Надійна і довговічна робота двигуна при мінімальних втратах на тертя може бути досягнута лише за умови створення найкращих умов змащування усіх тертьових поверхонь. У системах мащення ці умови забезпечують правильним вибором і оптимізацією сортів оливи та безперервним подаванням її під тиском до тертьових поверхонь деталей.
Нівелюючи силу тертя
Моторна олива в змащувальній системі, маючи комплекс необхідних фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей, виконує важливі і різнобічні функції. Вона зменшує тертя, спрацьовування і запобігає задирам тертьових поверхонь. Водночас олива відводить теплоту, очищає зони тертя від продуктів спрацьовування і герметизує рухомі з'єднання, в тому числі в зоні циліндро-поршневої групи. Отже, вона є одним з основних функціональних елементів двигуна і розглядається як складова частина його системи мащення.
У двигунах внутрішнього згоряння є безліч пар тертя, які різняться матеріалами, чистотою обробки і режимом роботи. Здатність оливи утворювати на твердій поверхні стабільний змащувальний шар і швидко відновлювати його в разі руйнування має вирішальне значення для зменшення тертя. Це відбувається внаслідок того, що сухе тертя, при якому виступи нерівностей поверхонь деталей стикаються між собою, змінюється рідинним тертям оливи. А менше тертя - це не тільки менший знос, це ще і менший опір взаємного переміщення деталей, а, відповідно, менша витрата палива і більша потужність.
Коли двигун не працює, колінчастий вал під дією сили ваги лежить на нижній поверхні підшипника. Їх розділяє гранична масляна плівка, а олива знаходиться у клинових зазорах по обидва боки валу. Під час пуску двигуна вал починає обертатися, і олива, що надходить під тиском з магістралі, затягується обертанням валу до звуженої частини клиноподібного зазору.
В міру просування по клиноподібній частині масляного шару у зв'язку зі зменшенням прохідного перерізу олива прагне витікати в осьовому напрямі підшипника. Цьому витіканню перешкоджають сили внутрішнього тертя (в'язкість оливи). В результаті в клиноподібній частині масляного шару розвивається гідродинамічний тиск, що збільшується зі звуженням зазору. У разі збільшення числа обертів валу гідродинамічний тиск зростає, за певної кутової швидкості вертикальна його складова стане більшою, і вал «спливе» на шарі оливи, що забезпечує розділення поверхонь валу і підшипника.
За такого режиму тертьові деталі працюють практично без спрацьовування, оскільки сила тертя при цьому не залежить від властивостей тертьових поверхонь, а визначається тільки внутрішнім тертям шарів оливи.
Низька температура: додаткові вимоги
До якості моторної оливи для кожного типу двигуна, залежно від умов її експлуатації, ставлять низку вимог, часто специфічних. За високих температур моторні оливи повин-ні зберігати достатньо високу в'язкість для забезпечення гідродинамічного режиму мащення і створення надійного ущільнення між поршнем і гільзою. За низьких температур навколишнього середовища в'язкісно-температурні властивості повинні забезпечувати можливість легкого запуску двигуна. Для забезпечення мінімального спрацьовування в умовах граничного мащення оливи повинні мати здатність модифікувати тертьові поверхні. За високих термічних впливів, яких зазнає олива в двигуні, ставляться високі вимоги до його окисної здатності і антикорозійних властивостей, особливо щодо кольорових металів. Крім того, моторні оливи повинні мати мийно-диспергуючу здатність відносно нерозчинених забруднень у поєднанні з ефективною нейтралізуючою дією, забезпечуючи чистоту деталей в усіх температурних зонах двигуна.
До найважливіших експлуатаційних показників моторних олив відносять їх в'язкісні властивості. Від в'язкості оливи залежать легкість і тривалість пуску двигуна, здатність оливи циркулювати в системі мащення, утримуватися у змащувальному вузлі та забезпечувати гідродинамічний режим мащення. В'язкість впливає також на охолодження тертьових поверхонь, витік через ущільнення, фільтрування та витрату оливи. Від цього показника залежить діапазон температури навколишнього середовища, в якому ця олива забезпечує пуск двигуна без попереднього підігріву, легке прокачування оливи насосом по системі мащення, надійне змащування і охолодження деталей двигуна при найбільших допустимих навантаженнях і температурі навколишнього середовища.
При підбиранні оливи до двигуна важливим фактором є її в’язкість. При меншій в’язкості оливи зменшується внутрішнє тертя між її шарами, а, відповідно, зменшується опір взаємного переміщення деталей. Однак тут виникає протиріччя: олива малої в’язкості легко витікає через зазори, не створюючи необхідного тиску і порушуючи умови оптимального гідродинамічного тертя. А значить деталі будуть швидко зношуватись.
Однак під час вибору оливи для двигуна знання його в'язкості за однієї певної температури недостатньо, щоб оцінити можливості її використання в різних умовах експлуатації.
За високих температур оливи розріджуються, а при охолодженні загусають або взагалі втрачають рухомість. Так, при зниженні температури моторних олив від 100 до 50оС в’язкість їх може збільшуватися у кілька разів. У зимових умовах в'язкість оливи може збільшуватися в сотні й тисячі разів. Тому, оцінюючи якість оливи, великого значення надають функціональній залежності її в'язкості від температури. Характер зміни в'язкості, залежно від температури, неоднаковий для олив з різної сировини, різних способів отримання та різного складу. Чим менше вона змінюється із підвищенням або зниженням температури, тим кращі властивості оливи в експлуатації.
Загущення на холоді
А що ж таке в’язкість? В’язкість - це властивість рідини, що визначає її плинність (текучість). І чим вище в'язкість, тим густіша рідина (чим менша її текучість, тим більша її в'язкість). Коли двигун холодний, олива має тенденцію згущуватися. У цьому випадку важливо, щоб вона залишалась достатньо рідкою навіть за низьких температур, щоб у достатній кількості протікати через канали двигуна, захищати його деталі від зносу і сприяти легкому холодному пуску. Чим менше в'язкість, тим більшою мірою олива зберігатиме свою текучість у холодну погоду або при холодному пуску двигуна.
У міжнародній практиці для оцінки в'язкісно-температурної характеристики олив прийнятий кількісний критерій, що називається індексом в'язкості (JB). Він характеризує залежність зміни її в'язкості від температури (чим вищий індекс в'язкості, тим менше в'язкість оливи залежить від температури). Олива з вищим індексом в'язкості має кращу текучість при низькій температурі (запуск холодного двигуна) і вищу в'язкість при робочій температурі двигуна.
Чим вищий JB, тим більш полога в'язкісно-температурна характеристика і тим краще відповідає олива умовам зимової експлуатації. Моторні оливи мають індекс в'язкості не менш як 90–125 одиниць.
Для поліпшення в'язкісно-температурних властивостей олив застосовують в'язкісні (загущувальні) присадки. Загущені оливи поєднують у собі добрі пускові та антифрикційні властивості, характерні для малов'язких олив за низьких температур, і добрі змащувальні властивості високов'язких олив за високих температур. Застосування загущувальних присадок дає змогу отримувати зимові і всесезонні оливи з індексом в'язкості понад 125 одиниць.
Для двигуна або будь-якого іншого механізму необхідно застосовувати оливи з оптимальною в'язкістю, величина якої залежить від конструкції, режиму роботи, ступеня зносу, температури навколишнього середовища й інших чинників. В'язкість моторної оливи, по-перше, є показником її мастильних властивостей, оскільки від в'язкості залежить якість мащення, розподіл оливи на поверхнях тертя і тим самим знос двигуна. По-друге, від в'язкості залежать втрати енергії при роботі двигуна. Чим вище в'язкість тим товща масляна плівка і надійніше мащення, але і тим більші втрати потужності на подолання рідинного тертя.
Наразі єдиною визнаною у зарубіжних країнах системою класифікації моторних олив є специфікація SAE J300 (Товариство Автомобільних Інженерів США (Society of Automotive Engineers)).
Клас SAE інформує про діапазон температури навколишнього середовища, в якому олива забезпечить провертання двигуна стартером, прокачування оливи масляним насосом по системі мащення двигуна під тиском при холодному пуску в режимі, що не допускає сухого тертя у вузлах тертя та надійне мащення при підвищенні температури і тривалій роботі при максимальному швидкісному і навантажувальному режимах.
В умовах високих навантажень високої температури повітря деталі двигуна піддаються дії останньої, тому важливо користуватися оливами, які при високій температурі значною мірою зберігають свою в'язкість і забезпечують захист тертьових поверхонь двигуна.
А от коли двигун холодний, навпаки, олива має тенденцію згущуватися. У цьому випадку важливо, щоб вона залишалась достатньо рідкою навіть при низьких температурах, щоб могла легко протікати через оливопроводи двигуна, захищати його деталі і сприяти легкому пуску.
Класи в'язкості
Щоб уникнути неправильного підбору оливи по рівню в'язкості, замість понять «рідке», «в'язке», «високов'язке» була розроблена особлива класифікація моторних олив за в'язкістю. Ця класифікація підрозділяє моторні оливи на 11 класів в'язкості: на 6 зимових (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W) і 5 літніх (20, 30, 40, 50, 60) класів в'язкості. Оливи, котрі мають клас в'язкості, що перевищує SAE 60, відносяться до трансмісійних.
Літня олива має достатню в'язкість, щоб забезпечити надійне мащення за високої температури, але вона надто в'язка при низькій температурі, внаслідок чого повітря важко забезпечити пуск двигуна.
Малов'язка зимова олива полегшує холодний пуск двигуна при низькій температурі, але не забезпечує його якісного змащування влітку, коли температура оливи в двигуні перевищує 100 °C. Саме по цих причинах найбільшого поширення набули всесезонні сорти олив, що мають меншу залежність в'язкості від температури.
Всесезонні оливи позначаються здвоєним номером, наприклад 10W40, перший з яких указує максимальні значення динамічної в'язкості оливи при негативних температурах і гарантує пускові властивості (прокачуваність олив при низьких температурах), а другий визначає в'язкість оливи при робочій температурі двигуна (діапазон кінематичної в'язкості при 100 °C і динамічної в'язкості при 150 °C). Індекс W («winter», тобто «зима») означає «зимове». Чим більша різниця між двома числами, тим більш рівномірними будуть характеристики оливи при зміні температури.
Чим менше число перед індексом W, тим менша в'язкість і тим легше пускається двигун взимку (тобто тим більшою мірою олива зберігатиме свою текучість у холодну погоду при пуску двигуна). Чим більше число після індексу W, тим більшою мірою олива зберігатиме свою в'язкість при нагріванні. В'язкість всесезонних олив змінюється у невеликому діапазоні, внаслідок чого мастильні якості як влітку, так і взимку залишаються достатньо високими.
Таким чином, ступінь в'язкості SAE допомагає визначити діапазон температури навколишнього середовища, при якому олива забезпечить нормальну роботу двигуна - провертання колінчастого валу стартером, прокачування оливи насосом по системі мащення при холодному пуску і надійне мащення влітку при тривалій роботі в режимі максимальних швидкостей і навантажень.
«Правило 35-ти»
Щоб не помилитися у виборі оливи до зими, корисно пам'ятати так зване «правило 35-ти». Треба з числа 35 відняти зимовий індекс в'язкості (перше число в позначенні в'язкості оливи), до числа, що отримали, приставляємо «мінус» і отримуємо граничну температуру прокачуваності оливи. Наприклад, олива 10W40 (літній індекс 40 тут наразі ролі не грає) зберігає текучість до –25 градусів за Цельсієм (35–10=25).
«Правило 35-ти» досить точно можна застосувати до мінеральних олив, але, воно, на жаль, мало підходить для оцінки синтетичних - у них інакші, особливі в’язкісно-температурні характеристики. Застосування синтетичних або напівсинтетичних олив, як правило, змінює це співвідношення, знижуючи температуру пуску ще на 5 градусів. Так, наприклад, синтетична олива класу 10W40 може бути розрахована і на –50.
Взимку необхідно звернути увагу на те, що для двигунів різної конструкції температурні діапазони працездатності оливи цього класу по SAE можуть істотно відрізнятися. Вони залежать від потужності стартера, мінімальної пускової частоти обертання колінчастого валу, потрібної для пуску двигуна, від продуктивності насоса, від гідравлічного опору тракту подачі оливи і багатьох інших конструкційних, технологічних і експлуатаційних чинників (технічний стан двигуна, якість палива і навіть кваліфікації водія та ін.). Кожен виробник двигуна рекомендує свій діапазон застосування однієї і тієї ж оливи, залежно від температури навколишнього середовища. Цей діапазон обов'язково вказують в інструкціях з експлуатації і його слід ретельно витримувати.
Слід також пам'ятати, що клас оливи по SAE характеризує тільки в'язкість оливи і не дає інформації про її експлуатаційні властивості. Таким чином, якщо на каністрах вказано позначення SAE 15W40 або SAE 20W50, то це позначується тільки в'язкість оливи, її текучість, але ще абсолютно не інформує про те, чи підходить вона саме для вашого двигуна за іншими параметрами.
Коментар спеціаліста
Олег КУЛЕША, технічний спеціалист ТОВ «Шелл Ойл Продактс Юкрейн»
- Взимку, коли техніка працює в екстремальних умовах, а особливо при пуску холодного двигуна, олива повинна характеризуватися низькою температурою застигання і відповідати рекомендаціям виробника транспортного засобу. Найбільш відповідальні системи, що вимагають правильного використання «зимових» олив, є передусім двигун, трансмісія, гідравлічна система, вузли точкового мащення.
Для безвідмовної і надійної роботи техніки в зимовий період компанія Shell пропонує лінійку інноваційних моторних олив Shell Rimula для дизельних двигунів. Вони розроблені з перевищенням існуючих вимог до систем мащення двигунів. У їхній склад входить спеціальний комплекс мийно-диспергуючих присадок, що запобігають утворенню відкладень в двигуні. Такі оливи забезпечують стабільно надійне мащення деталей як у холодного, так і в прогрітого двигуна та низький рівень викидів, а також скорочує витрати на обслуговування.
Для надійної роботи техніки навіть у дуже холодний період компанія Shell пропонує продукти Rimula R6 M і Rimula R6 LM - всесезонні моторні оливи для дизелів потужної техніки. Shell Rimula R6 M характеризується низькою температурою застигання (-42 °C), високими пусковими характеристиками при низькій температурі, хорошою змащувальною здатністю, стійкістю до окислення. Синтетична технологія дозволяє забезпечити контроль над зношуванням і утворенням відкладень, навіть при збільшеному інтервалі заміни оливи.
Клас в’язкості SAE: 10W-40. Shell Rimula R6 LM забезпечує тривалу роботу двигуна в зимовий період завдяки високому захисту від зносу, а також здатності знижувати утворення відкладень на поршні і в піддоні картера. Така олива рекомендується для застосування як у дизелях, так і двигунах, що працюють на скрапленому газі багатьма провідними світовими автовиробниками, в т.ч. Mercedes-Benz, MAN, Volvo, Cummins.
Варто також пам’ятати, що зима - це не тільки мороз, це ще й інтенсивна конденсація вологи при перепаді температур із накопиченням води у вузлах і агрегатах. Тому слід своєчасно забезпечити техніку відповідними мастильними матеріалами.
