Вот небольшая статья...
Что позволяет понять показатель «HTHS масла»
В конце прошлого века ученые инженеры проводили исследования для определения влияния вязкости моторных масел на топливную экономичности автомобилей. В итоге ими был сделан вывод, что снижение высокотемпературной вязкости масла является скрытым резервом в деле экономии топлива. Но бесконечно снижать вязкость невозможно: имеется некое предельное значение, при переходе которого механические потери в двигателе начинают увеличиваться вследствие нарушения режима жидкостного трения, соответственно и увеличивается темп износа контактирующих поверхностей, которые в нормальном рабочем режиме должен разъединять масляный слой.
Попутно было установлено, что динамическая вязкость современных синтетических масел при увеличении температуры и скорости сдвига снижается более стремительно, чем вязкость минеральных масел, т.е. они являются «неньютоновскими жидкостями», что является ограничением при изыскании резервов по снижению топливной экономичности за счет снижения вязкости.
Чтобы поставить своеобразный барьер, который переходить нельзя, в США был введен показатель качества масла - «high temperature, high shear rate» (HTHS) и стандартизировано его минимальное значение для каждой марки моторного масла. Таким образом, показатель HTHS в первую очередь актуален для производителей масел.
Теперь необходимо кратко разъяснить несколько вопросов.
1) число HTHS показывает динамическую вязкости мала (сП; Па-с) при температуре 150 С и высокой скорости сдвига – 1 000 000 единиц градиента (с (-1);
2) HTHS определяется в соответствии со стандартом США Designation: D 4683-04 прибором «симулятор-вискозиметр» (Tapered Bearing Simulator-Viscometer), позволяющим измерить потери мощности при прокачивании масла через небольшие зазоры, и затем расчетным путем определить значение динамической вязкости;
3) необходимость этого теста возникла из-за того, что современные синтетические масла сильно «не ньютоновские жидкости», т.е. при увеличении температуры и скорости сдвига вязкость ненютоновских масел снижается более стремительно, чем нютоновских (минеральных масел)
4) HTHS рассматривается применительно к подшипникам скольжения коленчатого вала (коренным и шатунным), где потери на прокачивание наибольшие;
5) в общем справедливо правило: чем выше у марки масла значение показателя «вязкость 100 С», тем выше и значение HTHS.
Таким образом, чтобы возник «режим HTHS» необходимо сочетание следующих основных факторов:
а) высокая температура масла в картере двигателя (примерно > 130 С);
б) высокая частота вращения коленвала;
Дополнительный фактор, влияющий на вероятность возникновения «режима HTHS» – величина радиального зазора в подшипнике, которая в основном зависит от нагрузки;
В работе И.Г. Леванова «ОБЗОР РЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МОТОРНЫХ МАСЕЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ РАСЧЁТАХ ДИНАМИКИ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА», указывается:
«…По данным работы [4] в зависимости от типа полимера при температуре 98,9 °С и изменении скорости сдвига с 0,51х10-5 до 3,44х10-5 с-1 временное снижение вязкости составляет от 2 до 36 % к исходному значению.
Практический интерес к этому явлению обусловлен тем, что способность масла временно снижать вязкость при сдвиге позволяет снизить потери мощности на трение в ДВС, следовательно, и расход топлива (по разным оценкам на 2-5 %)....»
Отсюда следует: показатель HTHS позволяет понять какое из выбираемых масел является более «энергосберегающим», вот его основное практическое значение применительно к современному легковому автомотору.
Как известно, потери мощности на прокачивание масла связаны с частотой вращения коленчатого вала (КВ) кубической зависимостью, они быстро увеличиваются при росте числа оборотов. И это увеличение в немалой степени обусловлено вязкостью масла. Следовательно масло, вязкость которого при увеличении оборотов снижается, есть ценная находка для конструктора, ибо это скрытый резерв для увеличения эффективного КПД ДВС благодаря снижению потерь на трение.
Но чрезмерное снижение «сдвиговой» вязкости масел, содержащих полимерные загустители, тоже нежелательно, ибо это может вызвать нарушение режима жидкостного трения из-за снижения толщины масляной пленки ниже критического значения. Но и тут не все столь однозначно в ученом сообществе, как говорится - есть мнения.
«…Виллиамсон и др. [5] показали влияние вязкоупругих свойств масел на характеристики подшипников скольжения. В частности, они установили, что нагрузочная способность подшипника при смазке вязкоупругими маслами выше, чем при смазке чисто вязкой жидкостью (минеральным маслом)…»
«…А. Харной [14] обобщил гидродинамическую теорию смазки на вязкоупругие жидкости. Установил, что несущая способность вязкоупругой плёнки выше, чем ньютоновской, а момент трения при этом остаётся постоянным.
Некоторые теоретические работы [15] указывают на снижение несущей способности вязкоупругой жидкости по сравнению с ньютоновской, а также на то, что нормальные напряжения при установившихся сдвиговых течениях пренебрежимо малы и не могут оказывать существенного влияния на несущую способность подшипников скольжения.
Д.А. Тичи и В.О. Уинер [16] провели экспериментальное исследование с рядом жидкостей, среди которых были растворы полимера (полиалкилметакрилата) в минеральном масле, с аналогичными загущенным маслам свойствами. При сдавливании плёнки с большим содержанием полимерной добавки (до 3 %) было обнаружено снижение несущей способности до 21 %.
С экспериментальными данными Д.А. Тичи и В.О. Уинера согласуются результаты теоретического исследования А. Харноя [17], где он указывает на снижение несущей способности сдавливаемой плёнки вязкоупругой жидкости при постоянной скорости сближения дисков. Однако, при внешнем периодическом возбуждении упругость плёнки приводит к увеличению зазора, что позволяет говорить о снижении износа при использовании вязкоупругих смазок…».
Одним словом некоторые специалисты считают, что несущая способность пленки у «неньютоновских масел» выше, чем у «ньютоновских», другие уверены что наоборот – ниже, а третьи [17] пришли к выводу, что хоть и ниже, но тем не менее при использовании в двигателе масел с полимерными загустителями износ будет меньше, чем в случае применения «ньютоновских масел». Сколько ученых людей – столько и мнений.
«…Несмотря на это, методики учёта неньютоновских свойств моторных масел пока не получили широкого распространения в отечественной практике проектирования подшипников скольжения коленчатых валов. Это обусловлено, во-первых, недостаточным объёмом информации о реологическом поведении современных моторных масел в подшипнике скольжения; во-вторых, отсутствием методики, позволяющей оценивать одновременное влияние различных неньютоновских свойств моторных масел на динамику
подшипников скольжения коленчатого вала…».
Иными словами: гаданий много, а вот практической пользы конструктору при расчете подшипника от показателя HTHS на сегодняшний день нет.
Анализируя приведенный материал можно сделать лишь один общий бесспорный вывод: чем ниже HTHS моторного масла, тем лучше будет топливная экономичность двигателя (а следовательно и автомобиля), особенно длительное время работающего при высоких оборотах коленчатого вала.
Но безоговорочно утверждать, что использование масел с минимально установленным стандартом значением HTHS увеличит вероятность нарушения режима жидкостного трения (повлечет снижение несущей способности пленки) я бы не стал.
Можно лишь сделать опять же весьма гадательное предположение: при схожих нагрузках масла с более высокими числами HTHS обеспечат масляную пленку большей толщины (чем масла с низкими числами HTHS) при некотором ухудшении топливной экономичности. И наоборот. А вот насколько «большей» и при каком «ухудшении» сказать невозможно даже приблизительно, так как имеется еще множество конструктивных и эксплуатационных факторов, влияющих на итоговый результат, никак не связанных со свойствами масла. И вычленить из совокупности этих факторов долю потерь обусловленную влиянием HTHS не представляется возможным.
Также необходимо понимать, что число HTHS не дает ответов на главные вопросы:
а) может ли в каком-то отдельно взятом моторе наступить такой режим, когда вязкость масла сильно «просядет» (высокие обороты х большая нагрузка х температура масла в картере более 130…135 C) и станет ниже того предела, на который рассчитаны его подшипники?;
б) масло с каким значением HTHS требуется применять в том или ином двигателе?;
в) как хорошо (или плохо) выбранное масло будет защищать трущиеся пары при нарушении режима жидкостного трения, а также насколько хорошую защиту обеспечит от коррозийных износов?
Следовательно, HTHS есть всего лишь один из многочисленных показателей качества масла, совокупность которых позволит инженеру-эксплуатационнику, знающему тонкости конструкции конкретного мотора и типичные условия эксплуатации конкретного автомобиля, сделать правильный выбор моторного масла.
Лев Тюрин
Новогорск, июль 2014
Автор
Тема: Как проверять и когда менять масло в дизеле (1VD). (Прочитано 232087 раз)
