Причини витрати моторної олії.
Не могли залишити без уваги цю статтю. У ній докладно і уважно розглядається, куди йде моторне масло, який допустимий чад. Що мається на увазі під цими термінами. І як виявити, що автомобіль "жере" масло.
Причини падіння рівня масла у двигуні.
Давайте спершу визначимося з термінологією:
- під "витратою" масла ми розуміємо сумарні втрати, що виражаються зниженням рівня в масляному піддоні, що виявляються шляхом вимірювання рівня за допомогою щупа та/або датчиків рівня. Витрата можна виразити кількісно, наприклад, у літрах на 1000 км. "Витрата" не повною мірою відображає якісні та кількісні показники процесів, що відбуваються всередині двигуна і призводять до втрати моторного масла. Суть у тому, що масло може згоряти в циліндрах, витікати через нещільності назовні, але при цьому втрати олії за рівнем можуть бути компенсовані попаданням у теж моторне масло антифризу, води, палива. І якщо так станеться, що обсяг втраченої олії буде дорівнює обсягу забруднень, то й витрати олії як такої не буде! Саме тому деякі фахівці радять для більш точної оцінки,
- під "угаром" ми розумітимемо втрати моторного масла, що потрапило в камеру згоряння через зазор між стінкою циліндра і поршнем/поршневими кільцями. Насправді це дуже тонко настроювана система. Поршневі кільця не знімають олію зі стінок циліндрів, а суворо дозують її. І при ході поршня вниз навіть після верхнього компресійного кільця на стінці залишається олія - частина в канавках хона, частина - у вигляді найтоншої олійної плівки. Якщо ця умова виконуватися не буде - то при наступному ході поршня вгору перше компресійне кільце контактуватиме з циліндром за принципом "сухого" тертя, тобто ми матимемо справу зі зносом. Ось для цього конструктора так і розраховують зазори в поршневій групі, щоб масло виявлялося на стінках циліндрів вище за поршень, в камері згоряння. Ну а раз масло знаходиться в зоні горіння суміші, згоряє і воно - не все, частково, але згоряє і разом із продуктами горіння палива вилітає у трубу (вихлопну). Ось це і є "чад";
- Масло в камері згоряння може виявитися і іншим шляхом - через пошкоджені маслознімні ковпачки (напрямні втулки клапанів), через системи вентиляції картера. Цю витрату до чаду віднести не можна, т.к. природа цих втрат зовсім інша. Назвемо їх "внутрішніми втратами моторної олії";
- ще один шлях виходу олії з двигуна - система вентиляції картера. Їй конструктора надають дуже важливого значення. Працюючи двигуна чимала частина газів з циліндрів проникає через зазори в ЦПГ в подпоршневое простір. Мало того, що при цьому зростає тиск у картері, так ще й величезна кількість продуктів горіння та неповного згоряння проникає в картер, де вступає в контакт із моторним маслом. Відвести все це неподобство можна або на вулицю, що втім німцям навіть на думку не спаде, або назад на хід впускного тракту, точніше - в зароссельний простір. Але оскільки до складу картерних газів входять і пари олії (пари - частина легких фракцій, таких небагато, але вони мають місце бути) і крапельна завись (масло в піддоні постійно "збовтується" противагами колінчастого валу). Крапельна завіса, що при цьому утворюється, і забезпечує мастило стінок циліндрів). Ось це суміш із пари і крапель олії потрапляє в систему вентиляції картера, звідки потрапляє в циліндри;
- Залишається четверта стаття - течі. Сюди віднесемо негерметичність прокладок і ущільнень, як самого двигуна, так властивих, наприклад, двигунам AMG систем охолодження моторного масла зі своїми шлангами, радіаторами. До цієї ж категорії втрат віднесемо і негерметичність ущільнень валів турбокомпресорів, що нині настільки улюблені творцями нових моделей Mercedes Benz.
Отже, 12-циліндровий М275 об'ємом 5,5 літрів, V8 мотор М156 об'ємом 6,2 літра та 4-циліндровий М266 об'ємом 2 літри і менше повинні мати витрату олії у вигляді чаду та внутрішніх втрат не більше 0,8 літра на 1000 км. Тут є якась несправедливість?! Чи завод заздалегідь виписує собі індульгенцію на випадок виникнення проблем із клієнтами? Добре, 800 мілілітрів на 1000 км для 12-горщикового М275 у версії "65AMG" ще куди не йшло – все-таки без копійок 6 літрів робочого об'єму, дві турбіни, 630 к.с. - ну і стиль водіння - а навіщо ще купувати такі авто? Зовсім незрозуміло, коли на "А150" (який у Німеччині на маслі 229.5 має право пройти від ТО до ТО 25000 км) за 25000 км міжсервісного пробігу допустимим є долив 20 літрів олії! І це при заправному обсязі 5 літрів олії? Якась профанація...
І тим не менш, двигун це Жигулів або двигун Мерседеса – витрата олії – річ закономірна, неприємна, але існуюча. Подекуди навіть необхідна.
Що ж, приступимо до розгляду кожної причини витрати моторного масла.
Чад моторного масла в камері згоряння.
Величина, що залежить від величезної кількості факторів.
1) власне конструкція ЦПГ. Спрощено ми можемо розглядати два типи - з чавунними стінками циліндрів (див. малюнок 6.1., мають звичний "хон") або з "алюмінієвими" стінками циліндрів (див. рисунок 6.2 - гладкі стінки). Перший тип страждає меншим чадом - по-перше за рахунок рисок хона площа дотику олії зі стінками набагато вища, а значить і охолодження олії відбувається більш ефективно; по-друге, щоб уникнути сухого тертя, конструктор залишає на гладкій алюмінієвій стінці набагато більше масла через відсутність хону;
2) якість моторного масла - протягом попереднього пункту - заради справедливості слід сказати, що ніколи все масло не згорає - все-таки масло лежить на "холодних" стінках циліндрів, а значить знаходиться в рідкій фазі, яка якраз і не горить. Зате горить масло, що випарувалося. Кількість масла, що випаровується індивідуально для кожного продукту і виражено коефіцієнтом випаровування Noack (кількість масла в % від ваги, що випарувалося протягом 1 години при стабільній температурі 250 град.С). Зрозуміло, що чим вище Noack, тим більше олії згорить у циліндрах за інших рівних умов. Цілком прийнятними є величини 10 ... 11, хоча сьогодні вже і noack = 7 не рідкість. Для масел з високим вмістом базових масел IV і V груп (відповідно ПАТ та естери) характерна менша випаровуваність. Раніше це було непрямим доказом поршневих кілець за рахунок утворення нагару у канавках. І це посилить ситуацію з чадом; поршневих кілець за рахунок утворення нагару у канавках. І це посилить ситуацію з чадом;
3) в'язкість моторного масла;
4) режими експлуатації;
5) температурні характеристики двигуна. В даний час один з найважливіших факторів. Тенденцією останніх років стає застосування керованих термостатів із підвищеними порогами. Наприклад - початок відкриття термостата на М119 - 82…86 град.С, для М271 - 88…92 град.С, для М156 - 98…102 град.С (справедливості заради - у некерованому режимі). Треба розуміти, що кожен зайвий градус у сорочці охолодження – це зайвий десяток градусів на стінці циліндра. Я десь уже писав, що для М275 однією з умов вимірювання тиску олії є температура олії в 130 град.С!? Ну, відповідно, чим вище температурне тло двигуна в цілому - тим вище чад масла;
6) справність паливної системи та системи запалення;
7) і ще мільйон факторів, врахувати які у будь-яких найточніших розрахунках буде майже нереально. Залили бензин з великим вмістом ароматичних вуглеводнів - питань не виникне - машина пре, з-під дупи вистрибує, але при цьому зростає температура горіння суміші - зростає і чад. Радіатори забилися брудом – у пробках температура поповзла вгору – зростає чад олії тощо.
Спробуємо розрахувати, скільки ж реально чадить масла в циліндрах:
1) вихідні дані – візьмемо двигун М271 (робочий об'єм 1796 куб.см, діаметр поршня – 82,0 мм, хід поршня – 85,0 мм);
2) товщина масляної плівки, що залишається в циліндрі над поршнем – від 2 мкм до 10-12 мкм залежно від величезної кількості факторів. Для порівняння – товщина людського волосся – від 50 до 75 мкм. Головні з них:
- Число оборотів: чим вище частота обертання двигуна - тим товщі плівка залишається на стінці;
- в'язкість олії в конкретний момент часу (треба розуміти, що олія 10W-60 при нагріванні до 120 град.С буде менш в'язкою, ніж 0W-30 за температури скажемо 60 град.С). Добре, беремо до уваги нормальний температурний режим, справний двигун без залеглих поршневих кілець. Так ось - менша товщина плівки характерна для рідкої олії, велика - для густішої;
3) площа стінки циліндра - S = 2R * 3,14 * L, де 2R - діаметр циліндра, мм; L – хід поршня, мм. Отже, площа циліндра дорівнює 21 900 кв.мм. Площа 4 циліндрів – 87600 кв. мм;
4) означає на стінці одного циліндра площею 21900 кв.мм осідає 44 куб.мм олії при товщині 2 мкм та 263 куб.мм при товщині плівки 12 мкм. Щоб було зрозуміліше - переведемо в кубічні сантиметри - 0,044 куб.см у першому та 0,263 куб.см у другому випадку;
5) скільки ж олії пригорить? Навіть для приблизного розрахунку слід враховувати:
- Товщина масляної плівки нерівномірна по ходу поршня - товщі в нижній точці і прагне до нуля в зоні зупинки верхнього компресійного кільця в ВМТ;
- при робочому ході не вся площа масляної плівки контактує з гарячими газами; - постійний контакт має тільки зона над точкою зупинки верхнього компресійного кільця. При ході поршня вниз решта стін циліндра, покритих масляною плівкою, починають контактувати з гарячими газами;
- час контакту масляної плівки з гарячими газами досить мало - вчетверо менше часу, протягом якого стінки циліндри контактують з рідиною системи охолодження;
- масло виявляється в надпоршневому просторі та в процесі такту впуску. Причому у більшій кількості - дається взнаки розрідження в надпоршневому просторі та тиск картерних газів. Чад у мізерних значеннях може бути присутнім і в цій фазі роботи двигуна, але він мінімізується відносно низькою температурою свіжої порції суміші;
- Випаровування масла відбувається не по всій глибині масляної плівки, а тільки в поверхневих шарах. Яка товщина шару з якого інтенсивно випаровуватиметься масло, а значить і пригорятиме? Розрахувати це, не побудувавши стрункої математичної моделі, не ввівши тисячі поправочних коефіцієнтів і не врахувавши тисячі факторів - неможливо. З спілкування з людьми, не вірити яким мені немає підстав, виніс собі, що плівка товщиною від 0,5 мкм до 3 мкм у різних умовах здатна згоріти повністю.
6) недавно тут був присутній укрупнений розрахунок на предмет, скільки ж масла "пригорить" з тих 0.044 куб.см / 0,263 куб. см мастила, що потрапили в циліндри М271 за один оборот. Залишу тільки результат – від 100 куб.см до 300 куб.см. за 1000 км пробігу (відповідно до в'язкості використовуваного масла - менша кількість - для більш рідкого, більше - для більш густого за інших рівних умов). Це приблизно та цифра, яку мені називали конструктора для 4-циліндрових моторів як припустиму величину. При 12-циліндрові М275 вони тактовно промовчали.
Підведемо підсумки :
1) цілком нормальним є чад олії в циліндрах від 0,1 літра до 0,3 літра на 1000 км залежно від типу використовуваної олії. Якщо Ви "користуєтеся" двигуном на високих режимах, з хорошим нагріванням і великими оборотами - чад зросте в півтора рази. Але говорити про конкретику - це з розряду обговорювати середню температуру лікарні (включаючи морг). Два абсолютно ідентичні авто з однаковим маслом будуть абсолютно різними апетитами споживати це масло, якщо один експлуатується в місті, другий - по трасі; на одному їздить вибілений сивиною дідусь, на другому - безбашенний юнак "Грай, гормон!"; один експлуатується в Душанбе; другий - у Калінінграді; один обслуговується регулярно і чесно, другий - за принципом - ТО - раз на 20000 км, та й те складається із заміни олії; один перед заправкою витягне всі сертифікати із заправників, другий - заливається де дешевше. І як?
2) чим густіша олія (мається на увазі "літній" індекс - 30, 40, 50 або 60) Ви використовуєте - тим товщі буде масляна плівка, що залишається на стінках циліндра після проходу всіх трьох поршневих кілець. Значить тим більше олії буде пригоряти в циліндрах. Ви помітили, що серед масел з листів допуску 229.31 і 229.51 немає продуктів з високотемпературною в'язкістю вище за сороківку ? А оригінальні олії із цих листів взагалі мають параметри 5W-30. Просто для масел LowSAPS головною вимогою якраз і є зниження витрати олії - адже продукти згоряння олії призведуть до заповнення сажевого фільтра золою;
3) тут важливо зрозуміти, що важливіше для Вас – втрати олії на чад чи захист двигуна, зокрема ЦПГ від зносу. Можна використовувати рідку олію, яка дасть найтоншу плівку, але яка згорить повністю (але згорить її трохи, так як плівочка була тонюсенька) і призведе до сухого тертя верхнього компресійного кільця - а значить і до загального зносу циліндро-поршневої групи. Зате густа олія залишить товсту плівку, яка не згорить до кінця і забезпечить гарне мастило в зоні тертя "поршневі кільця - стінка циліндра". Але згорить його набагато більше. Ось і виходить: "ці – по два – але маленькі, а були по п'ять – але великі! Які взяти?". Одна ремарка - якщо я пишу "рідке" та "густе" масло - це не означає, що я обов'язково порівнюю допустимо "тридцятку" і "шістдесятку". Для кожного двигуна вибір індивідуальний - японці щільно переходять на 0W-20, а для моторів M-Technic від BMW рекомендовано масло 10W-60. Кожен двигун розробляється під певний коридор в'язкісних характеристик масла;
4) чи це означає, що використовуючи густе масло ми однозначно гарантуємо надійність двигуна?Ні! Може, навіть навпаки! Високов'язкі олії набувають своїх властивостей шляхом введення спеціальних присадок - полімерних загусників. Як і багато інших присадок - вони мають особливість втрачати свої властивості в процесі роботи. Тобто. густе масло рано чи пізно стане рідкішим. Це вкотре. Два - завдання масла - не тільки змащувати, а й відводити тепло від поршня (вважається, що від 30 до 50% тепла від поршня відводиться саме через пару "кільце-олійна плівка-стінка циліндра". Оскільки безпосереднього контакту поршня з холодними стінками циліндрів допускати не можна (це є не що інше як "сухе" тертя), то між ними завжди присутня олія, через шар якої і йде тепловідведення. , густіша олія "відсуває" поршневі кільця від стінки циліндра, погіршуючи тепловідведення від нього, що веде до зайвого нагрівання кільця, масла в канавці та коксування останнього в тій же канавці з втратою рухливості кільця. Результат - збільшені зазори таще більша витрата олії на чад . Мозок закипить, вирішуючи ці ребуси! А Ви як думали? Якби все було так просто - вже зараз ми б їздили на ідеально надійних двигунах на єдиному "ідеальному" маслі, яке може ходити по 100…200 тисяч кілометрів. Конструктори двигунів та хіміки працюють у щільній зв'язці. І ми маємо справу з придворними "масляни" не тому, що комусь Fuchs, Mobil або Shell більше подобається - тут йдеться про багаторічний досвід співпраці, коли маслогін знають, що треба мотористам, а мотористи знають, що можна чекати від масла.
5) олія угорає в циліндрах завжди . Якщо ж Ви, потираючи руки, хвалитеся, що Ваш двигун не з'їв ні грама олії від заміни до заміни - є сенс напружитися. Або Ви використовуєте вкрай рідку олію та циліндро-поршнева група Вашого двигуна страждає при кожному обороті. Або щось інше заповнює рівень олії у піддоні - вода, паливо. Не чадити масло не може - у цьому принцип роботи двигуна. І з цим треба миритись. Пам'ятайте як писав Ремарк – створюючи найпрекраснішу порцелянову чашку, майстер-китаєць створює її тендітною, бо неміцність – це і є природа фарфору.
6) отже! рідка олія - погано, густа олія - також не їсти добре. Як і будь-яких інших аспектах нашого життя немає і не може бути нічого ідеального. Тому завжди слід обирати "золоту середину". Для Мерседесів найбільш оптимальним є високотемпературна в'язкість 40 SAE. Непрямим доказом цього є і суворі вказівки щодо застосування в двигунах AMG (як найбільш навантажених) саме масел з лінійки 0W-40 та 5W-40. Насправді вибір тут і невеликий - всі олії з листів допуску 229.5 мають "літню" в'язкість не вищу за 40.
