Можно и для FAQ
Что такое вязкость масла?
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.
Что означают цифры обозначения вязкости масла на этикетке?
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. 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?
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.
-----------------------------------------------------------------------------------------
«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. 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.
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.
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.