Вязкость моторного масла и на что она влияет?
0W-30W или 5W-50W, что лучше? Или как быстрей испортить двигатель?
На множестве форумов пишут, что вязкость масла должна соответствовать требованиям заявленным автопроизводителем и возраст автомобиля, стиль вождения, пробег, а так же «экспертное» мнение мастеров из автосервиса не должно сбивать вас с курса при выборе моторного масла для вашего автомобиля. Владеть автомобилем вам. И возможные проблемы в случае выбора неподходящего моторного масла так же лягут на ваши плечи.
Данная статья написана для тех, кто сомневается с выбором масла для своего автомобиля, хочет разобратся в том, что к чему, и как самому определять масла «на пригодность» для своего автомобиля.
Для более наглядного понимания принципов работы моторного масла обратимся к памяти и вспомним из курса физики, что такое пара трения. Одной из таких пар в двигателе является поршень-цилиндр. На примере именно этой пары мы проведем наглядную экспертизу.
Разберемся с зазорами в парах трения и для чего они нужны?
Не для кого не секрет, что диаметр поршня с кольцами в сборе немного меньше диаметра цилиндра. Между цилиндром и поршнем имеется минимальный зазор для того, чтобы поршень мог совершать возвратно-поступательные движения внутри цилиндра сотни раз в минуту. Зазор между поршнем и цилиндром просто необходим, чтобы при образовавшемся трении во время движения не произошло заклинивание поршня в цилиндре или того хуже разрушения ЦПГ(цилиндро поршневой группы). Думаю не стоит пояснять, что трение приводит к нагреву и расширению деталей.
Следующим важным моментом является величина того самого зазора между деталями, а так же чем он заполняется во время работы двигателя и на что влияет? Исходя из принципа работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания), именно этот зазор в итоге является величиной определяющей КПД (коэффициент полезного действия) двигателя. Ведь основная утечка толкательной силы осуществляется именно через этот зазор. Инженеры при расчете и проектировании ДВС стремятся минимизировать до предельно возможных величин этот зазор, потому что чем меньше зазор, тем выше мощность. Но полностью исключить его наличие невозможно, по вышеуказанным причинам.
Идем далее, каждой паре трения необходима постоянная смазка. Именно над этим и трудятся конструкторы, чтобы сделать зазор максимально соответствующий толщине пленки образуемой маслом во время рабочих температур. А масло в свою очередь обладает той самой вязкостью, которая позволяет образовывать эту пленку. Это позволит добиться максимального снижения потерь при распространении энергии внутри цилиндра.
Вот теперь то мы и подошли к самому интересному: вязкость масла является переменной величиной, которая в основном зависит от температуры и имеет обратную пропорцию (т.е. чем температура выше тем вязкость ниже). Так например у наиболее распространенного типа масла с вязкостью 5W-40W при нагреве двигателя от 40°С до 100°С, действительная вязкость снижается с 90 мм2/с до 14мм2/с, что имеет разницу более чем в 6 раз! Вместе с вязкостью на парах трения изменяется и толщина образуемой масляной пленки (чем ниже вязкость, тем тоньше слой масляной пленки). И снижается вязкость не в одну секунду, а по кривой в прямой зависимости от роста температуры двигателя и соответственно нагрева масла. При этом каждое масло (даже с одинаковой вязкостью, но разных марок) обладает исключительно своей кривой снижения вязкости.
Что происходит с двигателем при прогреве?
Из школьного курса физики вспоминаем что при увеличенной толщине масляной пленки, которая превышает толщину зазора между деталями, образуется повышенное трение, что создает потери мощности и увеличение температуры. Этим свойством научились умело пользоваться моторостроители, рассчитывая зазоры пар трения находящихся при рабочей температуре. Т.о. конструкторы осознанно создают условия повышенных нагрузок во время прогрева двигателя. Что позволяет за счет повышенной вязкости прогреваться двигателю до рабочих температур быстрее.
С этим явлением связаны настоятельные рекомендации автопроизводителей не нагружать двигатель во время прогрева. И по этой же причине прогрев мотора в сильные морозы отнимает 300-500км от общего моторесурса. Что и объясняет рекомендации многих автоэкспертов по возможности не заводить двигатель в морозы, т.к. вязкость некоторых моторных масел при -30 по состоянию не сильно отличается от вязкости обувного крема/гуталина и первые 3-5минут мотор будет работать вообще баз смазки (если заведется), до тех пор, пока не разогреет масло.
Как ведет себя масло при прогреве до рабочих температур двигателя?
Когда двигатель прогревается до рабочей температуры система охлаждения двигателя открывает полный круг и тогда в двигателе поддерживается более-менее постоянная температура, которая и является рабочей. При этом масло так же играет роль в охлаждении двигателя. Этот процесс имеет такую схему (упрощенно): При увеличении нагрузки на двигатель или увеличении оборотов коэффициент трения возрастает =>растет температура пар трения в двигателе, а соответственно возрастает температура масла =>вместе с ростом температуры снижается вязкость масла =>масляная пленка становится тоньше, снижая коэффициент трения =>общая температура возвращается к рабочей (не забываем про систему охлаждения, т.к. она в процессе охлаждения двигателя играет основную роль, а свойства масла лишь вспомогательную). Во время вышеприведенных процессов происходит динамическое изменение вязкости масла в зависимости от температуры нагрева, в диапазонах рассчитанных производителем.
Все это означает, что эффективность и качество работы мотора имеет зависимость не от вязкости при определенно рассчитанной температуре, а от динамического изменения вязкости при определенном диапазоне температур. И очень важно, чтобы динамика изменений вязкости масла соответствовала динамике температурных изменений конструкции мотора, в который это самое масло заливается.
Вспомним так же и о том, что выпускаемые двигатели в разные периоды времени имели разные рабочие температуры, зазоры и характеристики. Вот те параметры двигателей, которые интересуют большинство автовладельцев при покупке автомобиля: топливная экономичность, выдаваемая мощность и крутящий момент.
Узннав/освежив в памяти принцип изменения вязкости в зависимости от температуры мы переходим к следующему вопросу: Какие бывают допуски моторных масел, классификации стандартов и какие между ними отличия?
Все о вязкости моторных масел. Часть 2
В первой части статьи мы рассмотрели принципы изменения вязкости моторных масел. Теперь пришло время разобраться с главным вопросом: на какие значки на упаковках масел стоит обращать особое внимание и что они означают.
Еще раз вспомним об основной задаче моторного масла – это предотвращение сухого трения движущихся внутренних деталей двигателя, а так же обеспечение минимальной силы трения сохраняя максимально возможную герметичность рабочих цилиндров. В этом вопросе необходимо учитывать тот факт, что у разных двигателей разница в зазорах и рабочих температурах может сильно отличаться, а следовательно должны будут отличаться и необходимые свойства масел. В связи с этим разработаны системы допусков автопроизводителей для моторных масел, плюс к этому существуют разные температурно-вязкостные требования, которые отличаются по нескольким международным классификациям. Мы рассмотрим наиболее распространенные и актуальные в наши дни типы классификаций стандартов и допусков моторных масел. Это такие как API, SAE и ACEA.
API – Американский институт нефти (API Engine Service Classification System)
Масла, которые соответствуют действующим требованиям категорий качества по API маркируются такими знаками:
API обладает двумя основными разделами классификации масел:
- S для бензиновых двигателей (сегодня существует 3 действующих класса категории S – SJ,SL,SM)
- С для дизельных двигателей (имеет 6 действующих категорий см.таблицу)
Сегодня так же можно встретить в продаже масла с уже устаревшими классификациями масел по API. Это связано с тем, что автомобили выпускавшиеся ранее продолжают эксплуатироваться.
SAE – расшифровывается как Общество Автомобильных Инженеров (Society of Automotive Engineers). По SAE моторному маслу присваивается индекс высокотемпературной вязкости, который измеряется только при двух температурных показателях: при 100°С и при 150°С (см. таблицу значений вязкости по SAE). Эти показатели и являются абсолютными величинами при указании вязкости по SAE, но то как изменяется кривая вязкости масел разных марок до и после указанных выше температур, на практике является более важным показателем, при том что у каждого моторного масла своя кривая изменения вязкости в зависимости от температур. Обратим внимание, что даже в этих указанных точках температур, требования к вязкости не подразумевают точных значений, и имеют довольно широкий диапазон.
Из этого следует, что даже два моторных масла разных производителей имеющих индекс вязкости к примеру 10W-40W, могут обладать разной абсолютной вязкостью при одних и тех же величинах температур (например 90°С, 125°С или 140°С). Именно динамика изменений вязкости зашифрована в маркировках допусков и классификациях моторных масел. Важно рассматривать масла не только как хорошие или плохие, но и как подходящие или нет по своей динамике изменения вязкости конкретно для конструкции двигателя вашего автомобиля.
Т.о. если в двигатель залито масло с бОльшим показателем вязкости, чем предусмотрено производителем, то двигатель постоянно будет работать при повышенных температурах, что будет способствовать ускоренному его износу и сокращению общего моторесурса. Так же повышенные рабочие температуры отрицательно скажутся и на ресурсе самого масла, т.к. из-за повышенной температуры будет происходить ускоренное окисление масла, что быстрее приведет его в негодность.
Самое неприятное, что заметить негативные последствия от завышенной вязкости масла, вы сможете только после 80-100тыс. км. пробега. И доказать вину автосервиса/дилерского центра в случае, если вам такое масло настоятельно порекомендовали «эксперты», вы не сможете. Именно в связи с этим фактом, большинство сервисменов и даже официальных станций не утруждают себя в вопросе соответствия моторного масла для вашего автомобиля. Более того, им даже выгодно, если по завершении гарантийного срока, двигатель вашего автомобиля «прикажет долго жить».
Противоположная ситуация возникает, в случае заниженной вязкости масла. Низковязкие масла как правило относят к классу энергосберегающих, т.к. они обладают пониженной вязкостью при высоких температурах и скоростью сдвига HTTS (свыше 100°С). Из-за этого по SAE они так же как и обычные масла легко получают допуск. Поэтому на маслах с пониженной следует искать допуск по ACEA.
ACEA – Ассоциация Европейских автопроизводителей (Association des Constructeurs Europeens d’Automobiles — Association of European Car Makers) система вступила в действие с 1996г.
Согласно ACEA моторные масла разделяют на три класса:
- A масла для бензиновых двигателей
- B масла для дизельных двигателей малой мощности применяются в легковых, а так же грузовых автомобилях малой грузоподъемности.(Light Duty)
- C для мощных дизельных двигателей (Heavy Duty)
Европейские требования к качеству и стандартам моторных масел являются более широкими и строгими, нежели американские.
Вот некоторые отличия конструкции и условий эксплуатации европейских двигателей от американских:
- европейские двигатели обладают меньшей массой
- большая мощность в соотношении (оббьем двигателя/л.с.)
- более высокая степень форсировки и увеличенный диапазон рабочих оборотов
- более тяжелые режимы при городской езде
- более высокие ограничения по максимальной скорости передвижения
Система тестирования моторных масел по ACEA предусматривает не только лабораторные испытания моторных масел, но и стендовые испытания на моторах. Что позволяет гарантировать качество и непрерывность смазки двигателей при любых эксплуатационных условиях, учитывая так же обороты двигателя и рабочие температуры. Поэтому наличие допуска по ACEA намного важнее на упаковке моторного масла, нежели SAE и API вместе взятые. Необходимо учитывать, чтобы допуск по ACEA соответствовал вашему двигателю (ниже приведена таблица допусков по ACEA).
Чем опасна заливка масла с пониженной вязкостью в обычный двигатель?
Важно понимать, что для таких масел, проектируют специальные двигатели. Обычные двигатели не рассчитаны под такие масла и применять в них низковязкие масла не просто вредно, но даже опасно. Проблема заключается в том что в обычных двигателях такие масла при высоких рабочих температурах не способны образовывать достаточную толщину слоя масляной пленки на парах трения, за счет чего происходит повышенный расход масла на угар и повышается сила трения. Так же это способствует отложениям в двигателе, которые очень сильно сокращают срок службы двигателя. При определенных обстоятельствах может возникнуть угроза «клина» двигателя. А ремонт двигателя – удовольствие не из дешевых. Вывод: заниженная вязкость для обычного мотора гораздо опаснее завышенной. В связи с этим при выборе масла для обычного двигателя, ни в коем случае нельзя брать масла классов ACEA A5/B5 и ACEA A1/B1. Так же крайне не желательно заливать в двигатель масла, на которых указан только один допуск.
И в завершении приведены обозначения которые могут встречаться на упаковках моторных масел:
- ML - масло для бензиновых двигателей, работающих в легких условиях (L — light)
- DG - масло для дизельных двигателей, работающих в легких условиях (G — general)
- ММ - масло для бензиновых двигателей, работающих в умеренно тяжелых условиях (М — moderate)
- DM - масло для дизельных двигателей, работающих в умеренно тяжелых условиях (М — moderate)
- MS - масло для бензиновых двигателей, работающих в тяжелых условиях (S — severe)
- DS - масло для дизельных двигателей, работающих в тяжелых условиях (S — severe)
- Regular oil - минеральное масло без присадок, полученное путем вакуумной дистилляции без дальнейшей обработки (straight mineral oil)
- Premium oil - минеральное масло с противоокислительными присадками
- Heavy Duty oil, HD oil - масло с противоокислительными, моющими и диспергирующими присадками для мощных двигателей