Угар и утечка масла: причины и следствия

Автор: технический директор  ООО «Старлюб» Воробьёв С. А. По материалам компании Старлюб.

В литературе и в обиходе СТО, зачастую одновременно встречаются «угар», «расход» и объединенное понятие «расход масла на угар», инженеры и работники лабораторий скажут «потери».

Из этого следует, что необходимо рассматривать два варианта: «потери от испарения» и «потери не связанных с испарениями».

Часть 1

С потерями масла не связанными с испарениями, теоретически проще – это, к примеру: дефекты уплотнительных поверхностей, таких как эластомеры (прокладки, сальники) и уплотнительные кольца поршня (маслосъемное прежде всего). Если первые еще можно оценить визуально, то для оценки состояния колец, равно как и состояния цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) в целом, придется прибегнуть к приборной диагностике, и возможно с привлечением специалистов СТО.

Особое внимание к состоянию ЦПГ неслучайно, т.к. наибольшие потери связаны с физическими явлениями: во-первых, испарением масла при попадании в камеру сгорания, и на сопряженные высокотемпературные поверхности. Во-вторых, наиболее весомый % (примерно в 20 раз, в сравнении с испарением и сгоранием масла) этих потерь – выброс масла в выпускной тракт. Не случайно, что на практике ряд двигателей, например AUDI, подвергались изменениям ввиду повышенного расхода масла из-за некорректного соотношения давлений между камерой сгорания и картером.

Потери масла обоих типов могут возникать неблагоприятные соотношения режимов давления между камерой сгорания и картером Audi предложила 2 пути снижение расхода масла - снизить давления разрежения в картере до 100 мбар (было 25мбар). Вследствие изменившихся режимов давления в картере через поршневые кольца в камеру сгорания попадает меньше масла. Снижение расхода масла составило до 50%. Вторая мера - повышение упругости поршневых колец. Благодаря увеличенному усилию предварительного напряжения поршневых колец большее количество масла снимается с зеркал цилиндров, как следствие уменьшается потери (расход).

Не смотря на бытующее мнение о нулевом расходе масла, такового попросту не может быть. Конструктивно, подогнанный в соответствии с допусками завода-производителя, поршень обязательно имеет определенную степень свободы цилиндре. Те, кто знаком с переборкой двигателя знают, что поршень, смазанный маслом, должен под своим весом медленно и плавно опускаться по цилиндру. Слишком плотная посадка, при тепловом расширении приведет к высокому износу или даже заклиниванию поршня в цилиндре.

Если же зазор в паре поршень/стенка цилиндра слишком велик, а это неизбежно наступит для любого двигателя ввиду неизбежного естественного износа, то возникнет как минимум две проблемы:

• увеличенные масляные потери, ввиду большего количества масла остающегося на стенках цилиндра.
• большая доля отработанных газов будет проникать в картер, действуя как сильнейший окислитель на моторное масло, одновременно с этим повысится давление в картере, увеличивая вероятность потерь масла через сальники и прокладки.

На потери масла, косвенно влияет даже состояние топливной аппаратуры, нарушение в работе инжекторов (форсунок) приводит к увеличению доли несгоревшего топлива, которое остается на стенках цилиндра, смывая остатки масляной пленки, вызывая граничный режим смазки (топлива, в особенности дизельное, обладает собственной смазывающей способностью). Последствия - высокий уровень износа поршневых колец и поверхности цилиндра, в т.ч. уменьшения хона. Износ поверхности цилиндра приведет к увеличению зазора пары поршень/цилиндр, а это в свою очередь приведет к повышенным потерям масла.

Сюда же стоит добавить износ уплотнения стержня и направляющих клапана, т.к. уплотнение стержня предотвращает попадание масла в зону направляющей клапана. Увеличенный зазор данной пары (или ошибка монтажа при ремонте) приведет к попаданию масла в выпуск или впуск, где масло либо сгорит, либо выбросится в выпускной коллектор. Неправильный монтаж головки блока цилиндров, ее минимальный перекос в зоне камеры сгорания приводят к увеличению потерь масла из масляных каналов, хотя визуально - уплотнение головки может себя не проявлять в виде течи.

Загрязненная система вентиляции картерных газов (ВКГ) лишь усугубляет ситуацию. Кстати последней, на мой взгляд, напрасно уделяют мало внимания. Состояние элементов этой системы (в зависимости от конструкции конечно): маслоотделителя, редукционного клапана, и в особенности пропускной способности трубопроводов и шлангов, сечение которых уменьшено ввиду отложений – напрямую влияет на потери масла «не связанные с испарениями». Прорвавшиеся отработанные газы захватывают масляный туман, присутствующий в картере двигателя, и несут его в систему вентиляции картера. Избыточное давление в картере вполне способно протолкнуть масло через уплотнения. Состояние ВКГ, является отдельной темой многочисленных исследований, существует даже несколько методик определения технического состояния цилиндро-поршневой группы по увеличению картерных газов.

Состояние ЦПГ и системы ВКГ не единственные факторы потерь, состояние турбонагнетателя (если таковой имеется), так же оказывает значительное влияние.

Сами по себе горячая и холодная «улитка», или крыльчатки конечно не «потребляют» масло, но вал нагнетателя вращается на гидродинамических подшипниках.

Смазываются подшипники турбонагнетателя тем же маслом, что и подшипники двигателя (еще их называют «вкладыши коленвала») – по тому же принципу масляного клина, и потому крайне требовательны к бесперебойной подаче масла с нужным давлением. Справедливости ради, отмечу, что существуют конструкции на шариковых подшипниках, но сути это не меняет. Износ подшипников турбонагнетателя наступит вне зависимости от применяемого смазочного материала, вопрос лишь в том - раньше или позже. Масло низкого качества приведет к критическому износу значительно ранее «средней температуры по больнице» известной механикам СТО и специализированных компаний. Турбонагнетатель «пошедший вразнос», т.е. имеющий люфт, не останется в долгу, и масло будет увлекаться вместе с нагнетаемым воздухом в камеру сгорания.

Сюда же отнесите проблемы с забитой обратной масляной линией системы охлаждения турбонагнетателя.

Образование отложений в обратной линии препятствует возврату масла в картер.

Если трещину патрубка можно оценить визуально, то количество (нарост) отложений в системе вентиляции картерных газов и сечение патрубков без их снятия уже проблематично. Гаражный подход оценки состояния ВКГ: крышка маслозаливной горловины должна слегка присасываться при открывании (на работающем двигателе), если нет – значит система вентиляции неисправна, тоже не совсем корректен, т.к. слишком сильное всасывание крышки может быть следствием разрывы мембраны или негерметичности корпуса клапана, а критерии слабое/сильное у каждого свои. Поэтому для устранения причин повышенных потерь масла необходима как визуальная оценка прокладок, сальников, маслопроводов и патрубков, так и применение профессионального оборудования доступного СТО.

Часть 2

С потерями масла связанными с испарениями значительно сложнее. Работа двигателей внутреннего сгорания характеризуется очень широким диапазоном повышенных и высоких температур, которые в свою очередь колеблются в зависимости от принципа работы двигателя и конструктивных особенностей. Рассматривать «сферических коней в вакууме» в виде конкретных температур деталей не имеет смысла, достаточно вспомнить, что одной из важнейших функций моторных масел является отвод тепла от поверхностей деталей.

Представьте себе двигатель работающий в спокойном, с человеческой точки зрения, режиме = 2500 оборотов/минуту. Чтобы совершить 2500 полных оборотов за минуту, поршень должен совершить полный цикл – подняться вверх и опуститься вниз 5000 раз за 1 минуту, или 83 раза за 1 секунду. При этом поршень, испытывает гигантские механические и температурные нагрузки, а так же давления - газов на такте сжатия и расширяющихся газов в такте рабочего хода.

На практике, автолюбители, могут столкнуться с одной из неприятностей возникающих при переходе от одного производителя масла к другому – повышенными потерями. Это может быть связано с целым рядом причин, одной из которых являются постепенная очистка закоксованых уплотнительных колец поршней и маслодренажа маслосъемных колец. При этом очистка может проходить неравномерно, в процессе работы кольца могут смещаться в пределах канавки, где имеются отложения.

Как следствие прилегание колец к стенке цилиндра неравномерно, что может вызвать временное увеличение потерь масла.

В обиходе под «расходом масла на угар» понимается количество потерянное за время эксплуатации автомобиля, согласно меткам масляного щупа. И подход к таким потерям как правило прост – надо долить. При этом не многие задумываются о том, что большая часть испарения масла произошло не в картере, а на деталях двигателя. Потери от испарения масел на поверхности деталей – это не только уменьшение объема смазочного материала, склонность к образованию отложений, но и уменьшение толщины защитной пленки, не говоря уже о возможности образовании отложений.

Если перейти от частной практики к глобальным исследованиям, то подход к тестированию моторных масел на «паспортные» потери от испарения, проходит по двум методам, согласно промышленным стандартам организаций API и ACEA.

• По методике Американского общества по испытаниям и материалам – ASTM. Метод D5800 Standard Test Method for Evaporation Loss of Lubricating Oils by the Noack Method (Стандартный метод определения потерь от испарения смазочных материалов методом Hоакa)
• По методике Координационного Европейского совета по разработке методов испытаний топлив, масел и прочих жидкостей, используемых на транспорте - CEC

Метод L-040-93 (Evaporation Loss of Lubricating Oils, NOACK tester)

Суть обоих методов сводится к помещению определенного количества образца в испарительную колбу, затем нагрев до температуры 250°С в постоянном токе воздуха, проходящего через масло, в течении 60 мин. После этого определяются потери массы образца масла.

Для Европейского рынка наиболее авторитетными являются стандарты Ассоциации Европейских Производителей Автомобилей (ACEA) в которую входят все ведущие автопроизводители Европы: Mercedes-Benz, BMW, VAG (Volkswagen-Audi Group, Skoda, Seat, Porshe), Volvo, Ford-Europe, GM-Europe, Renault, Rolls-Royce, Rover, SAAB-Scania, Fiat, Iveco, MAN, DAF и т.д.

В настоящий момент, согласно действующей редакции требований ACEA (Ассоциация Европейских Производителей Автомобилей), норма потерь от испаряемости масел должна составлять «не более 13 массовых %» для всех групп: легкового транспорта - А1/В1, А3/В3, А3/В4, А5/В5, С1, С2, С3 и для коммерческого транспорта - групп Е4, Е7, Е9, Е6. Отдельное ограничение введено только для группы С4, масел low SAPS (до 0.5 сульфатной золы), c HTHS ≥ 3.5 мПа.с. – «не более 11 массовых %».

Японские, Американские и Азиатские производители ориентируются на стандарты организаций - Американского Института нефти (API) и Международного Комитета по стандартизации и апробированию масел (ILSAC), а так же на требования ACEA, в зависимости от рынка сбыта и производства. Требования API / ILSAC предусматривают норму «не более 15 массовых %».

Существует так же третий метод, используемый только в спецификациях API / ILSAC - ASTM D6417 оценка испаряемости моторных масел методом капиллярной газовой хроматографии (еще его называют имитированная дистилляция). Данный метод испытаний оценивает количество улетучившегося масла при 371 ​​° C. В паспортах качества продукта, хотя это и редкость, могут быть использованы данные этого метода.

При этом норма испаряемости, определенная ASTM D6417, установлена как «не более 10 массовых %». Важно понимать, что данный метод испытания предназначен в качестве альтернативы методу D 5800 (Noack) / CEC L-40-93 (Noack). Но, результаты полученные этим методом не эквивалентны методам Noack, и не могут сравниваться. Это следует учитывать при оценке заявлений производителей масел об их преимуществах по испаряемости.

Тот же подход используется при испытаниях эластомеров. ACEA проводит испытания согласно методу CEC L-39-T-96 путем погружения образцов (к примеру, сальников распределительных и коленчатого валов) четырех типов (Nitrile (NBR); Polyacrylate (ACM); Fluoroelastomer (FKM); Silicone (VMQ)) в моторное масло на 168 часов (7 дней) при температуре 150 ^оС (для нитрильных типов = 100 ^оС), после чего оценивает состояние в течение заданного периода времени при заданной температуре.

Подход стандартов API / ILSAC, аналогичен, с одной разницей, метод ASTM D7216 предусматривает испытания в течении 336 часов (14 дней).

Тесты – тестами, а мы должны понимать, что эластомеры в двигателе погружены в масло более длительный период, исчисляемый годами. Поэтому, не смотря на лабораторные испытания, если вы хотели бы исключить возможность потерь масла, из-за испарений или ввиду старения уплотнительных материалов, стоит внимательнее относится к технологии производства моторных масел, к составу базового масла и эффективности работы пакета присадок. Содержание ароматических соединений в базовых маслах или малоэффективный пакет присадок гарантирует, помимо быстрого старения масла, и быстрое старение уплотнительных материалов двигателя.

Качество товарного масла зависит от многих факторов: исходной нефти, способа получения базового масла, глубины технологического процесса (очистки, молекулярного синтеза и т.д.). Компаундирование масел - несложный технологический процесс осуществляемый на мaслосмесительных заводах (процесс называют «блендированием»). С такой задачей способно справится достаточно много самостоятельных компаний, чем и обусловлен огромный ассортимент рынка. Суть процесса - покупка базовых масел и пакета присадок, смешение, фасовка под собственным брендом (маркой).

Выбирая масла Texaco, которые вы можете приобрести в нашем магазине, можете быть уверены в качестве, так как весь процесс производства - от добычи нефти, её переработки, получения базовых масел и производства присадок и до разлива в тару - происходит под контролем одной корпорации. Лаборатории новейшего технологического центра Texaco, расположенного в Генте (Бельгия), проводят сотни тысяч анализов масел в год, не только лабораторных, но и ходовых - долгосрочных, чтобы гарантировать максимальный ресурс всех компонентов автомобиля.

Как заметить утечку масла, может быть есть какие-то характерные места на которые следует обращать внимание при осмотре? И, соответственно, что может произойти если масла меньше чем положено но оно все еще есть? Как быстро будет происходить износ в этом случае. Какие еще проблемы могут возникнуть помимо износа?

Ввиду характерных физических особенностей масел, внешние проявления (следы потерь) очень хорошо заметны на внешних поверхностях двигателя. Стандартные места – сальники коленчатого и распределительных валов, прокладки клапанной крышки, головки блока, поддона картера, системы вентиляции картерных газов (агломерация масляного тумана), в некоторых случаях – потери из под сливной пробки картера и масляного фильтра. Если на машине установлена защита картера, то масло, перемешанное с частицами земли, до состояния консистентной смазки, может удерживаться на ней.

Вопрос уровня, это вопрос необходимого объема достаточного для создания защитной пленки на поверхности всех деталей двигателя. Здесь важно не путать два понятия: объема и давления. Давление системы напрямую не связано с объемом масла в картере, который вы и наблюдаете по масляному щупу. А он не учитывает количество масла уже разошедшееся по двигателю, и объем масляного фильтра. Если масляный насос «находит» необходимый объем - давление в системе сохранится. Сохранение давления указывает на нормальный процесс циркуляции масла, и выполнение им своих функций и повышенного износа не произойдет.

Есть мнение, что меньший объем масла может удержать меньшее количество примесей, например – сажи (актуально для дизельных двигателей), но для решения этой «теоретической» проблемы существует «практический» масляный фильтр.

Если выразится просто, то надежность жидкостной смазки возрастает с увеличением скорости движения, поэтому с точки зрения износа, малые пробеги и низкие скорости городских пробок гораздо опаснее низкого уровня масла в картере.

Как проверяется - превышает угар максимально допустимый для данного двигателя расход или нет? Понятно, что можно смотреть на уровень, но уровень может снижаться и по другим причинам (например, та же утечка). Поэтому вопрос: существуют ли какие-либо способы контроля угара?

К сожалению, нет. Существуют различные данные автопроизводителей, приводимые в руководствах по эксплуатации, о допустимой величине масляных потерь. Особенно в народе прижились данные о VAG: от 0.5 до 1.5 л / 1000 км, BMW: 0.7 – 1.5 л, MB: 1.0 л, Toyota: не более 1 л. Иногда приводятся процентные данные по расходу масла к расходу топлива, что логичнее, т.к. расход масла увязывается на нагрузку двигателя.

Но, единого реестра таких «допусков» не существует. Более того, это порождает проблемы у владельцев транспортных средств, считающих, что данные нормы едины как для двигателей объемом 1.2 л, так и для 6.0 л, что не соответствует действительности ввиду конструктивных различий. При этом подход владельцев сильно разнится, кто-то считает, что 0.5 л масла на 1000 км это «мало», потому что «много» это уже 2 л. При этом не стоит забывать, что расход зависит от технического состояния двигателя и режима эксплуатации автомобиля.

Моторное масло не легковоспламеняемая жидкость, если конечно речь не идет о разбавлении его топливом. За 1 час при температуре 250 градусов потери составляют до 13 массовых %. Температура вспышки, указанная в большинстве паспортов на продукты, составляет выше 220 ^оС, но это вспышка в открытом тигле, при доступе кислорода. В камере сгорания количество кислорода ограничено, и на поддержание горения масла оставшегося на стенках цилиндра, его попросту не хватит. А вот плавное испарение с нагретой поверхности другой вопрос, но необходимо помнить, что полный цикл ДВС (4 такта) длится десятые доли секунды. Действительно ли оно горит в камере? Или выбрасывается в выпускной коллектор, далее в нейтрализатор или минуя его - сизым облаком в атмосферу.

Существуют ли в контексте рассматриваемой проблематики какие-либо различия в бензиновых и дизельных двигателях? Если "да", то какие и максимально подробно.

Принципиальной разницы нет, ввиду того, что в условиях задачи слишком много неизвестных. Особенности конструкции, сопряжение деталей и степень износа ЦПГ, состоянием маслосъемных колец (и техническое состояние двигателя в целом), режим эксплуатации, физико-химические параметры моторного масла, скорость циркуляции масла по контуру (как следствие его температурный режим) и т.д. и т.п.

Причем если увязывать потери масла к расходу топлива, то режимы трасса / город могут иметь существенные различия, а разница в конструктивных особенностях бензиновых и дизельных двигателей будет на уровне «погрешности измерений». Важно осознавать, что масло, к примеру - оставшееся в большом количестве в камере сгорания, с большой долей вероятности означает вероятность наличия проблем, а вовсе не «допустимые потери».