Какое масло залить в дизель, если зимой на руднике −40 °C, а летом жара? Морози и грей воздух, выбирай 15W-40, 10W-30, 5W-40 или 0W-30 и смотри на диаграмме вязкости, заведется ли двигатель и хватит ли пленки горячим.
Первая часть марки, с буквой W (winter, зима), отвечает за холод: чем меньше цифра, тем при более сильном морозе масло прокачивается насосом и стартер проворачивает вал. Вторая часть отвечает за жару: это вязкость при 100 °C. Двигатель требует, чтобы горячее масло не было жиже определенного предела, иначе пленка во вкладышах станет тонкой. Для нагруженного дизеля еще важна вязкость при 150 °C и сильном сдвиге, HTHS: так масло ведет себя в самом вкладыше. На высокогорном руднике зимой бывает −40 °C, и масло, которое летом в самый раз, зимой не дойдет до вкладышей.
По двум точкам из паспорта масла строят прямую вязкости, а пригодность проверяют по таблицам SAE J300 и требованию двигателя. Откуда берется сама формула и как работают загущающие присадки, разобрано в химии: «Смазочные материалы: вязкость и присадки». Числа берутся из опыта.
Какая вязкость при любой температуре?
Уравнение Уббелоде–Вальтера. В двойных логарифмах вязкость против температуры ложится на прямую: хватает двух точек из паспорта, при 40 и 100 °C. Ниже нуля прямая врет: настоящее масло гуще из-за парафина.
Заведется ли двигатель на морозе?
Правило выбора по SAE J300. Выше границы проворачивания пуск надежный. Между границами насос масло прокачает, но стартер еле крутит. Ниже границы прокачки масло не дойдет до вкладышей: пускать нельзя без подогрева.
Не слишком ли жидкое горячим?
Производитель двигателя пишет минимум HTHS в руководстве. Слишком жидкое масло экономит топливо, но во вкладышах и на кольцах тонкая пленка, растет износ. Слишком густое горячим греется и хуже прокачивается.
При нагреве вязкость падает очень круто: от 60 000 мм²/с на морозе до 10 мм²/с горячим, в тысячи раз. На обычном графике такая кривая прижимается к осям, и ничего не видно. Если взять логарифм вязкости, кривая выпрямляется, но не до конца. Уббелоде и Вальтер заметили, что логарифм от логарифма почти точно ложится на прямую против логарифма температуры. Добавка 0,7 подобрана, чтобы прямая не ломалась у маловязких масел.
На такой бумаге каждое масло это прямая. Крутая прямая: масло сильно густеет на холоде, у него низкий индекс вязкости. Пологая: масло почти одинаковое и зимой, и летом. Всесезонное масло делают пологим двумя путями: берут синтетическую основу без парафина и добавляют загущающие полимеры, которые сворачиваются на холоде и распрямляются в жару.
Как вязкость решает, всплывет ли вал во вкладыше, смотри в темах «Кривая Штрибека и режимы смазки» и «Подшипник скольжения и масляный клин».
Где зима мягкая, круглый год льют 15W-40. На высокогорном руднике с морозами до −40 °C переходят на 5W-40 или 10W-30 либо ставят подогреватели и греют двигатель перед пуском.
Предпусковой подогреватель охлаждающей жидкости и электрический подогрев картера поднимают температуру масла выше границы прокачки. Дешевле, чем менять масло, и бережет аккумуляторы.
В руководстве по эксплуатации есть таблица: какой класс SAE для какого диапазона температуры воздуха. По ней и по классу API (CK-4, CI-4) выбирают масло, а не по цене.
Для коробок, бортовых и гидросистем свои классы вязкости (SAE 10W, 30, 50 для коробок, ISO VG 32–68 для гидравлики) и свои окна температуры. Правило то же: пуск на морозе и пленка горячим.
Вязкость при 100 °C проверяют в каждой пробе. Упала: топливо в масле или срезался полимер. Выросла: окисление, сажа, перегрев. Отход больше чем на 10–20 % от нового требует замены.
Современные легковые моторы рассчитаны на 0W-20 и 5W-30 с низким HTHS ради экономии топлива. Если залить такое масло в карьерный дизель, пленки не хватит.
Вязкости масел при 40 и 100 °C, HTHS и плотности взяты типичными для каждого класса, у конкретной марки они другие. Прямая Вальтера проведена через две точки и пунктиром продолжена на мороз, хотя настоящее масло на холоде гуще из-за парафина и полимеров; поэтому о пуске опыт судит не по прямой, а по границам SAE J300 для каждого зимнего класса. Верхняя граница температуры воздуха для каждого масла (+35 °C для класса 30 и +50 °C для класса 40) взята как в типичных таблицах производителей. Масло в картере под нагрузкой считается по простому правилу 95 °C + 0,25 · (tвоздуха − 20) и еще +8 °C на высоте 4000 м. Подогреватель поднимает масло на 35 °C, но не выше −5 °C. HTHS на графике пересчитан в мм²/с при плотности 0,81 г/см³.