Что такое вязкость моторного масла?

Вязкость моторного масла – важнейший параметр. Именно он становится камнем преткновения при выборе определённого сорта, предметом «горячего» обсуждения среди продавцом, сервисменов и «гаражных» экспертов. О вязкости слышали многие автолюбители, но далеко не каждый способен объяснить, что она значит.

Самые частые мнения,  которые можно услышать, звучат примерно так:

• «…я люблю динамичную езду: с частыми разгонами и повышенными оборотами двигателя, поэтому масло с обычной вязкостью для моего мотора не лучший вариант. Нужно заливать «спортивную» синтетику…»;
• «…для моего двигателя масло с большой вязкостью не подходит. Двигатель был разработан ещё тогда, когда и понятия не было о современной синтетике или полусинтетике…»;

Стоит ли говорить, что подобные заблуждения часто приводят к капитальному ремонту двигателя? Длительная эксплуатация двигателя на мотором масле, вязкость которого не соответствует требованиям, приводит к «масляному голоданию», повышенному трению в коренных и шатунных подшипниках, опорах распредвалов и, как следствие, методичному разрушению цилиндро-поршневой группы.

О вязкости моторного масла

Главное назначение любого моторного масла – снижение коэффициента трения в деталях двигателя и обеспечение теплообмена. Температура двигателя, которую автовладелец наблюдает на приборном щитке – это лишь температура тосола или антифриза, температура моторного масла может колебаться в диапазоне 130-140° С в зависимости от частоты оборотов ДВС и скорости движения. Именно поэтому для каждого отдельно взятого типа двигателя производитель определяет допустимые группы масел, рекомендуемые к применению.

Параметры и характеристики моторного масла должны обеспечивать максимальный КПД ДВС, снижать коэффициент трения, способствовать эффективной теплопередаче элементов двигателя в окружающую среду. Именно вязкость является ключевым параметром, определяющим качество и стабильность работы пар трения мотора.

Говоря простым языком, «вязкость» - это способность моторного масла удерживаться на поверхности элементов ДВС, одновременно сохраняя текучесть и подвижность.

На сегодняшний день производители и продавцы моторных масел пользуются классификацией SAE, разработанной Американской ассоциацией автомобильных инженеров. Она описывает вязкость того или иного моторного масла в зависимости от рабочей температуры двигателя. По сути, она выражает температурный диапазон, в котором работа двигателя считается безопасной при применении конкретного вида моторного масла.

Согласно классификации SAE, моторные масла можно разделить на три категории: зимние, летние и всесезонные. Зимние масла имеют маркировку с буквой "W" (winter) и обозначаются числами 0W, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W. Летние масла имеют маркировку со значениями 20, 30, 40, 50 и 60. Всесезонные масла имеют комбинированную маркировку, например 0W-30, 5W-40 и т.д.

Таблица значений вязкости моторного масла по классификации SAE

Что обозначают буквы и цифры на этикетке канистры?

На этикетке тары с моторным маслом всегда можно увидеть обозначение: 5W-30, 10W-40, 15W-30 и т.д. Оно указывается после аббревиатуры SAE. Это колировка вязкости моторного масла. К примеру, 5W обозначает, что холодный запуск двигателя допускается при температуре не ниже -35° С. Т.е. от цифры «5» перед буквой «W» отнимается 40. Этот показатель указывает минимальную, предельно допустимую температуру для данного масла, при которой масляный насос ДВС может выполнить его беспрепятственную прокачку по системе. На работу прогретого ДВС данный параметр не влияет.

Если отнять от цифры «5» в обозначении число 35, то получится минимально допустимая температура «проворачиваемости» коленчатого вала. Т.е. с понижением температуры мотора вязкость масла становится выше, коленчатому валу необходимо большее усилие, чтобы провернуть его в коренных подшипникам, а стартеру необходима бОльшая мощность, чтобы обеспечить нормальный процесс запуска ДВС.

Вот и вся тайна первого числа в обозначении.

Намного больше информации даёт вторая цифра на этикетке, указанное после буквы W. Оно выражает высокотемпературную вязкость, которая для группы 5W-30 эквивалентна 30. Это комбинированный показатель, отражающий минимальную и максимальную вязкость при температуре ДВС до 150° C. Чем выше число, тем лучше сохраняет моторное масло свою вязкость по мере нагрева.

Масло какой вязкости выбрать для ДВС?

Считается, что чем выше вязкость при высокой температуре, тем лучше. Отчасти это так. Ведь вязкое масло создаёт большее давление в главной масляной магистрали, чем «жидкое». Следовательно, и качество смазки деталей двигателя лучше. Но это не значит, что залив в свой двигатель «спортивное» масло с повышенной вязкостью, его можно эксплуатировать на предельных оборотах. Так недалеко и до капитального ремонта.

Рекомендации по применению конкретной группы моторного масла указаны в сервисной книжке и руководстве по эксплуатации автомобиля. Их необходимо строго соблюдать. Инженеры при разработке моторов учитывают все возможные режимы его работы, поэтому обозначение допустимого к эксплуатации масла берётся не с потолка.

Если открыть третий номер журнала «За рулём» за 2008 год, можно прочитать об интересном эксперименте Александра Шабанова и Михаила Колодочкина. Они залили в двигатель ВАЗ 2108 масло с вязкостью 50 единиц и выявили существеннее падение мощности ДВС. Это при то, что рекомендуемая вязкость для двигателя «восьмёрки» составляла на тот момент 40 единиц. И не важно, что это были «Жигули». На любой иномарке эффект будет точно таким же.

Что хуже для двигателя: повышенная или пониженная вязкость?

Что выбрать: 5W-30 или 0W-30?

Ещё раз подчеркнём: параметр вязкости должен строго соответствовать рекомендациям производителя авто. И это не зависит от пробега, стиля езды, степени изношенности мотора. Мнения «гаражных экспертов» и продвинутых «сервисменов» - это не более, чем их личные мнения.

Несмотря на рекомендации, которые можно услышать на СТО, необходимо требовать заливку только того сорта масла, которое указано в РЭ или сервисной книжке. Обязательно проверьте, соответствует ли предлагаемое для замены масло требованиям параметров вязкости.

Углубимся в вопрос вязкости дальше и проведём небольшой логический опыт.

Роль величины зазоров в паре трения

Как думаете, одинаковы ли наружный диаметр поршня и внутренний диаметр цилиндровой втулки? Естественно, нет. Диаметр поршня всегда меньше. Если бы они были одинаковы, то трение и высокий нагрев разрушили бы цилиндр и ГБЦ уже через несколько минут после запуска мотора.

Разница в диаметрах между поршнем и цилиндровой втулкой, коренным подшипником и шейкой коленчатого вала, подшипником распредвала и его шейкой называется «зазором». Величина зазора напрямую влияет на мощность и КПД двигателя. Чем он выше, тем выше потеря крутящего момента, т.н. «толкательной силы», образующейся в результате сгорания топлива в цилиндре.

Пары трения не могут работать без зазора. Он необходим и для смазки места контакта, и для отвода тепла. Величина масляных зазоров в парах терния на современных высокооборотистых моторах  составляет сотые доли миллиметра. Самый важный этап при создании мотора – точно выдержать величину зазора. Она должна соответствовать толщине плёнки конкретного сорта моторного масла. Только так можно обеспечить максимальный КПД двигателя и крутящий момент коленвала.

Это самый сложный этап проектирования ДВС. Параметр вязкости напрямую зависит от степени нагрева моторного масла. Чем выше температура ДВС, тем ниже вязкость, тем ниже давление в главной магистрали. К примеру, при температуре двигателя 100° С фактическая вязкость масла 5W-40 падает до 14-16 мм²/с, т.е. больше, чем в 6 раз от первоначального значения. Толщина масляной плёнки меняется обратно пропорционально росту температуры двигателя.

Зависимость прогрева ДВС и вязкости

При запуске холодного мотора вязкость масла максимальна, как и толщина масляной плёнки. Она значительно превышает величину масляного зазора, поэтому сила трения в момент запуска ДВС максимальна. Ввиду этой особенности конструкторы рассчитывают величину масляного зазора с учётом  рабочих температур двигателя. Обычно, это 100-150° С. В момент запуска двигатель работает с максимальной нагрузкой, это самый тяжёлый режим. А объясняется это именно преодоление сопротивления силам трения.

Двигатель, работающий на масле с высокой вязкостью, прогревается быстрее. И наоборот. Именно поэтому не рекомендуется начинать движение, пока двигатель не прогреется хотя бы до 60° С. Считается, что каждый запуск мотора в сильный мороз соответствует 400-500 км пробега, т.е. отнимает моторесурс.

Нагрев ДВС до рабочих температур

При увеличении нагрузки на двигатель или повышении оборотов силы трения в деталях ДВС возрастают, растёт и температура моторного масла. Его вязкость постепенно падает, а толщина масляной плёнки на парах трения уменьшается.Чтобы стабилизировать этот процесс, при температуре 90-100° подключается система охлаждения: вентилятор начинает обдувать радиатор, снижая температуру ОЖ. Охлаждающая жидкость отводит тепло от блока цилиндров, картера, элементов ГРМ. Моторное масло постепенно охлаждается, вязкость восстанавливается. Учитывая, что плотность масла выше, чем ОЖ, его температура будет на 15-20° выше. Это нормальная разница.

Эффективное КПД двигателя зависит не от заявленного производителем значения вязкости. Решающее значение имеет именно динамическое изменение параметра по мере нагрева двигателя.  

Интересный вопрос: зависит ли величина масляного зазора от мощности и объёма двигателя? Ответ – да, и очень существенно. Особенно, если речь идёт о высокооборотистых двигателях.

Что происходит, когда вязкость превышает установленную?

Простой пример: двигатель разогрелся до рабочей температуры, но вязкость моторного масла остаётся выше, чем должна быть по характеристикам. На режиме холостого хода ничего страшного не произойдёт, лишь незначительно увеличится часовой расход топлива. Рабочая температура также будет несколько выше, т.к. ДВС вынужден преодолевать дополнительные усилия из-за сопротивления в узлах трения.

А вот при разгоне и движении двигатель станет перегреваться, т.к. вязкость не будет соответствовать текущей температуре. Мотор постоянно будет работать с повышенной нагрузкой, пытаясь преодолеть сопротивление «толстой масляной плёнки» в парах трения. В определённый момент времени может попросту случиться перегрев блока цилиндров со всеми вытекающими последствиями. Результат: температурная деформация клапанов, разрушение юбки поршня, «кулак дружбы».

Низкая вязкость масла – это потенциальный «клин»?

Низкая вязкость так же опасна, как и высокая.

Тенденция современных производителей – создание т.н. «энергосберегающих» масел. Они обладают низкой вязкостью в высоком температурном диапазоне. Речь идёт именно о высоких температурах и показателе скорости сдвига – HTTS. Поэтому индекс вязкости по классификации SAE у этих масел такой же, как и у обычных. Энергосберегающие масла различаются, в основном, допусками и классами качества.

Для низковязких масел классов качества АСЕА А1/В1 и АСЕА А5/В5 создают специальные моторы. В двигатель, который не рассчитан на работу с маслом низкой вязкости, такой «продукт» заливать нельзя. При высоких температурах масляная плёнка становится крайне тонкой, из-за чего существенно возрастает сила трения в деталях и механизмах. Растёт и расход масла на угар. При определённых условиях коленчатый вал может попросту заклинить в коренных опорах.

Работа двигателя на масле с заниженными показателями вязкости гораздо опаснее. Строго следуйте рекомендациям производителя и заливайте в мотор только то масло, которое указано в РЭ. Нельзя применять масла классов АСЕА А1/В1 и АСЕА А5/В5, если они не значатся в допускаемых в технической документации на автомобиль.