АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА: САЕНТОЛОГИЯ МАСЛА

GeneREA — Thu, 12 Feb 2009 13:48:21 GMT

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? Жанр «аналитической экспертизы»кпредставляют Михаил Колодочкин и Александр Шабанов.

«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?

рис.1

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. Сталобыть, 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.

Рис. 3

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).

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 потерина 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.

НАША СПРАВКА

На банках с маслом нанесено обозначение вязкости по классификации SAE. Наличие двух цифр, разделенных буквой W, говорит о всесезонности масла. Первая указывает на минимальную отрицательную температуру, при которой двигатель можно «провернуть». Так, например, масло 0W-40 должно прокачиваться до -35°С, 15W-40 – до -20°С. Вторая цифра говорит о вязкости масла при 100°С, точнее – о допустимом диапазоне ее изменения: для «тридцатки» – от 9,3 до 12,5 сСт (санти-стокс – единица измерения вязкости), для «сороковки» – от 12,5 до 16,5 сСт, а для «пятидесятки» – от 16,3 до 21,9 сСт. Иными словами, кинематическая вязкость может меняться почти на 30%, оставаясь в пределах допустимого.

Автор: Украина ЗА РУЛЕМ

Двигатель

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА: САЕНТОЛОГИЯ МАСЛА