Вязкость моторных масел и тонкости выбора

В предыдущей статье мы рассматривали основные свойства, которыми должны обладать все без исключения качественные моторныемасла, но на одной характеристике необходимо остановится подробнее. Речь идет о вязкости масла, которая существенно влияет на эффективность работы системы смазки, играет роль главного индикатора качества масла и во многом определяет моторесурс двигателя. И самое наглядное представление о важности вязкостно-температурных характеристик масел дает механизм взаимодействия «ключевой» пары трения – цилиндра и поршня.

Свобода и стабильность

Не секрет, что для эффективной работы двигателя внутреннего сгорания зазор между стенками цилиндра и внешней поверхностью поршневых колец должен быть таким, чтобы обеспечить свободный ход поршня и высокую герметичность в месте их сопряжения. Таким образом, для достижения максимального КПД зазор должен быть равен толщине пленки, которую образует масло на стенках цилиндров. Однако чтобы обеспечить смазку трущихся деталей и герметичность, сама пленка должна оставаться стабильной, а значит, необходимо, чтобы масло сохраняло свою вязкость. В теории все просто, но на практике гораздо сложнее.

Дело в том, что температура внутри ДВС изменяется в широком диапазоне: от отрицательной, пики которой определяются регионом и временем года, до рабочей, превышающей 100 – 150°С. В таких условиях обеспечить высокую стабильность вязкости масла просто невозможно. С ростом температуры кинематическая вязкость стремительно падает: в пределах 50°C она может снизиться в 5–8 раз. Как следствие, усилия производителей направлены на то, чтобы обеспечить максимально стабильную вязкость масла именно в диапазоне рабочих температур. А что происходит при холодном пуске двигателя?

В этом случае кинематическая вязкость в разы превышает значения, достижимые при рабочих температурах, а масло не может создать защитную пленку необходимой толщины. В итоге повышается трение, выделяется тепло и ускоряется прогрев масла до нужной температуры. Таким образом, с одной стороны холодный пуск двигателя приводит к его повышенному износу, а с другой – создает предпосылки для быстрого достижения рабочей температуры и вязкости. После этого система обретает стабильность: при повышении температуры вязкость снижается, пленка становится тоньше, коэффициент трения уменьшается и происходит охлаждение.

Конечно, это достаточно упрощенная схема. Нельзя забывать о работе системы охлаждения, которая отводит тепло, и других факторах, однако вязкость масла играет в этом процессе важнейшую роль. Но отсюда следует и другой вывод: каждый конкретный ДВС имеет свои конструктивные особенности, рабочую температуру и проектируется с учетом применения масла с определенными вязкостно-температурными характеристиками. И именно поэтому предписания производителя по выбору моторного масла для данного двигателя носят не рекомендательный, а обязательный характер.

Классовая рознь: SAE J300 и допуски масел

Возникает вопрос: на чем базируются эти предписания? На сегодняшний день единственной общепризнанной мировой классификацией моторных масел по вязкостно-температурным характеристикам является стандарт SAE J300, последняя редакция которого действует с июня 2001 года. Он был разработан членами Сообщества автомобильных инженеров SAE (Society of Automotive Engineers) и разделил масла на 11 классов. В их числе 6 зимних – 0W, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W, где литера «W» является сокращением от слова «winter» (зима), а также 5 летних – 20, 30, 40, 50 и 60, которые имеют только числовое обозначение.

При этом масло причисляют к определенному классу на основании вполне конкретных критериев. Очевидно, что для зимних масел определяющее значение имеет низкотемпературная вязкость, которая характеризуется совокупностью физических свойств. Прежде всего, это прокачиваемость и проворачиваемость – минимальная температура, при которой масляный насос способен прокачать масло по системе смазки, не допуская сухого трения деталей, а стартер способен провернуть коленчатый вал и запустить двигатель. Также значение имеет минимальная кинематическая вязкость при 100°C.

К дополнительным характеристикам низкотемпературной вязкости относится склонность к гелеобразованию и фильтруемость. Последний критерий активно используется инженерами General Motors. Он иллюстрирует склонность к образованию при низких температурах парафинов и других твердых осадков, которые приводят к закупорке масляного фильтра. Что касается летних масел, то все решает высокотемпературная вязкость, а главными критериями ее оценки являются минимальные и максимальные значения кинематической вязкости при 100°C, а также динамическая вязкость при температуре 150°C и высокой скорости сдвига.



Все указанные параметры для конкретного масла можно измерить по методике SAE, используя вискозиметры и другие специальные приборы. Но, говоря о критериях, следует отметить, что моносезоные масла имеют ограниченное применение, а рядовые потребители преимущественно используют всесезонные, для которых важны все перечисленные вязкостнотемпературные характеристики. По классификации SAE их обозначают двойным индексом, например 10W-40, где первая часть указывает на степень низкотемпературной, а вторая – на степень высокотемпературной вязкости.

Может ли принадлежность к определенному классу по SAE J300 служить достаточным основанием, чтобы рекомендовать масло для эксплуатации в климатических условиях конкретного региона? Например, масло с маркировкой 10W-40, достаточно популярное в России, обеспечивает проворачивание коленвала при -25°C и прокачивание по магистрали при -30°C. Однако эти значения актуальны для масел с минеральной основой, а синтетика с аналогичной степенью вязкости по SAE чаще всего обладает более высокими характеристиками, в частности лучшими показателями низкотемпературной вязкости.

С другой стороны, оценка масел по методике SAE предполагает использование эталонной модели, которая может иметь мало общего с конкретной моделью ДВС. На практике многое зависит от таких факторов, как мощность стартера, частота вращения коленчатого вала, необходимая для запуска двигателя, гидравлическое сопротивление маслоприемного тракта, качество горючего и даже заряд аккумулятора. Таким образом, SAE J300 помогает примерно определить диапазон температур, в котором моторное масло обеспечит нормальную работу ДВС, но решающее значение все же имеют предписания производителя.

Учитывая конструктивные особенности мотора и классификацию SAE J300, можно выбрать масло, которое обеспечит уверенный холодный пуск и эффективную смазку деталей ДВС при пиковых нагрузках и высоких температурах в соответствии с климатом конкретного региона. Многие ведущие производители автомобилей устанавливают более жесткие требования к характеристикам масел, включая стабильность вязкости, и проводят собственные заводские испытания.

Продукция, которая прошла испытания по оригинальной методике, получает сертификат и допуск в качестве масел первой заправки для всех или отдельных категорий автомобилей и спецтехники. В качестве примеров допусков, устанавливающих более высокие требования к вязкостно-температурным характеристикам, можно привести стандарт VW 501 01, разработанный для автомобилей концерна VAG с бензиновыми двигателями, и стандарт MB 226.0 для машин марки Mercedes-Benz с турбодизелями. Обычно сведения о допусках указаны на этикетках канистр моторного масла.

Окончание следует. Во второй части статьи рассказывается о влиянии вязкости на качество масла, критериях экспертой оценки и практике правильного выбора моторного масла. ■