Расход масла: сковородка в цилиндре
Не так давно один знакомый полуолигарх жаловался на непомерный масляный аппетит новой игрушки. Дескать, купил «Кайен Битурбо», а он жрет по два литра хорошей дорогой синтетики на тысячу километров…
Жаба, кажется, победила: полуолигарх продал свой «поршик». Но вопрос остался: куда и почему уходит масло? И как выбрать такое, которое расходуется не столь рьяно?
Основной причиной ухода масла является его угар (подробности – в колонке справа). На него влияют конструкция и состояние двигателя, режим эксплуатации, температура воздуха за бортом. И, конечно же, свойства самого масла.
Ни один параметр напрямую не подсказывает, насколько быстро оно будет угорать. Но косвенно об этом свидетельствуют две величины: испаряемость масла и температура вспышки. Если первый параметр практически нигде не фигурирует и разузнать его сложно, то температура вспышки указывается во всех спецификациях. При этой температуре происходит воспламенение паров с поверхности масляной пленки при воздействии открытого огня (в нашем случае – пламени от сгорания топлива). Зависит она от состава масла: чем больше в нем легких фракций, тем ниже температура вспышки.
Для испытаний мы взяли семь масел разных типов, но одной группы вязкости, соответствующей «сороковым» по классификации SAE. Минеральное масло «ЛУКОЙЛ-Стандарт» 10W-40 имеет паспортную температуру вспышки 217 °C. Оно пойдет как базовое: с ним будем сравнивать другие. Три полусинтетики из группы 5W-40 – гидрокрекинговое масло ZIC A+ с температурой вспышки 235 °C, Castrol Magnatec (232 °C) и RAVENOL (224 °C). Синтетику с максимальным значением температуры вспышки представляли наш «ТОТЕК-Астра Робот» на базе полиальфаолефинов (ПАО), относимый производителем к категории Full Synthetic (246 °C), и эстеровый Xenum X1 c рекордными 247 °C. Ну а чтобы выяснить, правы ли те, кто считает, что синтетики угорают меньше других масел, взяли еще одно масло – Neste Oil, также позиционируемое как полная синтетика, но со сравнительно невысокой температурой вспышки – 228 °C. Показатели вязкости у всех масел близкие, а вот основы абсолютно разные: минералки, простые и продвинутые гидрокрекинговые полусинтетики, хорошие синтетики на базе ПАО и даже самые продвинутые синтетические масла на эстеровой основе.
Строго отмеренные 3 л масла заливаем в стендовый мотор, после чего – 30-часовой «заезд» на условной скорости 120 км/ч. Движок простенький, ВАЗ-21083: для такого почти 4000 км пробега на постоянной скорости – серьезное испытание. После «заезда» масло до капли сливаем по строго определенному ритуалу. Остается сравнить остатки.
Известно, что продукты сгорания масла влияют на токсичность отработавших газов, – но вот сильно ли? Чтобы определить это, по ходу испытаний в фиксированном режиме работы мы замеряем содержание остаточных углеводородов в выхлопе. Поскольку топливо одно и то же, все различия, выходящие за предел погрешности измерения, можно отнести на так называемые нетопливные СН, порождаемые испарением и сгоранием масла в цилиндрах.
Итог подтверждает наши предположения: меньше угорает масло с более высокой температурой вспышки. Так, «ТОТЕК-Астра Робот» показал один из лучших результатов; в пределах погрешности измерений рядом с ним оказался и бельгийский XENUM X1. И действительно, температура вспышки у них лежит за 245 °C. Среди всех полусинтетик лучший результат по угару показал корейский ZIC A+ с заявленными 235 °C. А худший результат – у обычной минералки с ее 217 °C. Данные замеров СН также косвенно подтверждают эти результаты.
Можно возразить: мол, и так было ясно, что синтетика лучше всех прочих масел! А вот и нет: сравните результаты полусинтетического ZIC A+ и полной синтетики Neste Oil – у корейского товара они пусть ненамного, но лучше. Оно и понятно, мотор наклеек на канистрах не читает, ему важны свойства углеводородной жидкости, залитой в поддон.
Так на что же смотреть, когда выбираешь масло в расчете на его минимальный расход? Вопрос особенно актуален для побитых жизнью моторов, которым одной заправки масла от смены до смены уже не хватает. Задают его и любители быстро и далеко ездить, равно как и владельцы мощных моторов с наддувом. Легче всего ориентироваться по температуре вспышки, благо на сайтах она приводится для всех масел. Чем выше, тем лучше. Как показали наши испытания, цифра выше 230 °C обещает сравнительно малый расход на угар. А уж если она лезет за 240 °C, то совсем хорошо. Правда, за все время работы с маслами в группе «сороковок» такими величинами могли похвастаться только две марки: XENUM X1 и «ТОТЕК-Астра Робот».
Следует помнить, что температура вспышки различна для масел разных групп вязкости. Вязкость, конечно же, первична, поэтому сначала подберем требуемое масло по SAE, а уж потом, в пределах выбранной группы, будем уточнять свой выбор, выискивая наибольшую температуру вспышки.
ПОЧЕМУ И КАК УГОРАЕТ МАСЛО
Бытует мнение: все масло, попавшее в цилиндр, неизбежно и безвозвратно сгорает. Так ли это? Нет!
Масло находится в цилиндрах в виде пленки, оставляемой первым поршневым кольцом. Средняя ее толщина – 10–20 микрон, в зависимости от режима работы, изношенности двигателя, вязкости масла и кучи других параметров. Если взять типичный полуторалитровый мотор, то легко подсчитать, что при толщине масляной пленки в 10 мкм за один цикл в цилиндры попадает примерно кубик масла. Прикинем: если бы оно всё выгорало, то при 3000 об/мин за минуту в трубу вылетало бы… 1,5 л масла! Значит, за каждый цикл сгорает не вся масляная пленка, а только малая ее часть.
Вспомните, как ведет себя масло на сковороде, когда ее греете. Сначала оно растекается по горячей поверхности, потом, по мере нагрева, начинает кипеть и вонять. А если плеснуть холодное масло сразу на раскаленную сковородку, рискуете брызгами лицо обжечь. Теперь о том же, но научно. Когда масло прогрето ниже температуры кипения, оно испаряется медленно с нагретой поверхности в атмосферу. Когда закипает – испарение резко усиливается. А уж при очень высоких температурах микровзрывы отбрасывают капли масла от сковородки.
В цилиндре двигателя все аналогично. По нашим оценкам, преобладать должен первый режим испарения масла, когда до его объемного кипения дело не доходит. Казалось бы, при огромных температурах сгорания топлива в цилиндрах масло должно как минимум шкворчать! Но в том-то и дело, что лежит оно тонкой пленкой на сравнительно холодной поверхности цилиндра, охлаждаемого антифризом, и поэтому прогревается не так сильно. Лишь когда педаль топят в пол, поверхностные слои пленки масла начинают кипеть. Оттого при быстрой езде доливать масло приходится чаще.
КУДА УХОДИТ МАСЛО
Если на асфальте под машиной нет капель масла, то есть все сальники целы, – можно утверждать, что масло расходуется в основном на угар. В моторах с турбонаддувом оно тратится также на смазку турбокомпрессоров, поэтому общие потери масла там больше. Далее – протечки масла через маслоотражательные колпачки. Этот расход может стать основным, если они полностью изношены или совсем высохли. Кое-что уходит в виде паров масла через систему вентиляции картера.
Кстати, кроме того, что с маслом улетают денежки, его большой расход чреват и другими проблемами. Это повышенный темп загрязнения внутренних поверхностей двигателя, – ведь горит масло плохо и грязно. Это снижение ресурса нейтрализаторов, которые не в состоянии переварить продукты неполного сгорания тяжелых углеводородов масла. Это рост токсичности отработавших газов: недаром сейчас «це-аш» в них разделяют на топливные и нетопливные, то есть масляные.
ОБ ИСПАРЯЕМОСТИ МАСЛА
Скорость испарения масла должна зависеть от температуры начала его кипения, фракционного состава и толщины масляной пленки, формируемой первым поршневым кольцом на стенке цилиндра, которая, в свою очередь, зависит от высокотемпературной вязкости масла. Все это хорошо, но описания масел таких параметров обычно не содержат. Есть, правда, так называемая испаряемость масла по NOACK – чем она ниже, тем меньше склонность масел к угару. Принцип определения этого параметра прост: масло греют один час при температуре 250 °C, после чего оценивают потерю массы. Минералки при этой пытке теряют до 22–25%, хорошие современные синтетики – менее 8–10%. Чем выше класс базового масла, тем ниже потери масла на испаряемость. К сожалению, большинство фирм не указывает этот параметр в описаниях своих масел.
В реальном двигателе все гораздо сложнее. Там при резко переменных температурах и давлениях испаряется тонкая пленка масла, чего ни одной модельной установкой не измеришь. Отсюда и возможные ошибки: из метода следует, что испаряемость более вязких масел ниже, а на практике с ростом вязкости масла растет его расход. Причина простая: толщина слоя масла на стенках цилиндра, а значит, и его пропуск в зону прогрева и испарения с ростом вязкости резко увеличиваются.
ЧЕМ ВЫШЕ ЗАЯВЛЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ, ТЕМ МЕНЬШЕ УГАР.
Содержание остаточных углеводородов совпадает с величинами угара масла с точностью до погрешности измерения: