Вязкость и мощность

Вязкость и мощность

Давайте рассмотрим один пример. Обычно для автомобилей, использующихся в условиях городского движения, я предпочитаю использовать моторное масло Mobil 1 5W-50. Оно обеспечивает высокий уровень защиты двигателя, и это самое главное. В этом с ним, пожалуй, не сравнится ни одно другое моторное масло. Но при этом такие масла стоят значительно дороже. К тому же они способствуют снижению мощности иувеличению расхода топлива. Если говорить о мощности, оптимальным вариантом будет моторное масло Mobil 1 0W-40. Как вы увидите в таблице 20.1, при тестировании большого количества различных масел, включая некоторые масла низкой вязкости, ему в этом отношении не было равных. По сравнению с моторным маслом Mobil 1 5W-50 это масло также обеспечивало незначительное снижение расхода топлива – около 1–1,5% при движении на крейсерской скорости по шоссе. Поэтому, если вы стремитесь получить максимальную мощность, я порекомендовал бы трисинтетическое масло 0W-40. Однако при этом учтите, что интенсивность износа двигателя будет несколько выше, чем при использовании масла 5W-50, поэтому его придется заменять чаще, так как оно быстрее будет загустевать вследствие более высокого коэффициента испарения.

В последнее время появилось мнение ,что моторное масло меньшей вязкости, будучи более жидким, позволяет двигателю производить больше мощности. В любом случае вязкость моторного масла – это только часть уравнения, а второй частью являются присадки, снижающие трение. Вы можете подумать, что жидкое масло является гарантией увеличения мощности, однако, если сравнить два образца продукции компании Castrol, вы поймете, что это не так. Более густое синтетическое масло 10W-60 Castrol R обеспечивало значительное увеличение мощности по сравнению сдругими образцами, в то время как более жидкое масло давало показатели, приближенные к нижней части шкалы мощности. Конечно же, если мы хотим увеличить мощность, используя определенный тип масла, недостаточно просто подобрать продукт с очень низкой вязкостью.

Таблица 20.1. Сравнительная таблица мощности при использовании синтетических масел

^*Компания Royal Purple не указала класс по вязкости моторного масла, которое использовалось в этой проверке, но лабораторные исследования показали, что класс по вязкости находится в диапазоне от 0W-20 до 0W-30.

Примечание:
В качестве тестируемого образца был использован незначительно модифицированный автомобиль Subaru Liberty RS с турбированным двигателем. Температуры охлаждающей жидкости и масла контролировались на уровне 95–97°С и 85–87°С соответственно.

Понятие «вязкость масла» и присадки, увеличивающие ее

Вязкость моторного масла, как указано на упаковке, – это способность масла протекать через градуированное отверстие при определенной температуре: -18°С для «зимнего» режима (код «W») и 100°С по спецификации SAE. Масло с высоким классом по вязкости оставляет более плотную масляную пленку при любых рабочих условиях, чем масло с более низким классом по вязкости. Этот факт влияет на интенсивность износа двигателя. Конечно же, если масляная пленка настолько тонкая, что не может предотвратить контакт подвижных элементов, это станет причиной износа. Учтите, что газы в камере сгорания находятся под высоким давлением после зажигания, а также что масляная пленка между поршневыми кольцами, поршнями и цилиндром помогает обеспечить необходимую герметичность. В таком случае масло должно обладать достаточной вязкостью, чтобы выдерживать это давление. Однако, если вы выберете моторное масло со слишком высоким классом по вязкости, оно не сможет проникать в пространство между слишком близко расположенными деталями в достаточных количествах, чтобы обеспечивать соответствующую смазку и отводить тепло. Тестирование масел с высоким классом по вязкости, 60 и 70, дало неудовлетворительные результаты, так как температура подшипников возрастала, к тому же масло не проникало в труднодоступные участки с небольшими зазорами. К тому же подобные масла скорее удерживали тепло, чем рассеивали его, кроме того, в масло попадал воздух, что ставило перед нами проблему деаэрации.

Все масла разжижаются при увеличении температуры и становятся более вязкими при снижении температуры, но все они реагируют на изменение температуры по-разному. Например, моторные масла класса по вязкости 40, которые будут обладать одинаковой вязкостью при температуре 100°С, могут иметь совершенно разные показатели при более высоких или низких температурах. Масло, которое будет разжижаться больше всего при высокой температуре, будет становиться наиболее вязким при снижении температуры, поэтому лучше всего использовать то масло, изменение вязкости которого будет минимальным. В таком случае говорят, что масло обладает высоким классом по вязкости, а те масла, вязкость которых будет значительно изменяться, обладают более низким классом по вязкости. В гоночных автомобилях лучше всего использовать масло с высоким классом по вязкости, при условии что высокое значение вязкости не было получено при помощи специальных присадок.

Синтетическое масло Mobil 1 рекомендуется использовать во всех двигателях. Моторное масло 5W-50 оптимально подходит для стандартных условий эксплуатации, а масло 15W-50 можно использовать вдвигателях гоночных автомобилей, работающих в экстремальных условиях.

Присадки для увеличения класса по вязкости, которые также называют полимерами, позволили создать многоцелевые моторные масла. Полимеры– это молекулы, которые расширяются, делая масло более вязким по мере увеличения температуры, и уменьшаются в размерах, разжижая масло по мере его остывания. Поэтому моторное масло 20W-50 будет обладать характеристиками 20W при низкой температуре и 50SAE при высокой температуре.

В последнее время химия полимеров получила широкое распространение, но эти присадки, увеличивающие класс по вязкости, остаются нестабильными при высоких уровнях нагрузки. Когда двигатель подвергается серьезным нагрузкам, они могут распадаться, поэтому масло 20W-50 будет обеспечивать защиту, эквивалентную 20W, только в строго указанных условиях. Этот распад структуры чаще всего будет происходить вучастках, где нагрузка будет максимальной, например в подшипниках и толкателях. По этой причине многие специалисты рекомендуют использовать масло класса по вязкости 30 или 40 для распредвалов.

Смешанные и синтетические масла

Однако добавление полимеров или поиск специального базового компонента минерального масла являются не единственными способами создания моторного масла с высоким классом по вязкости. Также можно смешать синтетический базовый компонент с минеральным базовым компонентом, чтобы создать синтетическую смесь. Таким образом, полученное масло будет содержать минеральное масло, синтетическое масло и полимеры, представляя собой высококлассное масло с широким диапазоном классов по вязкости для использования в автомобилях с высокими техническими характеристиками и в гоночных автомобилях.

Усовершенствовав процесс дальше, мы получим так называемое 100% синтетическое масло. На самом деле оно не на все 100% синтетическое, так как значительная часть состава – комплект присадок, которые добавляются в большинстве случаев к базовому компоненту. Однако, если базовый компонент полностью синтетический, без минеральных примесей, это масло называют синтетическим. Примером может служить моторное масло Mobil 1, которое согласно спецификациям производителя не содержит полимерных присадок, увеличивающих класс по вязкости. Широкий диапазон класса – от 0W-40 до 5W-50 – был достигнут посредством использования процесса рафинирования.

В то время как минеральные моторные масла производятся из сырой нефти, после того как в процессе дистилляции значительная часть таких продуктов, как смолы, бензин, дизельное топливо и керосин отделится, процесс рафинирования синтетических масел продолжается дальше, пока основные компоненты нефти не будут отделены. Эти основные компоненты затем соединяются в искусственно созданные молекулярные структуры, образуя синтетический базовый компонент. В некоторых синтетических маслах могут использоваться компоненты, выделенные из сырой нефти, в других маслах могут соединяться молекулы из различных других источников углерода: угля, природного газа, животного жира, костного мозга и т.д.

Синтетические масла обладают большим количеством преимуществ при использовании в двигателях с высокими техническими характеристиками даже по сравнению с высококачественными минеральными и растительными маслами. Так как они достаточно жидкие при низкой температуре, они обеспечивают лучшую смазку при первом запуске двигателя. Затем, по мере прогрева двигателя и масла до нормальной рабочей температуры, они не разжижаются в отличие от минеральных масел, таким образом снижая степень износа распредвала/гидрокомпенсаторов, подшипников/коленвала и поршневых колец/гильз цилиндров. Также синтетические масла более устойчивы к окислению, поэтому они менее подвержены повреждению вследствие высоких рабочих температур.

Комплект присадок для моторного масла

Ранее упоминалось, что значительную часть моторного масла на самом деле составляют различные присадки. Кроме полимеров масло также содержит большое количество других соединений. Одни выполняют функцию антиоксидантов, другие – очистителей, третьи предотвращают вспенивание масла, а четвертые можно назвать присадками, повышающими износостойкость. При этом общее содержание этих компонентов вмоторном масле может превышать 20%.

Окисление происходит благодаря присутствию кислорода и продуктов горения в масле, а также вследствие температуры масла. По мере увеличения температуры моторного масла до значений выше 100°С степень окисления увеличивается, и присадки, замедляющие окисление, становятся менее эффективными.

Побочным продуктом горения и окисления является осадок. Чтобы предотвратить его скопление внутри двигателя, рекомендуется использовать чистящую присадку. Моторные масла для гоночных автомобилей содержат такие присадки в незначительных количествах, и поэтому их можно использовать в легковых автомобилях, предназначенных для эксплуатации в условиях городского движения, только в том случае, если они имеют класс APSH, SJ, SL ит.д.

Чтобы избежать аэрации, используется присадка, предотвращающая вспенивание моторного масла, которая препятствует образованию пены вследствие наличия воды или воздуха в масле, которые попали в систему смазки из-за утечки в заборном патрубке или расплескивания масла, что привело к прокачиванию воздуха масляным насосом.

Конечно же, со временем эффективность присадок снижается, и как только присадки, увеличивающие износостойкость двигателя, теряют свои качества, интенсивность износа двигателя увеличивается. Когда присадки, замедляющие окисление, и чистящие присадки теряют свои свойства, вдвигателе начинает накапливаться осадок и т.д. Этой ситуации стоит избегать, и это легко можно сделать, регулярно заменяя моторное масло, пока все присадки действуют достаточно эффективно.

Как часто стоит заменять моторное масло

Периодичность замены моторного масла будет во многом зависеть от температуры воздуха и дорожных условий. Движение с частыми остановками в холодных климатических условиях при температуре ниже 10°С хуже всего сказывается на качестве моторного масла, в то время как поездки на большие расстояния с редкими периодами работы на холостом ходу в теплых климатических условиях (при температуре 20°С) будут создавать оптимальные условия для эксплуатации моторного масла. В первом случае я рекомендую заменять масло Mobil 1 каждые 6400 км пробега или каждые четыре месяца (в зависимости от того, что произойдет раньше). Во втором случае моторное масло Mobil 1 обеспечит надежную защиту на 20000 км пробега или на шесть месяцев (в зависимости от того, что произойдет раньше). Однако я бы порекомендовал заменять масляный фильтр примерно на половине этого срока.

В гоночных двигателях частота замены масла, скорее всего, будет зависеть от вашего бюджета. Однако не стоит заменять качественное синтетическое масло после каждой гонки. Конечно же, если вы участвовали в 24-часовой гонке на выносливость, вам придется слить масло, но для большинства автомобилей, скорее всего, придется заменять масло только во время разборки двигателя для капитального ремонта. Если вы выполните проверку моторного масла на наличие металлических частиц и других засорений, полученные результаты покажут, как изменилась вязкость и насколько подверглись разложению присадки.

Одним из главных поводов для беспокойства в гоночных двигателях является попадание в моторное масло топлива. Обогащенная топливовоздушная смесь попадает в поддон картера, и даже незначительные количества метанола значительно снижают качество моторного масла. Чтобы справиться с этой проблемой, моторное масло можно сливать после каждой гонки и слегка нагревать до температуры 90–100°С, чтобы выпарить топливо.

Температура масла и масляный радиатор

Не важно, насколько качественное масло вы используете, главное – поддерживать соответствующую температуру, чтобы обеспечить оптимальную смазку. Очень часто интенсивность износа двигателя увеличивается именно потому, что он работает на непрогретом масле и/или воде. Ни в коем случае не допускается агрессивный стиль вождения, пока температура моторного масла не достигнет 70°С, при этом идеальная рабочая температура моторного масла составляет 95–110°С. На короткий промежуток времени температура масла может возрастать до 130°С, но при более высокой температуре может произойти разложение и чрезмерное окисление моторного масла. В гоночных автомобилях подшипники могут быть в любое время повреждены, если температура моторного масла превысит значение 130°С, и обычно мощность начинает снижаться при температуре выше 110°С.

Если температура моторного масла в поддоне картера постоянно превышает 120°С, установка масляного радиатора позволит увеличить срок службы подшипников и моторного масла.

Раньше эту проблему пытались устранить посредством установки масляного радиатора, однако с развитием технологий, применяющихся для создания моторного масла, в использовании масляного радиатора (по крайней мере в автомобилях для спринтерских гонок и в легковых автомобилях, использующихся в условиях городского движения) отпала необходимость. Исключением являются те случаи, когда мы ограничены всредствах и хотим снизить температуру кипения воды, не вкладывая в это много денег и не подвергая значительным модификациям систему трубопроводов. В подобных ситуациях установка масляного радиатора позволит понизить рабочую температуру двигателя до такой степени, что модификации системы охлаждения больше не понадобятся.

Время от времени на финише значительных гонок я видел победителей, которые, стоя не пьедестале, удивлялись, как смогли добиться подобных результатов, если на протяжении большей части гонки температура моторного масла была предельной. Поскольку производители моторного масла часто входят в список спонсоров подобных соревнований, порой сложно понять, являются ли эти заявления рекламой или правдой. Однако язнаю случаи, когда автомобили проезжали еще несколько сот километров в гонках на выносливость после повреждения масляного радиатора. Температура в масляном бачке возрастала до 170°С, но во время разборки двигателя не наблюдались признаки повреждения компонентов вследствие резкого увеличения температуры моторного масла. Эти результаты были получены при использовании полностью синтетического масла 15W-50 Mobil 1. Я также был свидетелем 24-часовых испытаний на выносливость при полностью открытой дроссельной заслонке, которые проводили производители с тем же моторным маслом в поддоне картера, которое заливается в новые заводские автомобили. Во время этих тестов температура масла в поддоне картера увеличивалась до 150°С и выше (до 180°С). Однако последующая разборка двигателя показывала, что подобные высокие температуры не представляли для работы двигателя никаких проблем. Я ни в коем случае не поощряю высокие рабочие температуры моторного масла, однако тесты показали, что в течение короткого промежутка времени двигатель может работать при температурах 120–130°С при условии, что он новый или с очень эффективной герметичностью поршневых колец и соответствующими спецификациями подшипников. Я рекомендую использовать масляный радиатор только в том случае, если в экстремальных условиях движения температура моторного масла постоянно держится у отметки 120°С. Мои рекомендации основаны на том факте, что я видел слишком много двигателей, которые подвергались серьезным нагрузкам и, как следствие, лишались подшипников, когда температура масла возрастала до 130°С.

Заборный блок масляного радиатора должен быть отлит или изготовлен на станке CNC без внутренних каналов под углом 90°. Также стоит избегать изгибов масляных магистралей под углом 90°, как, например, на этой иллюстрации.

Подшипники были повреждены, а коренные шейки изношены, так как масляный радиатор засорился.

Если необходимо установить масляный фильтр, стоит иметь в виду несколько пунктов. Как уже говорилось ранее, холодное масло приводит кповреждению двигателей и быстро разрушается, поэтому в автомобилях, использующихся в условиях городского движения, необходимо использовать либо масляный термостат, либо заслонку, которую можно будет отрегулировать в соответствии с дорожными условиями итемпературой окружающей среды. Масляные магистрали, подсоединяющие радиатор к системе, должны иметь диаметр по крайней мере 1/2 дюйма, а лучше 5/8 – 3/4дюйма, чтобы не ограничивать интенсивность потока масла. Если вы используете заборный блок, установленный между основанием масляного фильтра и фильтрующим элементом, он не должен ограничивать интенсивность потока. Иногда подобные переходники просто оснащаются каналами, пересекающимися под углом 90°, что значительно снижает интенсивность потока. Я рекомендую выбирать блоки смасляными каналами, которые будут отлиты и изготовлены на станке CNC. Их необходимо подвергнуть обработке, чтобы оптимизировать их пропускную способность. Масляные радиаторы не подлежат очистке, поэтому не приобретайте использовавшийся ранее масляный радиатор: он может быть полон загрязнений. Если ваш двигатель или турбокомпрессор подвержен повреждению подшипников, рекомендуется заменить масляный радиатор, чтобы избежать возможных повреждений вследствие прокачки засорений в отремонтированный двигатель и турбокомпрессор.

После установки масляного радиатора продолжайте следить за температурой моторного масла. В то время как высокая температура моторного масла может стать причиной несоответствующей смазки и последующего повреждения подшипников, толкателей и кулачков распредвала, температура моторного масла ниже 85°С также не приведет ни к чему хорошему. В гоночных автомобилях огромные суммы тратятся даже на незначительное Температура масла и масляный радиатор, но чаще всего многие не понимают, какие потери мощности могут произойти при использовании холодного моторного масла. В общем, температура моторного масла должна составлять 95–105°С, при этом снижение температуры до 85°С будет стоить вам по крайней мере 1% мощности, если только вы не используете масло 0W-20 или 0W-30.