|
Сообщение от Drive2.ru
всё началось с экономических потрясений. Нефтяной кризис 1973 года изменил мир. Рост цен на топливо охватил всю планету, а вслед за топливом подорожали перевозки, товары и услуги. Поневоле пришлось задуматься о сокращении потребления энергоресурсов. Тогда-то и появились моторные масла, позволяющие сэкономить некоторое количество топлива. Они получили название энергосберегающих.
Позднее к экономическому фактору добавился еще один – экологический. Энергосберегающие масла и здесь выглядели привлекательно: сжег меньше топлива – снизил эмиссию отработавших газов.
Но за счет чего можно сжечь меньше топлива? Чтобы ответить, посмотрим, где именно происходят потери мощности двигателя, а, следовательно, и энергии, получаемой при сгорании бензина или дизельного топлива.мощность, развиваемая при расширении газов в цилиндрах называется индикаторной. А мощность, отдаваемая коленчатым валом – эффективной. Разность между индикаторной и эффективной мощностью называется мощностью механических потерь.
Что входит в этот показатель? Затраты мощности на работу масляного насоса и привод навесного оборудования, на всасывание воздуха через фильтр, на потери в системе впуска в двигателях без наддува, на расходы при работе турбины в наддувных ДВС, на сопротивление системы выпуска отработавших газов и т.д. А еще в этот список потерь входит мощность на преодоление трения в деталях двигателя. Ее называют «мощность трения».
Снижение мощности механических потерь во всем их многообразии – задача конструкторов ДВС. А вот снижение мощности трения при смазывании двигателя – прерогатива создателей моторных масел.
Экскурсия по парам трения
Основные потери мощности на преодоление трения наблюдаются:
• в парах «цилиндр-поршень»;
• в коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала;
• в механизме газораспределения
Природа потерь во всех случаях разная. А значит, и способы лечения недугов должны быть разные. Иными словами, энергосберегающие свойства масла надо оценивать с учетом режимов его работы в каждой паре.
Начнем с цилиндропоршневой группы. Будем пользоваться известными аббревиатурами: ВМТ – верхняя мертвая точка; НМТ – нижняя мертвая точка. Так вот, вблизи ВМТ и НМТ поршень движется с малой скоростью. Масляная пленка здесь не образуется, присутствуют лишь ее граничные слои. Поэтому и сила трения в этой зоне с вязкостью масла не связана.
Но вот поршень пошел вниз, и граничный режим смазки сменился жидкостным (гидродинамическим), при котором сила трения существенно зависит от вязкости масла. Тот же жидкостный режим наблюдается в парах «вкладыш — шейка коленчатого вала» – здесь потери также зависят от вязкости.
В газораспределительном механизме, в частности, в парах «кулачок-толкатель» действует смешанный режим смазки. Раньше он назывался эластогидродинамическим режимом – красиво, правда? Контактные давления здесь очень велики, и потери связаны не столько с вязкостью масла, сколько с изменением свойств масляной пленки «под прессом» контактирующих поверхностей.
Если же распределить потери мощности внутри двигателя по отдельным механизмам, то на цилиндропоршневую группу придется порядка 70% утраченной мощности, а на остальные пары трения – примерно 30%.
Получается, что сэкономить на мощности трения можно, управляя двумя параметрами:
• вязкостными свойствами масла в жидкостном режиме, т.е. в парах «вкладыш-шейка» и «поршень-цилиндр» при движении поршня между ВМТ и НМТ;
• поведением масла в граничном режиме в парах «поршень-гильза» вблизи ВМТ и НМТ и смешанном режиме в парах «кулачок-толкатель».
Давайте посмотрим, как это делают разработчики масел.
Создаем экономное масло
Начнем с того, что энергосберегающим маслам придают малую вязкость – разумеется, в допустимых пределах. Но и этого, в общем-то, небольшого снижения бывает достаточно, чтобы уменьшить трение в жидкостном режиме смазки –например, в подшипниках и в цилиндрах, когда поршень набирает скорость после прохождения мертвых точек.
Кроме того, делу помогают загущающие присадки. Благодаря особым свойствам их макромолекул вязкость масла зависит не только от температуры, но и от так называемого градиента скорости сдвига. Упрощенно говоря, свойства масла в зазоре становятся управляемыми: при уменьшении скорости движения трущейся поверхности (например, поршня в цилиндре) вязкость возрастает, а при увеличении – падает.
На практике сказанное выглядит так: в середине хода поршня вязкость масла становится меньше, чем при его приближении к ВМТ. А это означает снижение потерь на трение и некоторую экономию топлива.
Важно! Сезонные масла (летние и зимние) не могут энергосберегающими, поскольку загущающие присадки в них не вводят. Поэтому «беречь энергию» способны лишь всесезонные масла.
Пока мы говорили лишь о жидкостном режиме смазки. Чтобы сэкономить топливо в граничном режиме, в масло добавляют особые присадки – модификаторы трения. Они адсорбируется на металлических поверхностях, образуя некое подобие эластичного «ворса». Его слой легко деформируется в направлении движения того же поршня, существенно снижая коэффициент трения. Поэтому вблизи ВМТ также создается «режим экономии».
Проиллюстрировать сказанное можно на следующем примере. Перед нами чистильщик обуви, вооруженный двумя сапожными щетками. Прежде чем приступить к полировке туфель, он легко трет одну щетку о другую, и смотрите – на туфлю ложится ворс, сориентированный в нужном направлении!
И, наконец, о смешанном режиме смазки. Модификаторы трения помогают несколько снизить потери в парах «кулачок-толкатель». Однако серьезного влияния на энергосбережение это не оказывает.
Создание энергосберегающего масла начинается с выбора основы. Существует правило: базовое масло должно обеспечивать «зимние» характеристики из ряда SAE 0W, SAE 5W или SAE 10W. Летняя характеристика, как правило, ограничивается классом вязкости SAE 30, более вязкие базы встречаются очень редко.
Таким образом, масла SAE 0W-16 или SAE 5W-30 могут быть энергосберегающими (список, разумеется, неполный), а вот SAE 5W-50 или SAE 15W-40 – нет.
Важно! Если кто-то заявит вам, что «спортивное масло 10W-60 является энергосберегающим», знайте: либо это недобросовестная реклама, либо человек ничего не понимает и понимать не желает. Нельзя вести оптимизацию по двум противоречащим друг другу критериям. Нельзя одновременно иметь высокую вязкость и энергосберегающие свойства – чем-то поневоле приходится поступаться.
О базах и присадках
База энергосберегающего масла может быть синтетической, полусинтетической или минеральной гидрокрекинговой. Чисто минеральное энергосберегающее масло – скорее исключение, чем правило.
Подобрать композицию присадок при создании энергосберегающего масла непросто. Вот лишь один пример: модификаторы трения конфликтуют с другими ингредиентами пакета, в частности, с дисперсантами и детергентами. Каждый из них стремится к адсорбции на металлической поверхности и жаждет потеснить конкурента.
Что же требуется от химиков? Преодолеть антагонизм присадок? Не только. Их задача – создать такую композицию, чтобы антагонисты превратились в синергистов, когда содружество присадок оказывается эффективнее отдельных ингредиентов.
Что и говорить, работа ювелирная. Но результат того стоит. В энергосберегающих маслах композицию присадок составляют так, чтобы моющие, антиокислительные, диспергирующие, вязкостные и прочие присадки и сами не увеличивали потерь, и не мешали работать модификаторам трения.
А конечная цель подбора и введения композиции присадок такова: объединение преимуществ маловязких масел с минимизацией потерь в граничном режиме смазки.
Несколько слов о маркировке продуктов. Всех случаев мы не опишем, но некоторые сведения дадим. Если энергосберегающее масло сертифицировано по API, после обозначения категории продукта ставятся буквы EC (Energy Conserving) или FE (Fuel Economy).
В европейской классификации АСЕА для энергосберегающих масел используются обозначения A5/B5 либо A7/B7, где литера «А» является обозначением для бензиновых двигателей, и «B» для дизелей. Сегодня в классификацию добавлены классы энергосберегающих малозольных масел для бензиновых и дизельных двигателей, оборудованных системами очистки выхлопных газов, с пониженным содержанием сульфатной золы, серы и фосфора: АСЕА С2, С5, С6 и С7. Мы пропустили в перечне АСЕА С1, который является устаревшим и уже выведен из применения и С3, потому что он не является энергосберегающим.
По международной классификации ILSAC, разработанной совместно американскими и японскими производителями автомобилей, масла обозначаются GF-1 (класс устарел), GF-2 (класс устарел), GF-3, GF-4, GF-5, GF-6A и GF-6B. Чем выше цифра, тем современнее класс. Все масла, аттестованные по стандартам ILSAC, являются всесезонными и энергосберегающими.
Но пора подкрепить сказанное конкретными примерами. Универсальное синтетическое масло MIRAX MX7 SAE 5W-30 API SP, ACEA A5/B5 является энергосберегающим, о чем говорит маркировка ACEA A5/B5.
Премиальное синтетическое масло MIRAX MX9 SAE 0W-20 API SP, ILSAC GF-6A также является энергосберегающим, что подтверждает сертификация по ILSAC GF-6A.
Разумеется, это не единственные энергосберегающие масла MIRAX. Посмотреть полный перечень продуктов и «расшифровать» энергосберегающие свойства вы можете сами на сайте miraxoil.ru.
Проверяем на двигателе
Как происходит оценка энергосберегающих свойств масел? И официальное их подтверждение? Разумеется, путем испытаний в двигателях по специально разработанным методикам. Расход топлива сравнивается с контрольными цифрами, полученными при работе тех же двигателей на так называемом «эталонном масле». Разумеется, эталон энергосберегающими свойствами не обладает.
По европейским меркам экономия топлива для масел категорий ACEA А5/B5, А7/В7 должна быть не менее 2,5%. Только тогда испытуемое масло официально признается энергосберегающим.
Американцы и японцы пошли дальше европейских специалистов, задавшись вопросом: как изменятся энергосберегающие свойства, если проехать, положим, 5 тыс. миль? И ввели особый метод испытаний: свежее масло сравнивается с эталонным, затем работает определенный срок в тяжелом режиме и снова сравнивается с эталонным. Так выявляется весьма показательная характеристика – сохраняемость энергосберегающих свойств. Согласитесь, показатель для эксплуатации очень важный, поэтому мы и выделили его жирным шрифтом.
А на каких двигателях проводятся все эти испытания? Европейцы оценивают экономию топлива на 16-клапанном четырехцилиндровом двигателе объемом 2 л. с распределенным впрыском бензина. Американцы – на V-образной «восьмерке» марки Ford объемом 4,6 л также с распределенным впрыском бензина.
Но испытания испытаниями, а какую реальную экономию топлива можно получить в условиях повседневной эксплуатации? Вот усредненные цифры, предоставленные автору во ВНИИ НП: при коротких поездках в городе до 3-5,5%; на маршрутах «город — пригород» до 2,2–2,8%; в дальних рейсах по благоустроенным дорогам – до 2,2 — 2,8%. Скажете, немного? Но при нынешней дороговизне топлива и такие показатели хороши.
Наибольшее энергосбережение получается при езде в городе зимой, когда расход топлива велик; наименьшее – на автострадах летом, когда он относительно мал.
Важно! Когда иные рекламные публикации сулят экономию топлива в 20-25%, это либо миф, либо блеф, либо… одно из двух. Даже если свести мощность трения к нулю (что возможно лишь теоретически), можно сберечь не более 8% топлива.
Дополняют друг друга
Почему же энергосберегающие масла не вытесняют обычные? Может, они получаются слишком дорогими?
Действительно, энергосберегающие масла несколько дороже обычных, но не настолько, чтобы отказаться от заманчивой экономии топлива. Причина в другом: они подходят далеко не всем моторам. Существуют двигатели, которым противопоказана малая вязкость, свойственная энергосберегающим маслам. Это особенно проявляется при тяжелых нагрузках. Поэтому при выборе масла следует неукоснительно соблюдать рекомендации автопроизводителя.
Есть еще один фактор – экономический. Расточительные американцы не слишком заботятся об экономии топлива как таковой. У них масла даже высших категорий API бывают не энергосберегающими.
Другое дело страны, не имеющие собственных запасов нефти: Германия, Франция, Япония и ряд других. Там энергосберегающие масла пользуются большой популярностью. Немалую роль играет и экология, о которой говорилось в начале статьи.
|