Малов’язкі моторні масла. Мистецтво балансу в’язкості

Цього разу детально поговоримо про динамічну високотемпературну в’язкість HTHS сучасних моторних масел.

Почнемо з поняття в’язкості. Виробники моторних масел постійно знаходяться в пошуку крихкого балансу між забезпеченням максимального захисту всіх компонентів двигуна та зменшенням внутрішніх втрат. Такі втрати енергії виникають в тому числі через підвищену в’язкість моторного масла. Вони ж призводять до збільшення витрати пального.

Посилення екологічних стандартів та введення все жорсткіших вимог до паливної економічності й кількості викидів CO₂ змушує автовиробників буквально винаходити двигун внутрішнього згорання заново. Інженери застосовують цілий спектр технологічних нововведень. Це у комплексі сприяє збільшенню ефективності роботи силових агрегатів та зменшенню витрати пального.

Як діють виробники масел?

Надважливу роль у цьому технологічному розвитку відіграють і виробники мастильних матеріалів. Вони забезпечують новітні двигуни маслами, що допомагають повністю розкрити їх потенціал. Такі масла дозволяють знизити витрату пального та одночасно гарантувати необхідний рівень захисту від механічного зносу. І в’язкість відіграє тут ключову роль.

Одним з найефективніших способів зниження витрати пального та, відповідно викидів CO₂, є застосування моторних масел зі зниженою динамічною високотемпературною в’язкістю HTHS.
Однак при цьому як виробники силових агрегатів, так і виробники масел, стикаються з проблемою забезпечення необхідного захисту від зносу. Надмірне зниження в’язкості може призвести до стрибкоподібного росту механічного зносу компонентів силових агрегатів.

Що таке в’язкість HTHS?

Динамічна високотемпературна в’язкість HTHS (High Temperature High Shear) – це один з основних фізичних параметрів моторних масел. Він напряму впливає на внутрішні втрати в двигунах внутрішнього згорання та витрату пального. Цей показник дозволяє точніше визначити поведінку масла за найжорсткіших умов роботи в сучасних високонавантажених та сильно форсованих двигунах.
Параметр HTHS визначає в’язкість моторного масла в парі тертя за умови постійного руху з високою швидкістю та за дуже високої температури у 150°С.

Зрозуміти в’язкість HTHS простіше за все, уявивши себе в басейні, в якому замість води – масло. Це і є захисна масляна плівка в двигуні. Якщо масло буде надто густим, то воно, звісно, триматиме тіло на поверхні, але пливти буде надто складно і це призведе до підвищених витрат енергії. Якщо ж масло буде занадто рідким, то рухатись в ньому буде значно легше, але воно не зможе втримати тіло на поверхні.

Саме тому так важливо зберегти тонкий баланс в’язкості, що буде в змозі одночасно втримати на поверхні тіло – забезпечити стійкість масляної плівки між деталями, що рухаються та гарантувати легкість руху – зменшити внутрішні втрати та витрату пального.
Крім того, рідкіші масла за решти рівних умов добре працюють за нижчих температур. Тобто, вони є менш термонавантаженими. Це, в свою чергу, позитивно впливає на збереження необхідних властивостей масел протягом довших пробігів.

Спосіб визначення HTHS (динамічна в’язкість)

Одним з основних методів визначення динамічної в’язкості HTHS є стандарт ASTM D4863. Він носить офіційну назву «Стандартний тестовий метод визначення в’язкості нових та відпрацьованих моторних масел при високій швидкості зсуву та за високої температури 150°С віскозиметром, що симулює конічний підшипник».

В основі цього методу лежить вимір моменту сили, що необхідний для зрушення з місця ротора віскозиметра. Між статором (статичним елементом) та ротором (рухомим елементом) приладу подається гаряче масло при температурі 150°С. Воно через свою в’язкість змушує ротор (рухомий елемент) відхилятися. Рідкіше масло легше протікає між ротором та статором, а густіше має сильніший вплив на рухомий елемент віскозиметра. Момент сили, що впливає на рухомий елемент і визначає показник HTHS.

В’язкість, виміряна за стандартом ASTM D4863, відповідає в’язкості масла, що забезпечує гідродинамічне змащення в парі тертя компонентів двигунів внутрішнього згорання.

Яке моторне масло обрати?

При виборі правильного моторного масла необхідно звертати увагу не лише на в’язкість, позначену на етикетці (SAE 5W-30, наприклад), а й на допуски та відповідність стандартам. У них зашифровано значення високотемпературної динамічної в’язкості HTHS, напряму воно ніколи не вказується на пакуванні.

Слід також мати на увазі, що наступний допуск далеко не завжди кращий за попередній. Наприклад, допуски BMW LL-01, LL-04 та LL-12 або VW 502.00/505.00, 504.00/507.00 та 508.00/509.00 мають суттєві відмінності одне від одного за різними параметрами і жоден з них повністю не замінює інший. А от допуск MB 229.5 повністю замінює та «перекриває» попередній 229.3.

Масло зі зниженим HTHS поліпшує паливну економічність та екологічність.
Масло з «класичною» в’язкістю HTHS забезпечує кращий захист від зносу.
Застосування малов’язких масел в двигунах, розроблених для «класичних» мастильних матеріалів, призводить до суттєвого збільшення зносу.

Масла так званої «традиційної» рецептури мають динамічну в’язкість HTHS не нижче 3,5 мПа*с. Багато виробників двигунів для легкових автомобілів, особливо бензинових, досить давно адаптували конструкції силових агрегатів для застосування малов’язких моторних масел.

Прогрес не стоїть на місці

Поступово ця тенденція розповсюдилась і на легкові дизельні двигуни. Сьогодні ж навіть виробники двигунів для важких вантажних автомобілів та спеціалізованої техніки намагаються зменшити витрати пального, розробляючи нові силові агрегати для роботи з маслами зі значеннями динамічної високотемпературної в’язкості HTHS нижче 3,2 мПа*с.

Враховуючи ці тенденції серед виробників важкої комерційної техніки, американський нафтовий інститут API запровадив дві нові специфікації для моторних масел: API CK-4 та API FA-4.

API CK-4 – «класична» рецептура, що замінила специфікацію API CJ-4. Масла цієї специфікації мають забезпечувати суттєво кращі показники захисту від зносу, екологічності та здатності до роботи за дуже довгих інтервалів.
API FA-4 є новою специфікацією. Ці масла мають відповідати тим же вимогам, що й масла API CK-4, але за зниженої в’язкості HTHS в межах 2,9 – 3,2 мПа*с.