их подтверждение? Ну конечно, путем испытаний в двигателях по специально разработанным методикам. Расход топлива сравнивается с контрольными цифрами, полученными при работе тех же двигателей на так называемом «эталонном масле». Разумеется, эталон энергосберегающими свойствами не обладает.
По европейским меркам экономия топлива для масел категорий ACEA А1, А5, В1 и В5 должна быть не менее 2,5%. Только тогда испытуемое масло официально признается энергосберегающим.
Американцы и японцы пошли дальше европейских специалистов, задавшись вопросом: как изменятся энергосберегающие свойства, если проехать, положим, 5 тыс. миль? И ввели особый метод испытаний: свежее масло сравнивается с эталонным, затем работает определенный срок в тяжелом режиме и снова сравнивается с эталонным. Так выявляется весьма показательная характеристика – сохраняемость энергосберегающих свойств. Согласитесь, показатель для эксплуатации очень важный, поэтому мы и выделили его жирным шрифтом.
Возможно, кто-то заинтересуется: а на каких двигателях проводятся все эти испытания? Можем сообщить и это: европейцы оценивают экономию топлива на 16-клапанном 4-цилиндровом двигателе объемом 2 л с распределенным впрыском бензина. Американцы – на V-образной «восьмерке» марки Ford объемом 4,6 л также с распределенным впрыском бензина.
Ну ладно, испытания испытаниями, а какую реальную экономию топлива можно получить в условиях повседневной эксплуатации? Вот усредненные цифры: при коротких поездках в городе до 3–5,5%; на маршрутах «город – пригород» до 2,2–2,8%; в дальних рейсах по благоустроенным дорогам – до 2,0%.
Наибольшее энергосбережение получается при езде в городе зимой, когда расход топлива велик; наименьшее – на автострадах летом, когда он относительно мал. Есть о чем задуматься в преддверии зимы, не так ли?
Пусть приведенные цифры покажутся кому-то скромными, но зато они реальные. Пять, три, два процента… При нынешней дороговизне топлива и это неплохо.
Продолжение следует
Масла от Юргена Баумгартена:
JB German Oil GmbH & Co. KG
Wölzower Weg 13–19. 19243 Wittenburg/Hamburg, Germany.
Tel: +49 (0) 38852-90620. Fax: +49 (0) 38852-906220
www. jb-germanoil.de | vertrieb@jb-germanoil.de
