Почему маловязкие масла лучше?
Большинство автолюбителей привыкли пользоваться классификацией вязкости масла по SAE. Она простая, любой автовладелец без труда подберёт продукт с её помощью.
Все масла можно разделить на две группы:
- полновязкие — имеют HTHS 3,5 мПа/с и выше;
- маловязкие — HTHS в диапазоне от 1,7 до 3,5 мПа/с.
Полновязкие и маловязкие масла можно отличить по маркировке стандартов SAE. Так, продукты с индексами 0W-16, 0W-20, 0W-30 относятся к маловязким, а условные 5W-40 или 5W-50 — к полновязким. Масла 5W-30 занимают пограничное положение и у разных производителей могут быть либо маловязкими, либо полновязкими.
Каким может быть идеальное моторное масло
Во-первых, оно должно максимально минимизировать трение между деталями, причем, целостность и толщина масляной пленки должна сохранятся в самом широком диапазоне температур и при высокой скорости сдвига на больших оборотах двигателя.
Во-вторых, избежать «сухих» пусков не получится. Но можно сократить нагрузку на детали двигателя, в том числе при запуске мотора в морозы. Это значит, что в идеальном варианте масло должно максимально быстро поступать к трущимся деталям. Это обеспечивается хорошими низкотемпературными свойствами класса 0W.
В-третьих, маслу необходимо активно участвовать экономии топлива — то есть, снижать потери на трение в цилиндрах и подшипниках коленвала, а также на прокачку по масляным каналам, что положительно скажется на КПД двигателя.
В-четвертых, моторное масло должно «дружить» с различными катализаторами и сажевыми фильтрами, применяемыми в современных бензиновых и дизельных двигателях. А еще обладать низкой летучестью и не расходоваться на угар… Но, конечно же, главная задача моторного масла — максимально защитить детали двигателя от износа.
Что даёт пониженная вязкость масла
Если полновязкие масла лучше защищают двигатель, зачем тогда создали альтернативу? На это есть несколько причин.
Во-первых, вступили в силу новые экологические требования стран Евросоюза и Японии. Они жёстко регламентируют уровень вредных выбросов в атмосферу: борьба идёт за сокращение каждой доли процента. К автотранспорту как к одному из главных загрязнителей воздуха стали предъявлять строгие требования. Поэтому, чтобы максимально сократить содержание вредных веществ в выхлопных газах, были созданы новые двигатели, которые работают на маловязких маслах.
Во-вторых, использование маловязких масел позволяет экономить топливо. Низкая вязкость моторного масла обеспечивает меньшее сопротивление деталей двигателя и лучший теплоотвод. С учётом этих факторов КПД повышается и экономия топлива при использовании маловязких масел растёт.
Экономия топлива по разным данным составляет от 3 до 5%. Впрочем, этот показатель во многом зависит от манеры вождения. Ещё отмечается небольшое увеличение мощности («приёмистости») двигателя, поскольку снижается расход энергии на трение.
Например, моторное масло с вязкостью 0W-20 даёт 1,5–5% экономии топлива по сравнению с маслами вязкостей 5W-30 и 5W-40.
В-третьих, уменьшается износ двигателя. Сейчас производители разрабатывают двигатели с большей поверхностью подшипников, которая снижает удельную нагрузку на механизмы. Несущая поверхность двигателей гладкая и не такая пористая, зазоры между деталями стали меньше. Высоковязкие моторные масла не могут попасть в эти узкие зазоры. Маловязкое масло способно быстрее поступать во все участки двигателя, хорошо защищая трущиеся поверхности от износа. Это снижает потери на трение и повышает энергосбережение.
В результате уменьшается расход топлива и увеличивается эффективность двигателя.
Скептики утверждают, что применение маловязкого масла не всегда оправдано. Экономия топлива слишком мала, а сокращение вредных выбросов не компенсирует затраты — малообъёмные современные ДВС имеют меньший ресурс в сравнении моторами больших объёмов (хоть и с меньшим КПД).
Но это извечный спор о том, что раньше было лучше. Старые моторы потребляют больше топлива и масла, больше «коптят», менее требовательны к качеству смазочных материалов. Они «проверены годами» и надёжны. Но, например, в сравнении с современными двигателями одинаковых объёмов старые ДВС выдают меньшую мощность.
Век больших двигателей уходит в силу экономических причин: ту самую неприхотливость и надёжность «съест» большой расход топлива или двигатель вовсе не пройдёт по нормам Евро.
В каких случаях необходимо применять маловязкие масла
Для ощутимой экономии топлива маловязкие масла следует применять в двигателях которые соответствуют экологическому классу не ниже Euro-4.
Кроме того, маловязкие масла автопроизводители рекомендуют для новых автомобилей с малым объёмом ДВС. Чаще всего это двигатели от 1,0 до 2,0 литра с наддувом и без, которые отличаются низким весом и компактностью.
В каких случаях маловязкое масло не подойдёт
Концепция энергосберегающего масла — защищать двигатель, сберегая при этом топливо. Но для конструктивно старых моторов, у которых допускаются более широкие зазоры между деталями, нужны масла с большей вязкостью. Именно они создадут оптимальный масляный клин в подшипниках коленчатого вала и разделят поршень с гильзой.
Маловязкие масла в таком двигателе не смогут создать достаточную плёнку между трущимися парами, что в свою очередь приведёт к задирам в цилиндрах и капремонту или замене ДВС.
Если ваш автомобиль выпущен раньше 2000 года или имеет экологический класс ниже Евро-3, об маловязких продуктах лучше забыть.
Ещё смазывающие качества энергосберегающего масла напрямую зависят от качества топлива. Если оно не очень хорошее, то загрязнения, мусор, примеси и низкокачественные присадки негативно отразятся на износостойкости поршней и шатунов.
В заключении небольшое резюме
Конструкции современных двигателей, рассчитанных на маловязкие масла, могут обеспечить эффективную работу мотора в любых температурных режимах, с сохранением, а порой и превышением заложенного ресурса.
Маловязкое масло — общие заблуждения и реальные факты
Маловязкие или энергосберегающие масла давно вышли на рынок, но их назначение, а также достоинства и недостатки не до конца понятны большинству автолюбителей.
Одно можно сказать точно: если маловязкое моторное масло 0W20 соответствует допускам и концерн допускает его использование в двигателе, силовому агрегату оно не повредит. Маркетплейс автомобильных товаров Avto.pro расскажет о ключевых особенностях современных маловязких масел и о том, кому они однозначно не подойдут.
Новые стандарты
Автопромышленность начинает вступать в эпоху маловязких масел. Индекс вязкости 0W20 и 5W20 рекомендован для многих современных моделей авто. Для владельцев морально устаревших моделей автохимия вязкостью 5W30 и 5W40 остается предпочтительной. Вот что обещают производители маловязких масел:
- Снижение расхода горючего;
- Уменьшение токсичности выхлопных газов;
- Повышение качества охлаждения двигателя.
Главным минусом подобных смазочных материалов является их неспособность создавать прочную масляную пленку при определенных условиях. К примеру, при экстремально высоких температурах, сильных нагрузках на мотор. Другие проблемы: неудовлетворительные противозадирные свойства, невозможность использование в отдельных климатических зонах. Но если силовой агрегат адаптирован под использование маловязких масел, указанные проблемы не всегда будут вызывать неудобства в эксплуатации автомобиля.
Кому подойдут энергосберегающие масла
Как считают некоторые специалисты, активным продвижением маловязких моторных масел занимаются не только автопроизводители, но и экологи. Последние прямо с промышленностью не связаны, но снижение расхода горючего в двигателе с маловязким маслом – в лучшем случае на 2-3% – им видится ключевым достоинством «нулевок». Однако получившее всестороннее одобрение маловязкое масло подходит двигателю лишь в том случае, если это обозначено автоконцерном.
Перед переходом на маловязкое масло убедитесь в том, что двигатель вашего автомобиля предусматривает использование «нулевки». В двигатели многих современных авто южнокорейских, американских и японских марок рекомендовано заливать подобную автохимию. Далее определитесь с брендом. Во время покупки проверьте наличие сертификатов, а также убедитесь в подлинности масла по QR-коду и/или голограмме, правильности геометрии тары, наличию защитной пломбы.
Маловязкие масла: экономия топлива и рост износа
Привет всем моим подписчикам, братьям-субаристам и не только!
В предыдущем посте в комментариях развернулась бурная дискуссия между любителями масла погуще с одной стороны, и приверженцами двадцаток с другой. Один из тезисов «жидкие масла сильнее изнашивают двигатель» отбивался субаристами с 0w20 в моторе примерно в следующем ключе: «Ты кто такой? Давай до свидания!» «Покажите исследования трибологистов на эту тему, пока не покажете – не поверим». Таки вот я и принес такое исследование.
В интернетах найдена следующая публикация на английском.
Авторы публикации:
Boris Zhmud, Professor, Head of Research & Development, Bizol Lubricants (и еще куча регалий посмотреть можно тут www.sveacon.se/main.htm)
Peter Lee, глава лаборатории трибологии Юго-Западного института в Техасе (www.swri.org/press-releas…omoted-institute-engineer)
Перевод выполнен через онлайн переводчик. Привожу публикацию без купюр, заголовки и ключевые на мой взгляд места выделил жирным шрифтом для удобства восприятия. Ну и в конце поста набросил, как же без этого.
Оригинал расположен тут (www.mdpi.com/2075-4442/9/8/74/htm). Если найдете сутевые неточности перевода – пишите, исправлю в посте.
Силовые агрегаты с низким коэффициентом трения: современные достижения в области смазочных материалов и покрытий
Питер Ли 1 и Борис Жмуд 2, *
1 Юго-западный исследовательский институт® (SwRI®), Сан-Антонио, штат Техас, 78238, США
2 BIZOL Germany GmbH, D-14163 Берлин, Германия
Аннотация
Улучшение топливной экономичности и снижение выбросов в атмосферу сегодня важны как никогда. Помимо электрификации силовых агрегатов, производители автомобилей постоянно стремятся повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания. Уменьшение размеров и форсирование стали обычной практикой в конструкции двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Увеличение удельной мощности и крутящего момента современных форсированных двигателей в сочетании с внедрением систем автоматического старта и смазочных материалов сверхнизкой вязкости приводит к тому, что нагрузка на двигатель выходит за пределы, предусмотренные классической конструкцией. Это приводит к проблемам с износом. Каждый компонент двигателя имеет уникальный ландшафт конкурирующих производственных технологий, среди которых важную роль играют передовые методы обработки поверхности и нанесения покрытий. В данной презентации представлен обзор различных промышленных тенденций, связанных с этим. Роль смазочного материала на трибологию двигателя изучается для различных конструкций двигателей. Подчеркивается важность проектного "подбора" маловязких моторных масел к характеристикам двигателя, что заполняет пробел в понимании сложных взаимодействий между картерной смазкой и механикой двигателя.
Ключевые слова: смазка картера; моторное масло; экономия ресурсов; низкофрикционное покрытие; трение в двигателе; экономия топлива; трибология двигателя; трибология двигателя.
1. Введение
Новые стандарты экономии топлива для автомобилей, изменения в предпочтениях потребителей, вызванные высокими ценами на топливо, а также налогообложение транспортных средств и выбросов углекислого газа оказывают повышенное давление на автопроизводителей. В США Национальная администрация безопасности дорожного движения (NHTSA) и Агентство по охране окружающей среды (EPA) недавно (в 2018 году) выпустили Правила безопасных доступных топливно-эффективных автомобилей (SAFE) [1 — прим, это номер ссылки на примечание в оригинале ], которые устанавливают жесткие стандарты экономии топлива и выбросов углекислого газа. Эти стандарты применяются к легковым автомобилям и легким грузовикам и устанавливают подвижный целевой показатель экономии топлива, который будет увеличиваться на 1,5% с 2021 по 2026 модельный год. Признавая реалии рынка, планка ожиданий была снижена до 40,4 миль на галлон, прогнозируемой средней по отрасли требуемой экономии топлива в 2026, по сравнению с 46,7 миль на галлон, прогнозируемой по стандартам 2012 года. Последний показатель был снижен по сравнению с первоначальной целью EPA на 2025 год в 62 mpg, объявленной десять лет назад и вскоре после этого сниженной до 56 mpg. Чрезмерно амбициозные цели не могут быть достигнуты без прочной технологической основы и мощных финансовых стимулов.
Европейский парламент и Совет приняли постановление [2], устанавливающее нормы выбросов двуокиси углерода (CO2) для новых легковых автомобилей и микроавтобусов на 2025 и 2030 годы. С 2021 года средний показатель выбросов для всего парка новых автомобилей в ЕС установлен на уровне 95 г CO2/км. Это соответствует расходу топлива 4,1 л/100 км (57,4 mpg) для бензина или 3,6 л/100 км (65,3 mpg) для дизельного топлива. Сегодняшний средний уровень выбросов CO2 для новых автомобилей, продаваемых в ЕС, составляет 120 г CO2/км.
Новые стандарты экономии топлива, принятые в Японии год назад, устанавливают цель достичь к 2030 году среднего уровня экономии бензина для автопарка в 25,4 км/л (59,8 mpg), что примерно на 30% выше, чем сегодня [3].
Эти политические и экономические факторы активизируют усилия по исследованиям и разработкам, предпринимаемые основными производителями комплектного оборудования в их стремлении к повышению топливной эффективности. Помимо согласованных усилий по электрификации силовых агрегатов и использованию альтернативных источников энергии для снижения выбросов парниковых газов (ПГ), особое внимание уделяется пониманию трибологических аспектов потерь энергии в силовых агрегатах и современным достижениям в области конструкции и оборудования двигателей, смазочной техники и покрытий для минимизации этих потерь. Для поощрения экологических инноваций производителям предоставляются "кредиты на выбросы" за инновационные технологии, которые должны привести к снижению выбросов CO2. Производителям также предоставляются "супер-кредиты" за автомобили с нулевым и низким уровнем выбросов, такие как аккумуляторные и гибридные автомобили, выбрасывающие менее 50 г CO2/км.
За последние десятилетия технический прогресс в производстве позволил снизить выбросы CO2 примерно на 40%. Средняя экономия топлива для компактных автомобилей увеличилась с 30 mpg (7,8 л/100 км) в 1980-х годах до 50 mpg (4,7 л/100 км) благодаря широкому внедрению технологий впрыска топлива с распределенным впрыском (FSI), прямого впрыска, изменяемых фаз газораспределения, изменяемой степени сжатия, деактивации цилиндров, электрификации трансмиссии и других решений, повышающих эффективность, рисунок 1.
Рисунок 1
Легкие материалы являются еще одной важной технологией, которая помогает улучшить топливную эффективность пассажирских транспортных средств: экономия в 6-8% достигается при снижении веса на 10% [5], и производители все чаще используют новые материалы, такие как усовершенствованная сверхпрочная сталь (A-UHSS), алюминий и даже углеродное волокно в сегменте люкс, чтобы снизить вес автомобиля.
В двигателе внутреннего сгорания около 10-20% энергии теряется из-за трения. Это можно разделить в пропорции
9:1 на вязкостные потери из-за потока смазки и фрикционные потери из-за граничного контакта, главным образом в системах поршневых колец/цилиндров, кривошипно-шатунного механизма и клапанного механизма. Диссипативные потери могут быть снижены за счет использования масел с более низкой вязкостью и меньшего рабочего объема. Потери на трение могут быть снижены за счет использования антифрикционных покрытий на деталях, критичных к рабочим характеристикам, а также за счет применения специальных присадок, снижающих трение, в моторном масле, рисунок 2.
Рисунок 2
Для снижения граничного трения и повышения долговечности критически важных деталей используются различные покрытия, рисунок 3.
Рисунок 3 от местного Сколково
Классическими методами, используемыми для улучшения трибологических свойств различных автомобильных компонентов, являются хромирование, нитрокарбурирование и фосфатирование/паркеризация. Более новые технологии, такие как электроосажденные (Nikasil), гиперэвтектические алюминиево-кремниевые (Alusil®, Silitec®, Albond®) и термически напыляемые (PTWA, TWAS, APS) покрытия используются для укрепления стенок цилиндров и улучшения удержания масляной пленки. Полимерные и полимерно-связанные покрытия с низким коэффициентом трения (TriArmor, EcoTough) можно найти на подшипниках и поршнях. Твердые противоизносные покрытия, такие как алмазоподобный углерод (DLC) и нитрид хрома (CrN), используются для поршневых колец, элементов клапанного механизма и т.д.
Например, сообщается, что использование поршневых колец с покрытием TiSiCN, разработанным SwRI®, позволяет снизить трение поршень/цилиндр (см. Рисунок 4), что приводит к улучшению экономии топлива примерно на 0,5%, а также к значительному снижению износа колец и вкладышей [7].
Рисунок 4
2. Влияние моторного масла на экономию топлива
Для легковых автомобилей переход с устаревшего сорта SAE 15W-40 на SAE 0W-20 дает в среднем 3-4% улучшение экономии топлива в условиях NEDC или EPA, а последующий переход на 0W-8 может дать еще 2-3% [13,14,15,16]. При более щадящем вождении в цикле JC08 масла с более низкой вязкостью могут дать до 5%. Напротив, для более агрессивного цикла WLTP эффект обычно снижается на 0,3 — 0,6% по сравнению с NEDC.
Поскольку показатели топливной экономичности масла во многом зависят от конструкции двигателя, типа автомобиля и условий вождения, очень важно сравнивать масла в тестах "аналогично". Одним из широко используемых стандартов является стандарт Sequence VI. Два современных стандарта, Последовательности VIE и VIF (согласно ASTM D8114 и D8226), используют двигатель GM объемом 3,6 л 2012 года, работающий в четко определенных рабочих условиях на испытательном стенде. В качестве базового используется стандартное нефрикционное модифицированное минеральное масло SAE 20W-30. Определяется экономия топлива на двух различных стадиях старения: FEI1 через 16 ч (свежее масло) и FEI2 через 109 ч (состаренное масло). Эта процедура позволяет различать типы модификаторов трения с возрастом, и для различных классов вязкости масла устанавливаются различные пределы испытаний (Таблица 1).
Таблица 1
Результаты испытаний последовательных двигателей имеют большой разброс, поскольку топливная экономичность полностью готовых масел зависит как от вязкости базового масла, так и от пакета присадок [6,13]. Некоторые масла с более высокой вязкостью могут достигать гораздо лучших показателей экономии топлива, чем их аналоги с более низкой вязкостью. Однако статистически, по результатам испытаний, проведенных в SwRI®, улучшение показателей экономии топлива становится более значительным с уменьшением вязкости.
Новый тест на экономию топлива Японской организации автомобильных стандартов JASO M364:2019 может помочь заложить основу для следующей версии теста Sequence VI в будущей спецификации GF-7 Международного комитета по стандартизации и утверждению смазочных материалов (ILSAC). Соответствующая спецификация масла, JASO GLV-1, была одобрена для использования в 2019 году [14]. Для испытания на экономию топлива может использоваться либо обжигаемый двигатель Toyota 2ZR-FXE 1,8 л (JASO M366), либо моторизованный двигатель Nissan MR20DD 2,0 л (JASO M365). Установленные пределы экономии топлива для новой спецификации JASO GLV-1 составляют >1,1% (при запуске) и >2,0% (при движении) по сравнению с эталонным маслом SAE 0W-16. В то время как ILSAC GF-7 вряд ли появится раньше 2025 года, учитывая стоимость и трудности, связанные с разработкой категории ILSAC GF-6, новое испытание на экономию топлива (JASO FE M366) с использованием двигателя Toyota 2ZR-FXE было включено в недавно выпущенные ACEA 2021 European Oil Sequences, с первым разрешенным использованием с 1 мая 2021 года.
Для сравнения топливной экономичности различных автомобилей были разработаны и используются различные циклы движения двигателя. В Европе существует Новый европейский ездовой цикл (NEDC), в США Агентство по охране окружающей среды (EPA) имеет несколько циклов для города и шоссе, а в Японии используется JC08. В попытке унифицировать циклы была принята Всемирная гармонизированная процедура испытаний легковых автомобилей (WLTP).
Недостатки снижения вязкости
Основным препятствием для постоянного снижения вязкости смазочного материала является повышенный износ двигателя [15,16,17,18,19,20,21,22]. Гидродинамическая толщина смазочной пленки прямо пропорциональна вязкости смазочного материала. Поэтому для поддержания гидродинамической смазки часто требуются существенные изменения в аппаратуре двигателя, включая технические характеристики обработки поверхности, подшипники, системы фильтрации, а также масляный насос, галереи и шприцы. Без этого риск чрезмерного износа реален и не может быть проигнорирован, см. рис. 5.
Потери мощности на трение, измеренные для различных подсистем двигателя в работающем двигателе с использованием различных вязкостей масла (л.с.) и смоделированных карт экономии топлива и исправности подшипников для масла SAE 0W-8 в двигателе современного легкового автомобиля (r.h.s.)
Дальнейшее снижение вязкости приводит к дальнейшему снижению трения в подшипниках, в то время как смазка с самой низкой вязкостью приводит к общему увеличению трения в двигателе из-за значительно возросшего трения в клапанном механизме и поршневой группе. Поэтому следует понимать, что многие двигатели не предназначены для работы с маслом низкой вязкости. Для таких двигателей любые разговоры об использовании масла с низкой вязкостью в значительной степени неуместны.
Как показывает Рисунок 5, переход с SAE 0W-20 на SAE 0W-8 может привести к снижению BSFC до 20%. К сожалению, максимальный эффект ограничивается средними и высокими оборотами двигателя и низкой нагрузкой. Такие условия действуют, если двигатель вращается на холостом ходу. Ближе к "оптимальной зоне" двигателя — области около 3000 об/мин и 60% нагрузки, где двигатель достигает самого низкого удельного расхода топлива — эффект значительно снижается. Однако наибольшее беспокойство вызывает красная область при низких оборотах и высокой нагрузке двигателя, поскольку это означает не только ухудшение топливной экономичности, но и повышенный риск износа, подтвержденный симуляцией состояния коренных подшипников.
Эти примеры показывают, что именно в условиях низкой скорости и высокой нагрузки возможно разрушение смазочной пленки. Проблемы на высоких оборотах связаны с недостаточной производительностью масляного насоса и могут быть решены путем использования регулируемых насосов. При высоких оборотах двигателя инерционные силы, действующие на поршневой узел и шатун, а также кавитационные эффекты увеличивают износ и могут вызвать проблемы с сопряжением шатун/палец и подшипниками. Однако смазочные материалы с более низкой вязкостью, как правило, менее подвержены кавитации.
Поскольку гидродинамическая пленка разрушается при отсутствии относительного движения между трущимися поверхностями, проблемы износа, связанные со смазочными материалами низкой вязкости, еще более усугубляются из-за технологии автоматического запуска-остановки. Использование электрических масляных насосов и роликовых подшипников для распределительного и балансирного валов помогает смягчить проблему. Коленчатые валы с роликовыми подшипниками были признаны непрактичными.
Картерные смазочные материалы разрабатываются таким образом, чтобы сбалансировать большое количество различных свойств, что является сознательным и неизбежным сдвигом парадигмы от "быть лучшим в чем-то" к "быть достаточно хорошим во всем". Поскольку топливная эффективность рассматривается как чрезвычайно важный эксплуатационный аспект — более того, многие OEM-одобрения прямо требуют этого — переход к более низкой вязкости будет продолжаться. Однако следует признать, что наступает момент, когда масла для экономии топлива не имеют большого экономического смысла для конечного потребителя — мы говорим об экономии топлива в
100 евро по сравнению с риском в 1000 евро, если масло окажется слишком жидким и вызовет повышенный износ двигателя. Однако выгоду от использования этих масел получают производители автомобилей. Если их автомобили могут сэкономить 1-2% топлива за счет использования специальной топливосберегающей смазки, то этот производитель может значительно снизить сумму штрафов, которые ему придется заплатить.
Значение "топливоэффективных" смазочных материалов для снижения выбросов парниковых газов исторически было слишком узким, и все больше экспертов обращаются к анализу жизненного цикла при обсуждении плюсов и минусов различных технологий. Воплощенным CO2 нельзя пренебрегать: каждый новый автомобиль поставляется с примерно 10 тоннами CO2-экв, что составляет от 20 до 30% выбросов CO2 за весь срок службы. Перейдя на экономичное топливо, мы можем сократить выбросы на несколько процентов. Но если при этом мы сокращаем срок службы автомобиля, то наносим климату больше вреда, чем пользы. Именно здесь в игру вступают новые технологии обработки поверхностей и покрытий, продлевающие срок службы автомобиля.
Неудивительно, что все моторные масла должны соответствовать определенным спецификациям по защите от износа. Стандартизированные испытания, такие как Sequence IVB (ASTM D8350) на низкотемпературный износ клапанных механизмов, разработанные ASTM и включенные в спецификации API/ILSAC, проводятся с использованием одного "типичного" двигателя, который считается репрезентативным для текущей технологии двигателя, в данном случае с портовым впрыском топлива. В настоящее время почти 75% новых автомобилей оснащаются двигателями с прямым впрыском бензина (GDI). Различные конструкции двигателей дают неодинаковые результаты. Как следствие, было введено большое количество испытаний и одобрений, специфичных для конкретного производителя, что усложнило процесс разработки смазочных материалов.
В таблице 2 приведены результаты измерений износа двигателя 2.0L GDI EcoBoost, проведенных компанией SwRI® с использованием метода радионуклидного трассирования (RATT®). Испытания проводились с использованием масла SAE 5W-30 dexos1™ Gen 2 и масла SAE 0W-16, содержащего тот же пакет присадок. Двигатель и масло были подвергнуты различным жестким условиям, включая холодный запуск, переходную нагрузку, буксировку прицепа и последовательность остановок, после чего были собраны значения износа для каждой облученной детали двигателя. В таблице 2 показаны компоненты, которые испытали заметный износ (заштрихованные ячейки) [21,22].
alt=»Фото в бортжурнале Subaru Forester (SJ)» /> Таблица 2. Заштрихованные ячейки — области мотора, испытавшие значительный износ
Смазочные материалы с более низкой вязкостью приводили к более высокому износу примерно в двух третях рабочих условий двигателя.
На рисунках 6 и 7 показаны показатели износа верхнего кольца и гильзы цилиндра
Рисунок 6. Максимальные показатели износа колец для различных последовательностей испытаний двигателя. 
Рисунок 7. Показатели износа вкладышей для различных последовательностей испытаний двигателя.
Для изучения влияния моторного масла на трение в двигателе очень полезно использовать моторные стенды [23]. На Рисунке 8 и Рисунке 9 представлены данные по моменту трения для двух различных бензиновых двигателей. Для создания установок использовались бывшие в употреблении, но исправные серийные двигатели 2L i4: Ford Duratec и Mercedes Benz M133. Основное различие между двигателями заключалось в поверхности цилиндра: хонингованный чугун против термически напыленного, и типе клапанной передачи: механический ковш прямого действия (DAMB) против роликового пальцевого механизма (RFF). Буровые установки были моторными и работали без давления, используя внешний электрический масляный насос для подачи смазки в двигатель.
Рисунок 8. Влияние степени вязкости масла на трение двигателя при 90°C: слева —Ford Duratec, справа —M.B. M133.
На рисунке 8 показано влияние класса вязкости масла при 90 °C. Переход от SAE 10W-40 к SAE 0W-16 позволяет почти в два раза снизить трение в двигателе на высоких оборотах. Оба класса вязкости были разработаны с использованием одного и того же пакета присадок и имеют одинаковые химические пределы. При переходе к более низким оборотам эффект постепенно уменьшается. Для старого двигателя Ford с традиционными чугунными цилиндрами и клапанной передачей DAMB масло с самой низкой вязкостью дало самое высокое трение на низких оборотах, что доказывает, что гидродинамическое разрушение смазочной пленки может быть проблемой. Для более нового двигателя Mercedes Benz с отверстиями с напылением и клапанной передачей RFF момент трения почти линейно зависит от скорости двигателя, показывая, что новая конструкция может эффективно предотвратить граничное трение.
Рисунок 9. Влияние молибденового модификатора трения на трение двигателя: слева —Ford Duratec, справа —M.B. M133.
На рисунке 9 показано, как трение двигателя реагирует на использование модификатора трения в рецептуре смазочного материала. Двигатель Ford получает больше преимуществ от применения модификаторов трения, чем двигатель Mercedes Benz. Это показывает, что применение модификаторов трения имеет смысл только в том случае, если в общих потерях энергии значителен вклад граничного трения.
Важно понимать, что различные ФМ могут конкурировать друг с другом за свободные участки поверхности, а также конкурировать с моющими средствами — еще одним важным классом присадок, неизменно присутствующих в картерных смазочных материалах. Поэтому два разных состава с одинаковыми вискозиметрическими характеристиками могут иметь разные показатели топливной экономичности, хотя различия редко превышают 1%.
4. Некоторые соображения относительно гибридных силовых агрегатов
Гибридные силовые агрегаты ставят новые задачи перед разработчиками рецептур масел: поскольку ДВС не работает постоянно во время эксплуатации автомобиля, он может не достичь рабочей температуры. Вязкость масла значительно изменяется с температурой, что приводит к тому, что в холодных двигателях потери на трение выше. Кроме того, низкая температура масла создает условия для конденсации воды на стенках силовых цилиндров, что приводит к накоплению воды в картере. В холодных двигателях также наблюдается повышенное разбавление топлива в картере. Хотя диспергаторы помогают солюбилизировать воду и вытеснить ее из картера, их действие ограничено, и в крайних случаях масло может превратиться в "майонезоподобную" субстанцию, неспособную эффективно смазывать двигатель. Единственное практическое решение, доступное в настоящее время — запрограммировать электронику управления трансмиссией на включение ДВС через определенные промежутки времени, чтобы нагреть масло и испарить излишки воды и топлива.
Гибриды, как правило, используют смазочные материалы с низкой вязкостью SAE 0W-20 (Volvo, Mercedes) и ультранизкой SAE 0W-8 (Honda). Смазочные материалы с ультранизкой вязкостью в значительной степени зависят от модификаторов трения и присадок EP/AW, а также от новых технологий нанесения покрытий и финишной обработки для улучшения экономии топлива в диапазоне низких скоростей и высоких нагрузок, который находится ближе к оптимальному режиму работы двигателя, в то время как вязкость масла оказывает доминирующее влияние на экономию топлива в диапазоне высоких скоростей и низких нагрузок.
5. Заключительные замечания
Разработка смазочных материалов для двигателя и оборудования являются критическими элементами в разработке силовых агрегатов с низким коэффициентом трения. Использование моторного масла с низкой вязкостью является эффективным способом снижения потерь на трение в двигателях внутреннего сгорания. Однако масло с низкой вязкостью имеет тенденцию снижать защиту от износа в старых автомобилях или если технология оборудования остается в застое, что приводит к необходимости использования FMs и EP/AW присадок в картерных смазочных материалах. Ожидается дальнейшее улучшение экономии топлива за счет использования в современных двигателях покрытий и отделочных материалов в сочетании с FMs и более широкого внедрения синтетических базовых масел как для современных, так и для старых двигателей.
Здесь конец статьи.
Ключевые моменты на мой взгляд.
Первое. Если вы думаете, что масло 0w20 по своим вязкостным характеристикам — это почти 5w30, то это не так. Двадцатки ближе к 0w16, чем к тридцаткам.
Сводная таблица анализов двадцаток с ойл клуба ссылкапоказывает, что средняя вязкость 0w20 составляет 8,5Сст
Такая же таблица для 0w16 показывает среднюю вязкость в 7,2 Сст.
Таким образом, двадцатка гуще шестнадцатки на 18% (8,5/7,2*100-100)
Таблица вязкости 5w30 (ссылка
Тридцатки
Таблица вязкости тридцаток показывает среднюю вязкость тридцаток в 11,6 Сст. Таким образом тридцатка гуще двадцатки на 36%. Иными словами говоря, двадцатки расположены на отметке в одну треть пути между 0w16 и 5w30.
Второе, разговоры про отличающиеся в лучшую сторону скоростные характеристики поставлены под сильное сомнение. Испытания на стенде на двухлитровом дюратеке показали, что при 3 000 оборотов потери крутящего момента на w20 меньше потерь на масле w40 всего на 2 (два!) Н*м. В общем то, к аналогичным выводам еще лет 10 назад пришел небезызвестный блог в замерах на картинге.
Почему автопроизводители рекомендуют маловязкие масла: увеличение ресурса или провокация капремонта?
Сначала о том, каким может быть идеальное моторное масло.
Во-первых, оно должно максимально минимизировать трение между деталями, причем, целостность и толщина масляной пленки должна сохранятся в самом широком диапазоне температур и при высокой скорости сдвига на больших оборотах двигателя.
Во-вторых, избежать «сухих» пусков не получится. Но можно сократить нагрузку на детали двигателя, в том числе при запуске мотора в морозы. Это значит, что в идеальном варианте масло должно максимально быстро поступать к трущимся деталям. Это обеспечивается хорошими низкотемпературными свойствами класса 0W.
В-третьих, маслу необходимо активно участвовать экономии топлива — то есть, снижать потери на трение в цилиндрах и подшипниках коленвала, а также на прокачку по масляным каналам, что положительно скажется на КПД двигателя.
В-четвертых, моторное масло должно «дружить» с различными катализаторами и сажевыми фильтрами, применяемыми в современных бензиновых и дизельных двигателях. А еще обладать низкой летучестью и не расходоваться на угар… Но, конечно же, главная задача моторного масла — максимально защитить детали двигателя от износа. Увы, как известно, наш мир далеко не идеален, и существующие моторные масла по своим характеристикам наверняка будут отличаться от описанного выше эталона.
Маловязкое масло легче прокачивается по каналам и обеспечивает смазку трущихся пар.
Теперь непосредственно о маслах с низкой степенью вязкости. Начать стоит с темы, которая в нашей стране пока не столь популярна, но, тем не менее, развитие получает. Речь об экологии. Мировой автопром видит светлое будущее человечества в электромобильности, но уже сегодня инженеры всерьез озаботились снижением вредных выбросов от ДВС.
Турбированные двигатели малого рабочего объема с низким потреблением топлива, современные системы выпуска отработавших газов — все это сокращает выбросы вредных веществ. В этом процессе очевидна и роль моторных масел с низкой степенью вязкости — чем меньше энергии затрачивается на трение в поршневых кольцах и прокачиваемость масла, тем ниже потребление топлива. Особенно заметно преимущество таких масел в зимний период.
Турбина требует достаточное количество смазки. При нехватки смазки крыльчатка быстро выйдет из строя. Чтобы масло доходило до подшипника, оно должно обладать низкой вязкостью.
Например, масло 0W-20 сохраняет характеристики текучести и при -30 °C. Панацея? Все не так очевидно…
REINWELL 0W-20.
КАК НИЗКАЯ ВЯЗКОСТЬ СОХРАНЯЕТ ВЫСОКИЙ РЕСУРС ДВИГАТЕЛЯ
О плюсах моторных масел с низкой степенью вязкости уже было сказано, как, впрочем, и о том, что в этом вопросе все не так однозначно. Что касается конкретики, то хорошим примером является новый продукт бренда reinWell — гидрокрекинговое синтетическое моторное масло 0W-20 ILSAC GF-6A, API SP.
Учитывая особенности работы с маловязкими маслами, разработчики современных двигателей выдвигают повышенные требования к содержанию антиизносных присадок в моторных маслах подобными рецептурами.
Эти требования были досконально изучены и учтены инженерами REINWELL, разработавшими формулу пакета присадок, куда вошли соединения цинка и молибдена, обеспечивающие маслу высокие антизадирные и антиизносные свойства.
Есть и еще один важный момент, который нужно было учитывать при разработке продукта: современные турбонагнетатели рассчитаны на быструю подачу масла к подшипникам, что может быть обеспечено только маслами с низкой степенью сжатия. В то же время турбомоторы с непосредственным впрыском топлива, при работе на определенных режимах, склонны к раннему воспламенению рабочей смеси (эффект LSPI — Low Speed Pre-Ignition), что ведет к появлению детонации и постепенному разрушению поршней. В формуле масла reinWell 0W-20 учтена необходимость борьбы с этим эффектом. За что отвечает специально подобранный состав пакета присадок, в том числе соединения на основе молибдена.
Разумеется, в активе нового масла и все «стандартные» требования для продуктов этой группы, такие, как защита от образования отложений, низкая летучесть и стойкость к окислению. Что касается сертификации, то reinWell 0W-20 ILSAC GF-6А, API SP соответствует следующим требованиям: API: SP, ACEA: C6/A1/B1/C5, ILSAC: GF-6A, Jaguar / Land Rover: STJLR.03.5006, BMW: Longlife-17 FE+, Chrysler: MS-12145, Fiat: 9.55535‑GSX, Ford: WSS-M2C 947‑B1/WSS-M2C 962‑A1, GM: dexos D, MB: 229.71, PSA: B71 2710, Volvo: VCC RBS0‑2AE.
Многолетний опыт reinWell в выпуске ГСМ и технических жидкостей в Германии для профессионального использования позволил сделать масло для частных автовладельцев, но с подходом коммерческого использования — максимальная эффективность продукта при минимальной цене. Так и появились масла серии Optimum.
В заключении небольшое резюме.
Популярное мнение, сложившееся о маслах с низкой степенью вязкости не так актуально на сегодняшний день. Конструкции современных двигателей, рассчитанных на маловязкие масла, могут обеспечить эффективную работу мотора с сохранением и, порой, превышением, заложенного ресурса.
Эти параметры ничем не уступают предыдущим поколениям моторов, рассчитанным на полновязкие масла. Но при этом, обеспечивающие более экономную и комфортную эксплуатацию. Во всяком случае, запуск двигателя, в котором зимой используется маловязкое масло, с большей долей вероятности пройдет без проблем. Разумеется, нужно учитывать и еще один важный момент — качество продукта. В связи с уходом с российского рынка именитых европейских брендов вопрос выбора для потребителей встал наиболее остро. Если вернуться к упомянутому выше примеру, моторному маслу reinWell, то история соотношения качества и цены здесь достаточно прозрачна. Бренд зарегистрирован в Германии и в основе разработки и производства продукции лежат европейские технологии и стандарты качества. А так как производство моторных масел reinWell локализовано в России, то и конечная цена продукта сопоставима с тем, что предлагают отечественные производители.