Honda Club Tomsk

Журнал "за рулем"

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА: САЕНТОЛОГИЯ МАСЛА

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.

СИНТЕТИКА ИЛИ МИНЕРАЛКА?


Попробуем разобраться. Мнения бытуют разные, вплоть до такого: «для «Волги» синтетика – слишком жидкая, вытекает вся».


Любое масло – это смесь некой основы, называемой базовым маслом, и пакета присадок, благодаря которым формируются заданные свойства масла – вязкостные, противоизносные, противозадирные, антиокислительные, моющие и др. Так вот – именно вид базового масла и определяет, что получится в итоге – минералка, полная синтетика или частичная, в просторечии называемая полусинтетикой.


Минеральное базовое масло – это остаточные продукты перегонки нефти – то, что остается от исходного сырья после того, как получены бензин и дизельное топливо. По сути, это те же комбинации углеводородных соединений, только тяжелых фракций, причем довольно часто с высоким содержанием серы. Добиться стабильного состава такого масла от партии к партии весьма трудно – и нефть может быть разной, и особенности технологии сказываются. А это плохо: вязкость непредсказуема и приходится пускать в ход специальные загущающие присадки. Количество их каждый раз подбирают индивидуально, по результатам входного контроля базового масла.


Присадки – ахиллесова пята минералки, поскольку под влиянием высоких температур они довольно быстро «срабатываются» – масло начинает менять свойства. Это особенно неприятно для изрядно послуживших моторов. Не случайно некоторые фирмы-производители негласно рекомендуют замену минерального масла уже через 5–6 тыс. км пробега.


Синтетическое базовое масло, напротив, «собрано» из необходимых видов углеводородов. В природе такой их комбинации может даже и не существовать, но ничего случайного в данном продукте нет – стабильность его высокая, а свойства – прогнозируемые. При этом загущающие присадки либо не нужны совсем, либо их требуется значительно меньше.


Помимо синтетики углеводородной есть еще полигликолиевая, а также галогенуглеродная. Впрочем, это – экзотика, а основное место на рынке принадлежит той, чьи масла на углеводородной синтетической базе.


Полусинтетическое базовое масло – это смесь обычной основы минерального масла с синтетической: при этом процент последней – обычно 20–30, не более. Этого хватает, чтобы «подтянуть» какие-то свойства слабенькой минералки. Такое масло занимает промежуточное положение между минералкой и синтетикой – этакая «синтетика для небогатых».


Насколько реально тип масла влияет на стабильность его параметров, может дать представление простой эксперимент. Берем два масла одной российской фирмы – минералку и синтетику 5W40 и поочередно проверяем на одном и том же двигателе в течение 50 моточасов. Если пересчитать на пробег, получится где-то 4000 км. По ходу испытаний через каждые 5 моточасов отбираем пробы и измеряем параметры вязкости при разных температурах. Результат – на рисунке.


У минералки вязкость поначалу, как правило, значительно уменьшается – идет разрушение загущающих присадок, но с какого-то момента она начинает расти: сказывается накопление продуктов распада в масле. А вот участка стабильной вязкости практически нет! В определенной степени это, кстати, учитывают и требования SAE: согласно им, для таких масел допускается разброс вязкости при 100°С от 12,5 до 16 сСт (сантистокс – единица измерения вязкости), зато ее колебания укладываются в предел погрешности замера.


ЧТО НАПИСАНО НА БАНКЕ


Главный показатель для любого масла – его вязкость, которую характеризуют цифры на банках. Классифицируют вязкость либо по американскому стандарту SAE, либо по нашему ГОСТ. У нас – все понятно: если на банке, допустим, стоит 5з14, это означает, что в ней – всесезонное масло, о том же говорят и две цифры. Вторая – это вязкость при 100°С в сантистоксах (сСт), точнее – диапазон ее изменения. По ГОСТ для этого масла вязкость может изменяться от 12,5 до 14,5 сСт. А вот первая цифра дает ограничение вязкости при -18°С, обеспечивающей пуск двигателя зимой. Буква «з» показывает, что масло загущено вязкостными присадками.


По SAE все куда сложнее. Там у всесезонного масла тоже две цифры, разделенные буквой W. Но они обозначают температурный диапазон применяемости масла и его вязкость при 100°С. Например, 10W40 означает, что его можно использовать при температуре не ниже -20°С, а при 100°С его вязкость должна быть 12,5–16,3 сСт. 0W40 – значит работает от -30°С, 15W40 – от -10°С. Так что по классификации SAE прошлой зимой вообще в России ничего ездить не могло! Как бы не так! Хорошо, что не все знакомы с SAE…


Самое интересное, что и для синтетики, и для минералки классификация вязкости – одинаковая! Те самые цифры на банке, о которых шла речь, совершенно не зависят от состава масла! И это правильно – двигатель химической формулы масел не различает, ему нужную вязкость подавай.


ГОРЯЧО-ХОЛОДНО…


Но это еще не все. Двигатель работает, можно сказать, в невообразимом диапазоне температур, а вязкость с температурой меняется, да еще как! У того же самого масла 10W40 при 100°С может быть вязкость 14 сСт, а при –18°С – уже около 3500 сСт, то есть больше чем в 200 раз! Вообще же порогом проворачиваемости коленчатого вала считается вязкость около 5000 сСт и вовсе не оттого, что «вал в масло вмерзает». При такой температуре остатки масла, оставшиеся в системе, «дубеют», и ни масляный насос, ни сам вал уже не провернуть.


Поскольку зависимость вязкости от температуры неизбежна, очень бы хотелось иметь при низких температурах вязкость поменьше, а при высоких – побольше, но в меру. Соотношение вязкостей здесь задают два параметра – температурный коэффициент и индекс вязкости. Первый – это отношение разности вязкостей при 0 и 100°С к вязкости при 50°С. Чем он меньше – тем лучше. Для всесезонных минералок он в пределах 5–8, а для синтетик – 4–6.


Второй параметр определяют сопоставлением характеристики испытуемого масла с двумя эталонными. Для одного индекс вязкости принимается равным 100, для другого – 0. Чем выше индекс, тем меньше вязкость при низких температурах! Так вот, у самых лучших минералок этот индекс не поднимается выше 110–115, а для синтетик может доходить до 150! Вот почему двигатель на синтетике зимой завести легче. Кстати, нигде на банках индекс вязкости не указан – его можно найти только в ТУ или других документах на конкретное масло, но помнить о разнице этих параметров, а стало быть, и свойств при низких температурах надо!


Выходит, синтетика действительно «жиже», но только на морозе.


СТРАШИЛКИ НАПОСЛЕДОК


Какое бы масло вы ни предпочли, главным критерием выбора должны служить рекомендации завода–изготовителя двигателя, причем по конкретной марке. Особенно если речь о синтетике: она еще молода и не лишена некоторых болезней роста. Тех, кто этим пренебрегает, могут ожидать обещанные страшилки: примеры – на фото. Один и тот же мотор просто «погоняли» на двух разных маслах – результаты же ой какие разные…


Так что – читайте инструкции! И только затем делайте выбор.