Трение сопровождает работу любого двигателя внутреннего сгорания. Но трение – это в первую очередь износ соприкасающихся деталей. В современных автомобильных моторах постоянно действуют до 100 пар трения, а на преодоление возникающих сил требуется до 7% мощности. Для улучшения скольжения используются различные смазочные материалы: твердые, такие как графит, пластичные, также называемые смазками, и жидкие, именуемые именно маслами. Под маслом следует понимать целый комплекс компонентов, состоящий из основы, которая определяет диапазон рабочих температур и вязкость, и набора присадок, улучшающих те или иные свойства. Масла делятся на индустриальные, компрессорные, трансмиссионные, моторные и многие другие, а мы рассмотрим именно два вида, используемые в автомобильных деталях и механизмах.
Моторные масла работают в сложнейших условиях, это связано с резкими перепадами температур, механическими нагрузками, контактами с продуктами сгорания топлива и кислородом. А вот пластичные смазки и трансмиссионные масла служат гораздо дольше именно благодаря более «спокойным» условиям работы: постоянным температуре, давлению и нагрузкам. До сих пор основой большинства моторных масел являются минеральные компоненты, в то время как из-за своей дороговизны синтетические компоненты не могут получить значительную долю рынка.
Теперь остановимся подробнее на основных функциях смазочных материалов. Для этого вернемся к трению. Работа сил трения сопровождается выделением теплоты, которую необходимо отводить от деталей. И одна из функций моторного масла – снижение температуры соприкасающихся деталей. Повышенная температура отрицательно сказывается не только на мощности и производительности двигателя, но и на его ресурсе. Наличие избыточных сил трения, износ поверхностей деталей и их повышенная температура отрицательно влияют на расход масла и его испарение с рабочих поверхностей цилиндров. При неправильном выборе моторного масла оно не выполняет своих функций, поэтому трение возрастает, увеличивается возможность перегрева, количество отложений на деталях, значит, к выбору смазывающей жидкости нужно подойти очень серьезно. Другими важными задачами моторного масла являются герметизация цилиндропоршневой группы и удаление продуктов износа, частиц окисленного масла и остатков несгоревшего топлива из двигателя.
Нередко автолюбители, часто меняющие масло, винят именно его во многих проблемах: повышенный расход топлива, большое количество нагара, частая замена свеч и фильтров. Но не стоит забывать и о других важных факторах, связанных с работой мотора, например, о сорте применяемого топлива и конструкции самого двигателя. Наиболее важными особенностями двигателя считаются температурное состояние деталей цилиндропоршневой группы, количество и состав продуктов сгорания, а также время контакта этих продуктов и деталей с моторным маслом. Во всем разнообразии конструкций ДВС можно установить следующую закономерность: чем двигатель мощнее, то есть форсированнее, его температурная напряженность выше, тем масло стареет быстрее, а количество отложений на деталях больше.
У соприкасающихся поверхностей различают два вида смазки – жидкостное, которое также называют гидродинамическим, и полужидкостное, такой режим именуют граничным смазыванием. В первом случае детали фактически не соприкасаются, между ними образуется тончайшая масляная пленка (пример – подшипники коленчатого вала), а во втором случае наряду с пленкой присутствует и прямой контакт механизмов (например, поршневые кольца при подходе к верхней мертвой точке работают фактически без смазки). Конечно, при граничном смазывании износ деталей заметно увеличивается, но все же при этом потери мощности в 2-10 раз меньше, чем вообще без смазки.
Перейдем к главному свойству моторных масел – вязкости. Вязкостью называют свойство жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению ее слоев под действием внешних сил. Различают кинематическую и динамическую величины, они зависят от температуры, при понижении которой увеличиваются. Так при понижении температуры от 100º до 0º С вязкость различных масел увеличивается в 30-300 раз и даже более, а при определенной температуре масло вообще теряет подвижность. Для моторных масел температура застывания, как правило, составляет: для летних – минус 10-15º C, для зимних – минус 25-30º С, для загущенных (всесезонных) – минус 35-45º С, для северных (синтетических) – минус 50-55º С. Вязкостно-температурные свойства являются основными при выборе моторного масла для конкретного типа двигателя и условии его эксплуатации. Нужно, чтобы при самых высоких рабочих температурах в двигателе вязкость была достаточной для надежной смазки и минимального износа деталей, эффективного уплотнения сопряжений и небольшого расхода масла на угар. При отрицательных температурах вязкость должна обеспечивать эффективный пуск двигателя, своевременную подачу масла к парам трения.
В последнее время популярными стали всесезонные масла. Для их получения в основу, полученную при перегонке нефти, добавляют загущающие полимерные присадки. При работе на загущенных маслах достигается экономия топлива, которая доходит до 5 % при длительных пробегах и до 15 % при коротких пробегах в зимнее время (с частыми пусками). Уменьшение времени пуска холодного двигателя на загущенных маслах и их быстрое поступление к трущимся поверхностям, то есть хорошая прокачиваемость, обеспечивают снижение пускового износа. Загущенные масла при рабочих температурах двигателей сохраняют более высокую вязкость, чем обычные зимние незагущенные масла, поэтому они могут применяться всесезонно и имеют повышенный срок службы до замены.
Раз заговорили о замене масла, обратимся к этой процедуре, от которой зависит жизнеспособность двигателя. Даже если пользоваться «всесезонкой», замена один раз в год обязательна, а при каждой замене масла следует менять масляный фильтр. Масляный фильтр представляет собой сетку, задерживающую твердые частицы грязи и металла, которые собираются моторным маслом при циркуляции. Когда фильтр забит, обходной клапан позволяет этим частицам продолжать «путешествовать» с маслом по двигателю, нанося урон деталям и создавая отложения. Процесс накопления отложений неизбежен, но моторное масло может помочь его задержать. Все отложения в двигателе условно разделяют на три группы: высокотемпературные – нагары, среднетемпературные – лаки и низкотемпературные, то есть шламы и осадки. Лаки образуются на деталях цилиндропоршневой группы – поршнях, кольцах, стенках цилиндров. Количество их зависит от возраста автомобиля, состояния двигателя, применяемого масла и периодичности его замены.
Наиболее опасным считается образование лаков: они способствуют перегреву поршня двигателя и накоплению нагара, скрепляя его с металлической поверхностью. В лаках собираются ускоряющие износ частицы нагара, пыли и металла. Накопление таких частиц в канавках поршневых колец приводит к потере кольцом подвижности и, в результате, к прорыву отработавших газов и продуктов сгорания, содержащих пары спирта, органические кислоты и другие продукты его разложения, из камеры сгорания в картерное масло. Все это приводит к ухудшению его качества, увеличению износа всех трущихся поверхностей и, в конце концов, к снижению мощности двигателя. В нормально работающем двигателе поршневые кольца свободно перемещаются в своих канавках. При заполнении канавок лаковыми отложениями кольца заклиниваются («пригорают»). Это приводит к повышению расхода масла, прорыву больших количеств газов из камеры сгорания в картер, падению мощности двигателя; ломаются кольца, и может произойти заклинивание поршня в цилиндре. Пригоревшие кольца приходится преждевременно заменять. Лаковые отложения обладают плохой теплопроводностью, поэтому отвод тепла от поршня, покрытого лаком, ухудшается, поршень перегревается, и нормальная работа двигателя может быть нарушена. Количество лаковых отложений возрастает при увеличении времени работы двигателя и повышении температуры его деталей.
Интенсивность образования лака зависит как от конструкционных особенностей и условий работы двигателя, так и от качества топлива и масла. Масло должно поддерживать смолистые вещества «на весу» и препятствовать отложению лаковых пленок на металлических поверхностях. Для придания маслу этих свойств в моторное масло добавляют специальное вещество – присадку. При удачном выборе присадки даже после длительной работы двигателя его детали остаются совершенно чистыми. Масло, содержащее такую присадку, не смывает лак с деталей, а предупреждает образование на них лака.
Глядя на масляный щуп, зачастую обращают внимание лишь на уровень смазывающей жидкости. Кстати, его нужно проверять только на двигателе, остановленном задолго до этого, – чтобы увидеть реальный уровень масла, нужно, чтобы оно успело стечь в картер. О цвете смазывающей жидкости задумываются редко. На самом деле уже новое масло может быть как темным, так и светлым, это зависит от наличия или отсутствия определенных присадок. Но, запомнив, каким цветом обладает «свежее» масло, можно определить время ближайшей замены. Постоянно образующиеся продукты химического окисления и механического износа частично оседают на дне картера, а частично вместе с маслом циркулируют по системе. Если масло со временем темнеет, это в первую очередь говорит не о неполадках в двигателе, а именно о качестве смазки – наличие примесей «на весу» подтверждает, что масло не поддельное.
Наконец, другой необходимый в автотранспорте вид масел – трансмиссионное. Трансмиссионные масла, так же как и моторные, представляют собой базовые масла, дополненные различными функциональными присадками. В агрегатах трансмиссий смазочное масло является неотъемлемым элементом конструкции. Способность масла выполнять и длительно сохранять функции конструкционного материала определяется его эксплуатационными свойствами. Общие требования к трансмиссионным маслам определяются конструкционными особенностями, назначением и условиями эксплуатации агрегата трансмиссии (например, коробки передач, раздаточной коробки или ведущего моста).
Вот основные аспекты работы моторного и трансмиссионного масел. Самое главное – почаще следить за уровнем масла и его цветом, иначе двигатель выйдет из строя, каким бы совершенным он ни был. Не стоит забывать, что автомобиль даже при наличии новейшей электроники и всевозможных систем безопасности продолжает оставаться «железным конем», требующим ухода, чистки и защиты.