Трансмиссионные масла: важные аспекты выбора и замены

Введение в трансмиссионные масла

Трансмиссионные масла не вызывают у водителей столько хлопот, как моторные масла.

А зачем о них беспокоиться? Ездишь себе лет пять-шесть и даже не догадываешься, что происходит в коробке передач.

А когда всё же придет время менять заводское масло, можно и новую машину купить. И снова лет пять-шесть… Так и не узнаешь.

С пластичными смазками всё ещё проще. Времена, когда приходилось возить с собой шприц с солидолом, давно прошли. Открываешь руководство по эксплуатации своего авто и читаешь, что пластичные смазки этой машины рассчитаны на весь срок службы агрегатов.

Можешь смело закрыть брошюрку, не добавляя в свою голову ненужных знаний. И так хватает забот, а солидола в мыслях и не хватает для полного счастья…

Так стоит ли вообще об этом говорить? Да. Хотя бы потому, что не все автомобили, которые продаются в нашей стране, приходят сюда официально.

С «белым» импортом, как правило, проблем не возникает – автомобили адаптированы к нашему климату (по крайней мере, должны быть); всё, что в них залито, соответствует условиям эксплуатации.

Можем ли мы быть уверены в остальных автомобилях, ввезённых неофициально? Вряд ли. А на нашем рынке таких машин достаточно.

Купили вы автомобиль с коробкой-автоматом. Летом и осенью всё было отлично, но вот пришли морозы – автомат начинает капризничать. Масло замерзло. А откуда машина? Из Италии? Там зимой тепло…

Чтобы избежать подобных неприятностей, полезно знать хотя бы основную информацию о том, что происходит в коробке и как функционируют её компоненты.

Условия работы, функции и состав

Трансмиссионные масла применяются в коробках передач, мостах, раздаточных коробках и механизмах рулевого управления – везде, где передается крутящий момент, либо через зубчатые пары (в таких случаях масло просто смазывает), либо через само масло, как, например, в гидромеханических передачах.

Хотим отметить, что есть много автомобилей, в КПП которых используется то же масло, что и в двигателе – в основном это малолитражки, предназначенные для сравнительно лёгких условий эксплуатации.

Обычно зубчатые передачи и подшипники внутри агрегатов смазываются за счёт разбрызгивания: нижние шестерни, частично погруженные в масло, как пароходные колеса, подбивают его, и поднимаемых брызг достаточно, чтобы смазать все детали; те места, куда капли не дотягиваются, смазываются масляным туманом.

Однако существуют конструкции, где такого смазывания недостаточно – тяжело нагруженные или особенно сложные системы требуют принудительного подвода масла.

Там используется смазка под давлением: насос подает масло в зоны трения по сети каналов.

Основные задачи трансмиссионных масел:

• Защита от износа деталей за счет образования устойчивой масляной пленки
• Снижение потерь на трение в зубчатых передачах
• Отвод тепла от трущихся поверхностей
• Удаление продуктов износа из зон трения
• Защита от коррозии
• Снижение ударных нагрузок на шестерни, вибраций и шума за счет уплотнения между трущимися деталями

Доля трансмиссионных масел в общем объёме смазочных материалов, которые потребляет автомобиль на протяжении всего срока эксплуатации, составляет всего 0,3-0,5%. Это объяснимо. Их меняют нечасто: или через 75-150 тыс. км (в зависимости от марки масла и автомобиля), или, если автомобиль используется нерегулярно, каждые 5-6 лет, независимо от пробега. Это один из самых удобных расходных материалов – не бьет по карману и не требует особых забот.

Но их роль для нормальной работы автомобиля огромна.

Требования к трансмиссионным маслам

Трансмиссионные масла работают в условиях, безусловно, более лёгких, чем моторные (что и объясняет разницу в сроках их замены), но назвать эти условия курортными нельзя.

Нагрузки действительно большие. Давление в зонах контакта цилиндрических, конических и червячных передач может достигать 500 до 2000 МПа, а у гипоидных – до 4000 МПа. Скорость скольжения зубьев друг по другу на входе в зацепление варьируется от 1,5 до 12 м/сек. для конических и цилиндрических передач, и от 20 до 25 м/сек. для червячных, а у гипоидных скорость может превышать 15 м/сек.

Рабочая температура масла в трансмиссиях колеблется от забортной до +200 °C, но в точках контакта зубьев часто бывает кратковременный местный перегрев – до +250 °C и даже выше.

Общий нагрев почти не влияет на масло, поскольку температура в картере, например, КПП или раздаточной коробки, повышается постепенно, без резких скачков. Но местные перегревы в сочетании с высокими механическими нагрузками могут привести к термическому и ударному разрушению масляной пленки, которая разделяет трущиеся поверхности.

В таких зонах трение становится не жидкостным, как должно быть – металл-пленка-металл, а граничным – металл по металлу.

В результате – износ, задиры, питтинг (точечное выкрашивание зубьев шестерен) и другие проблемы…

Учитывая все эти условия, к трансмиссионным маслам предъявляются разнообразные требования, порой даже противоречивые.

Масла должны сохранять высокую вязкость при рабочих температурах, чтобы масляная пленка не разрушалась и зазоры нормально уплотнялись. С другой стороны – масла не должны становиться слишком вязкими при низких температурах, чтобы холодное масло не мешало свободному вращению шестерен в начале работы агрегата.

Способность масла соответствовать этим требованиям отражает параметр, который называется индексом вязкости. Чем он выше, тем меньше вязкость масла изменяется при колебаниях температуры, тем оно более всесезонное.

Кроме того, масла должны обладать высокими противокоррозионными, противоокислительными, противовспенивательными и прочими свойствами, а также высокой термоокислительной стабильностью (долгосрочное сохранение характеристик в рабочих условиях и при хранении) и быть не агрессивными к резиновым уплотнениям.

Минеральные основы и присадки

Большинство марок трансмиссионных масел изготовлены на минеральной (нефтяной) основе.

Синтетика тоже доступна, но пока не имеет массового применения, хотя и обладает значительно лучшими свойствами, чем «минералка».

Причины этого сложно объяснить. Вероятно, трансмиссионные масла воспринимаются как нечто второстепенное – мол, для коробки подойдёт любое масло, лишь бы его так называли.

Удивительно, но такое мнение встречается даже среди профессиональных гонщиков.

В области моторных масел ситуация совсем другая: минеральные активно вытесняются синтетическими.

Возможно, это связано с тем, что двигатель более «чувствителен» к качеству масла: опытный водитель сразу заметит разницу, когда в картере плохое масло, тогда как главная передача может долго не сигнализировать о проблемах.

Однако, минеральные масла сами по себе не плохи (их стали критиковать, когда началась широкая реклама синтетики), и тот факт, что производители автомобилей продолжают использовать их в трансмиссии, служит подтверждением этого.

Минеральная основа состоит из двух подоснов: дистиллятной (полученной с помощью вакуумной перегонки мазута) и остаточной (составленной из оставшихся продуктов, таких как гудрон).

Каждую из них сейчас не используют по отдельности, так как ни одна не обеспечивает все необходимые характеристики.

Дистиллятные масла хороши по вязкостно-температурным свойствам и высокой термоокислительной стабильности, но имеют малую маслянистость, что не позволяет создать прочную пленку между трущимися деталями. Остаточные, наоборот, обладают высокой маслянистостью, но сильно меняют вязкость при колебаниях температуры.

Для получения товарных марок масел дистиллятные и остаточные основы смешивают в определенных пропорциях в зависимости от того, какие свойства нужно подчеркнуть, а какие пригасить.

«Оттачивание» параметров масла достигается введением в основу различных добавок: противозадирных, загущающих, противокоррозионных и т.д. – их довольно много.

Для улучшения смазывающей способности масла добавляют антифрикционные, противоизносные и противозадирные присадки.

В принципе, они выполняют схожие задачи, но на разных качественных уровнях.

Антифрикционные добавки – растительные и животные жиры, нафтеновые кислоты – вводятся на случай необходимости, они поддерживают общее смазывающее действие основы. Противоизносные – чаще всего представляют собой металлоорганические соединения – работают при нормальных тепловых и нагрузочных режимах, когда масляная пленка надежна.

При очень высоких нагрузках, когда пленка может разорваться, вступают в действие противозадирные присадки, совмещающие в себе сложные соединения серы, хлора и фосфора – они «держат» пленку до возвращения в нормальный режим, а если она всё же разорвана, восстанавливают её.

Вязкостные характеристики и температура

Для улучшения вязкостно-температурных свойств масла используются вязкостные добавки. Они обеспечивают плавные изменения вязкости при колебаниях температуры.

Известно, что скорость нагрева масла в трансмиссии значительно ниже, чем в двигателе. Когда мотор уже прогрет и готов к движению, коробка и мосты ещё холодные. Шестерни работают с густым, а зимой – полузастывшим маслом; потери энергии в этом случае значительные – и расход топлива увеличивается на 8-12% по сравнению с работой с прогретой трансмиссией.

Долгое время для смазки трансмиссий использовали неочищенные остаточные масла. Например, нигрол, который при 100°С имеет вязкость 20-35 сСт – это вполне неплохо. Но чтобы достичь такого режима, нужно ещё разогреться, а для этого следует сперва сдвинуться с места.

Если на улице ноль или чуть ниже, в ваших мостах будет желе с вязкостью 50 000-100 000 сСт (!) – дело не в качестве масла, а в смолах, содержащихся в нигроле (можно и не знать, что это такое «сСт», просто сравнить порядки чисел). Пока мосты не прогреются, 45-50% мощности двигателя теряется в трансмиссии на прокручивание шестерен в полузастывшем масле.

В сильный мороз – можно соболезновать и бежать за паяльной лампой. В противном случае с места не сдвинетесь. Не забудьте подстилку – не лето всё-таки…

Это было давно. Современные масла не создают таких проблем, нужно просто правильно выбрать из огромного количества марок ту, которая подходит к климатическим условиям.

Как удалось найти замену неприятному нигролу и ему подобным?

Во-первых, с помощью совершенствования методов очистки масляных основ от смол, парафинов и прочих веществ, которые могут быстро застывать.

Во-вторых, смешивая остаточные базовые масла с дистиллятными, как уже упоминалось выше. И в-третьих, последний, крайне важный шаг — введение в масло вязкостных присадок – полиизобутиленов и полиметакрилатов.

Масло с хорошо подобранными вязкостными добавками почти не густеет на морозе и почти не разжижается во время работы. На сегодня есть марки, для которых нормой считается вязкость не более 2500 сСт при -45 °С.

Масла для гидромеханических передач

К маслам, работающим в гидромеханических передачах (ГМП), предъявляются более строгие требования по вязкости, антифрикционным, противоизносным и противоокислительным свойствам, чем к тем, что используются в других агрегатах.

Поскольку ГМП включает в себя несколько различных узлов – гидротрансформатор, шестеренчатую коробку передач и сложную систему управления – спектр обязанностей масла весьма широк. Оно смазывает, охлаждает и передает крутящий момент. Единственное облегчение для ГМП – меньшие (в 1,5-3 раза) динамические нагрузки по сравнению с обычными КПП, благодаря отсутствию жёсткой связи между двигателем и трансмиссией.

Средняя рабочая температура масла в картере ГМП составляет 80-95 °С, а в условиях жаркой погоды при городском цикле движения она может достигать 150 °С. Конструкция ГМП такова, что при превышении мощности двигателя, необходимой для преодоления дорожного сопротивления, перерасход вводит в действие внутреннее трение масла, что дополнительно нагревает его.

Высокие скорости потока масла в гидротрансформаторе и высокая температура вызывают интенсивное перемешивание, что приводит к вспениванию. Это создаёт условия, во-первых, для окисления масла, а во-вторых, для коррозии металлов.

Что касается предотвращения износа контактирующих поверхностей… Разнообразие материалов в парах трений ГМП (сталь-сталь, сталь-металлокерамика, сталь-бронза) затрудняет выбор антифрикционных добавок к маслам. Одни добавки снижают износ стали, но увеличивают износ цветных металлов, другие – наоборот.

К тому же разнородные материалы, находясь в вспененном и постепенно насыщенном кислотами и водой масле, образуют электрохимические пары, что тоже никоим образом не улучшает качество ухода как за металлом, так и за маслом.

В таких условиях масло должно не только оберегать себя и трущиеся детали, но и действовать как среда передачи крутящего момента, обеспечивая высокий КПД трансмиссии.

И вот здесь требования к вязкости совсем противоположны тем, что действуют при обычной смазке.

Для смазывающей работы шестерен нужна высокая вязкость, а для нормальной работы гидротрансформатора – низкая (4-9 сСт при 100 °С).

Соблюсти все эти требования очень сложно. Ошибка в выборе может обойтись дорого. Поэтому мы не рекомендуем менять масло в ГМП самостоятельно, если вы не проконсультировались со специалистами.

Обычная трансмиссия обычно простит неправильный выбор, она будет работать довольно долго. Гидромеханическая – сделает это немедленно.

Классификация трансмиссионных масел

Трансмиссионные масла классифицируются по вязкости и уровню эксплуатационных свойств.

• Международная классификация по вязкости SAE (Society of Automotive Engineers) делит масла на 7 классов: 4 зимних с индексом W (Winter) и 3 летних. Если масло всесезонное, у него двойная маркировка, например, SAE 80W-90, SAE 75-90 и т. д.
• Классификация по эксплуатационным свойствам API (American Petroleum Institute) делит масла на 6 групп в зависимости от области применения, которая определяется типом зубчатой передачи, единственным контактным нагрузками и рабочей температурой.
• Масла для автоматических коробок передач имеют специальные индексы, наиболее известные из которых – Type A, Type F, Dexron, Mercon. Они различаются преимущественно фрикционными характеристиками. Все эти жидкости, как правило, являются минеральными маслами с хорошей низкотемпературной текучестью.

Type A и Dexron соответствуют требованиям, предъявляемым к автоматическим трансмиссиям General Motors.

Mercon – для автоматов Ford, выпущенных после 1981 года. А Type F – для Ford, выпущенных до 1981 года.

Это не означает, что они не подходят для коробок других производителей – привязка к фирме указывает лишь на то, что масла разрабатывались по их заказу и сертифицированы их специалистами.

Перепутать масла для коробок-автоматов с обычными трансмиссионными довольно сложно – первые, как правило, имеют красный цвет.