Экспертиза моторных масел: губительный застой
Масло предписано менять согласно циферкам на одометре – через десять, пятнадцать, эн тысяч километров. Как ему живется в моторе, мы выясняли неоднократно (ЗР, 2012, № 10; 2012, № 12). Машина едет, километры наматываются, мотор работает – масло стареет. Но это в идеале…
А на деле? Возьмем современную городскую езду (а порой и трассу типа Москва – Питер) – значительную, если не бóльшую, часть времени мы не едем, а торчим в пробках. Километраж смешной, а вот моточасы вполне серьезные. За сезон такой езды набегает всего две-три тысячи километров, хотя суммарное время пребывания за рулем исчисляется сотнями часов. Но ведь вместе с мотором все это время работает и масло! Как же скорректировать интервал его замены при гламурно-столичном режиме эксплуатации?
СТАРЫЕ ПЕСНИ НА НОВЫЙ ЛАД
Разобраться поможет долгий и трудоемкий эксперимент. На стенде повторим программу наших длительных ресурсных испытаний моторных масел, но крутить мотор будем на минимальных оборотах холостого хода (800 об/мин) и с нулевой нагрузкой. Назовем этот цикл словом «пробки», в отличие от прежнего – «трасса». Кроме того, уберем обдув двигателя на стенде, имитирующий охлаждение набегающим потоком воздуха. Теперь всё как в пробке: оборотов – минимум, нагрузки – ноль, масло греется в поддоне.
Остается через заданные интервалы времени отбирать пробы масла, замерять его основные физико-химические параметры и анализировать динамику их изменения. Через 120 моточасов разберем мотор и посмотрим, что с ним сделали наши истязания. А заодно проверим досужие мнения о вреде-пользе работы мотора без нагрузки. Почему именно через 120? Потому, что так предписано методикой ресурсных испытаний: это аналог 10 000 км пробега в режиме «трасса». Тут – то же время, только не едем, а толкаемся в пробках. И было важно оставить те же моменты отбора масла, что были в «километровом» пробеге.
ВСЁ ТЕ ЖЕ ЛИЦА…
Из предыдущего опыта хорошо известно, что все масла – очень разные, каждое по-своему ведет себя в процессе длительных испытаний. Поэтому возьмем восемь синтетик класса 5W-40, большинство которых каталось «от Лиссабона до Владивостока» («Элита в цилиндрах», ЗР, 2012, № 12). Почти для всех цикл «трасса» уже накатан и исследован. Итак, на старт выходят масла Shell Helix, Esso Ultron, ZIC XQ, BP Visco, Mobil 1, Elf Excellium, Total Quartz, а также французский Motul 8100 X-cess.
ЧТО КОНТРОЛИРУЕМ?
О здоровье пациента будем судить по изменению базовых физико-химических параметров. Это динамика изменения вязкости масла при разных температурах, щелочного и кислотного чисел, а также температуры вспышки. Шкала двухуровневая, типа «жив – мертв». К примеру, мертвым считаем то масло, вязкость которого выходит за пределы, предписанные классом SAE. В нашем случае допустимый диапазон вязкости берем 12,5…16,3 сСт. Падение щелочного числа более чем в два раза от исходной величины – это общепринятый браковочный параметр, его также примем условным критерием смерти масла. Другой критерий (по нему мы еще ни одно масло не отбраковали) – так называемое выпадение пакета присадок, говорящее о полной непригодности масла. Оно характеризуется резким (минимум тройным) снижением концентрации в масле активных элементов – цинка, бария, фосфора – по отношению к исходному количеству.
Как обычно, проверим уровень отложений, которые дает масло в процессе работы. Для этого оценим их количество и цвет на боковых поверхностях поршней (так называемый аналог метода ПЗВ). Совсем белый поршень – ноль баллов, весь черный – шесть баллов. Промежуточные градации имеют в этом интервале свои баллы. Все это относится к так называемым высокотемпературным отложениям. А низкотемпературные оценим количественно, взвесив до и после испытаний главные грязесборники – приемный грибок масляного насоса, а также сетку маслоотделителя из клапанной крышки. Увеличение массы деталей покажет «степень неаккуратности» работы масла.
Оценить изменения защитных функций масла при работе в циклах «трасса» и «пробки» помогут параметры изношенности двигателя после цикла испытаний. Их можно определить по содержанию основных продуктов износа в масле (для нас индикатором было наличие в нем железа), проводя точное взвешивание поршневых колец и вкладышей подшипников коленчатого вала до и после испытаний.
НЕОЖИДАННОСТИ
Испытания длились почти полгода. Поверьте, нам есть что предъявить: сводные таблицы получились настолько огромными, что больше подошли бы для диссертации, нежели для журнальной статьи. Потому результаты разнесли по каждому образцу в отдельности. Но сравнивать масла и раздавать места не станем – не в этом цель испытаний. А вот некоторые общие выводы бросаются в глаза сразу.
Итак, явление первое. Вязкость всех масел при длительной работе в режиме холостого хода до определенного момента существенно меньше, чем при «трассовом заезде». Почему? Мы полагаем, что при работе мотора вхолостую (а это не такой стабильный режим, как при рабочих, более высоких оборотах) увеличивается пропуск отработавших газов в картер, а вместе с ними – несгоревшего топлива, смешивающегося с маслом. Подтверждением служит то, что одновременно падает температура вспышки, а это один из главных признаков присутствия топлива в масле.
Падение вязкости составляет 0,4…0,6 сСт. Много это или мало? Для основной массы масел это не означает перехода нижней границы вязкости класса и составляет около 5…6% среднего уровня. А вот с «двадцатками» процент будет значительнее. Впрочем, эти предположения попробуем проверить в ходе следующих экспертиз.
Дальше – интереснее. Начиная с определенного времени работы в режиме холостого хода (70…100 моточасов) вязкость начинает резко возрастать, опережая показатель цикла «трасса», – масло стареет на глазах. Почему? Скорее всего, вследствие длительного контакта с продуктами неполного сгорания, имеющими определенную кислотность. Вот вам результат езды по пробкам! На холостом ходу сказываются плохая вентиляция камеры сгорания из-за прикрытой дроссельной заслонки, малая турбулизация топливовоздушной смеси из-за относительно медленного движения поршня. Отсюда – никудышная скорость сгорания. Зато пропуск газов в картер, как уже говорили выше, максимален.
Эта динамика неодинакова для разных масел. Менее выражена она для ZIC XQ, Shell Helix, Motul X-cess и значительно более заметна у Esso Ultron и BP Visco. Смотрим результаты предыдущего теста – и на «трассе» картина изменения вязкости для тех же масел была похожей.
Кстати, как нам кажется, ситуация усугубляется повышенными температурами масла в поддоне в режиме холостого хода. О вреде объемного перегрева мы тоже писали раньше (ЗР, 2013 № 3), а здесь видим новые подтверждения этой гипотезы. До полной полимеризации мы не дошли ни в одном опыте, однако для некоторых масел динамика роста вязкости была довольно неприятной.
Чаще проверяйте состояние масла!
ГРЯЗНО? ЧИСТО!
Одна из известных страшилок о режиме холостого хода – зарастание мотора грязью. Так ли это? Вскрытие показало – да, но лишь отчасти. Хотя камера сгорания была черной-пречерной от топливных отложений, на боковых поверхностях поршней мы особой грязи не нашли. Уровень высокотемпературных отложений после цикла «пробки» был существенно ниже, чем после «трассы».
Поразмыслив, поняли – всё правильно. Ведь отложения потому и названы высокотемпературными, что образуются на поверхностях горячих деталей. А на холостом ходу температура поршня невысока – вот и загрязнения оказались сравнительно небольшими. Прослеживается корреляция с результатами предыдущего теста. Меньше всего отложений наблюдалось у Mobil 1, Shell Helix, Motul X-сess и ZIC XQ. Порадовало и BP Visco: если в цикле «трасса» отложений было больше, чем у других масел, то в «пробках» их уровень упал в два раза.
А вот для низкотемпературных отложений картина обратная. Их количество в «пробках» куда выше, чем в цикле «трасса»: не нравится мотору холостой ход.
ВРЕДНА ЛИ ХОЛОСТАЯ ЖИЗНЬ?
Казалось бы, в режиме холостого хода износа быть не должно. Нагрузки (и газовые, и инерционные) низкие, служить бы мотору вечно. Как бы не так! Почти у всех масел, кроме Total Quartz, содержание продуктов износа после цикла «пробки» выросло по сравнению с «трассой» – у одних в меньшей степени, у других в большей.
Почему? Чтобы износа не было, надо разделить поверхности контактирующих деталей слоем масла. А тут что? Представьте себе спортсмена на водных лыжах. На солидной скорости он лихо скользит по поверхности воды, но, если скорость буксировщика упадет до пешеходной, купание неизбежно. Так и здесь. В режиме «пробки» скорость поршня-«буксировщика» чуть не в три раза ниже, чем на «трассе». Да еще масло греется из-за отсутствия обдува. В таких условиях даже мизерные нагрузки способны просадить хилый масляный слой. Итог – железо оседает в масле. Вместе с алюминием, хромом и прочим – см. таблицу Менделеева.
Чем дольше стоите в пробках, тем быстрее портится масло в моторе.
ТЕСТ НА УГАР: СГОРЕЛО НА РАБОТЕ
Еще один важный и информативный параметр – расход на угар. В цикле «трасса» маслá разделились на две группы: одни показали весьма умеренный расход, других еле-еле хватило на заезд, а одно даже пришлось подливать. В «пробочном» цикле картина несколько изменилась – потери масел Motul X-сess и ZIC XQ остались небольшими, BP Visco показало невысокий угар в обоих циклах, а вот Shell Helix, Elf Excellium, Total Quartz дали резкое улучшение.
О природе угара мы писали ранее (ЗР, 2012, № 7). В данном же случае объяснение кроется в изменении вязкости и температуры вспышки, характеризующей летучесть масла. Смотрим в таблицы и на гистограммы: действительно, угар растет там, где старение более выражено. Запускается цепной механизм: чем меньше масла в поддоне, тем быстрее оно стареет. Чем старее масло, тем оно гуще, а значит, растет толщина слоя, оставляемого кольцами в цилиндре, увеличивается угар.
ТАКОЕ РАЗНОЕ МАСЛО
Внимательно изучив результаты, мы еще раз убедились в необоснованности расхожего мнения – «все масла из одной бочки». Очень даже разные «бочки» получились. Лучшие ресурсные результаты при любых условиях эксплуатации выдали Shell Helix HX-8, ZIC XQ и Motul X-cess. Так и назовем эту группу – «Большой ресурс». Темп старения, вполне достаточный для обоснования заявленного производителем срока замены в 15 000 км, показали «французы» – Elf Excellium и Total Quartz. Чуть уступили им в этой гонке BP Vicso и Mobil 1. Следуя нашей терминологии, их можно назвать среднересурсными. А вот Esso Ultron, поработав в пробках, попросило более ранней замены. Кстати, и на «трассе» оно дожило лишь до «середины Сибири».
Конечно, такая терминология условна и относится к синтетикам. Ведь даже не самый лучший результат, показанный Esso Ultron, явно недостижим для полусинтетик и – тем более – минералок.
Подолгу торчите в заторах – меняйте масло в полтора-два раза чаще.
ТАК КОГДА ЖЕ МЕНЯТЬ
Как же учесть время торчания в пробках при определении межсервисного интервала? Интерполяции и экстраполяции оставим, опять-таки, для чьей-нибудь диссертации. Кстати, тема классная: если на каждом цикле построить графики изменения вязкости и щелочного числа и продлить их до величин браковочных параметров, можно получить конкретный ресурс каждого масла в двух циклах – «пробки» и «трасса». Останется взять статистику эксплуатации конкретного автомобиля и с ее учетом посчитать реальный пробег между сменами. Теоретически – понятно и возможно, но…
Но сейчас мы просто возьмем некое усредненное масло и усредненный цикл. И вывод сделаем очень простой и вполне запоминаемый. Итак,
для сложных условий эксплуатации (езда в пробках к ним вполне относится) сократите межсервисный срок замены масла в полтора-два раза.
Для какого масла в полтора, для какого – в два, можно понять, проанализировав приведенные в таблицах цифры. Но куда полезнее и проще действовать по обстановке, не ленясь почаще поднимать капот. Увидели, что масло стало густеть или быстро угорать, – меняйте его. И помните: чем меньше масла в поддоне, тем быстрее оно стареет. Это закон! А потому старайтесь держать уровень чуть ниже верхней отметки на щупе.
ИТОГИ
ESSO ULTRON 5W-40
Все таблицы открываются в полный размер по клику мышки.
Долгоиграющим это масло не назовешь. Оно в обоих циклах вышло за границы браковочных параметров. Очевидно, самый большой уровень низкотемпературных отложений и износов – следствие этого.