Масло в АКПП выполняет несколько функций, каждая из которых предъявляет к его свойствам свои требования.
Масло в АКПП применяется:
- В гидротрансформаторе для передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач.
- Для отвода тепла от фрикционных элементов управления зубчатых зацеплений и из гидротрансформатора.
- Для удаления продуктов износа, образующихся в результате взаимодействия трущихся поверхностей.
- Для обеспечения смазки всех трущихся поверхностей.
- В системе управления.
Масла, используемые в механических коробках передач, совершенно не пригодны для трансмиссий с АКПП, поэтому были разработаны специальные типы масел (ATF).
Для соединения коленчатого вала двигателя с ведущим валом коробки передач в трансмиссиях с АКПП используются гидротрансформаторы. В качестве рабочего тела в этих агрегатах используется масло, с помощью которого и осуществляется, в случае отсутствия блокировки гидротрансформатора, формирование крутящего момента на ведущем валу коробки передач. Использование масла в качестве рабочего тела предъявляет к нему специфические требования, одно из которых – достаточно большой удельный вес.
Как известно, во время работы гидротрансформатора, зубчатых зацеплений и фрикционных элементов управления выделяется большое количество теплоты. Поэтому одной из задач масла и является отвод выделившейся теплоты от указанных элементов в масляный радиатор, где оно отдает теплоту во внешнюю среду. Из этого следует, что масло должно быть устойчивым к длительному воздействию высоких температур.
Для нормальной работы зубчатых зацеплений, фрикционных элементов управления и подшипников необходимо обеспечить подвод к этим узлам достаточного количества масла. Поэтому масло должно обладать хорошими смазывающими свойствами.
Помимо охлаждения и смазки, масло используется для отвода продуктов износа, образующихся во время работы элементов коробки передач. Поэтому оно содержит специальные присадки, которые предотвращают ржавчину и окисление деталей. Кроме того, в масло добавляют присадки, способствующие нахождению продуктов износа во взвешенном состоянии, что улучшает их отвод из рабочей зоны коробки передач и обеспечивает более качественную очистку масла в фильтрах.
И, наконец, масло используется в системе управления, так же как и в трансформаторе, в качестве основного рабочего тела. Для обеспечения нормальной работы системы управления и достаточного ее быстродействия необходимо, чтобы масло имело как можно меньшую вязкость.
Каждая из перечисленных функций предъявляет маслу вполне определенные требования, причем некоторые могут в значительной мере противоречить друг другу. Использование для каждой системы отдельного типа масла значительно усложнило бы конструкцию коробки передач и сильно снизило бы ее надежность. Поэтому разработчики АКПП пошли по пути создания масла, которое могло бы удовлетворить по своим свойствам всем перечисленным выше требованиям. Результатом стала разработка специального масла для автоматических коробок передач.
Масла для АКПП разделяются на три класса минеральные, полусинтетические и синтетические. Большинство изготовителей трансмиссий используют в АКПП минеральное масло, и рекомендуют для замены использовать такое же масло. Однако некоторые европейские производители используют полусинтетическое масло.
Масло для автоматических коробок передач представляет собой смесь, основой которой (85-90%) является сырая нефть или базовое сырье. Остальные 10-15% составляют присадки, обеспечивающие маслу требуемые свойства. Поскольку основой масла является сырая нефть, то это и определяет его основные недостатки. Сырая нефть обладает повышенной вязкостью, склонна к окислению, вспениванию и отрицательно реагирует на воздействие высокой температуры. Словом, обладает всеми теми качествами, которые не должно иметь масло для АКПП. Исправить все эти недостатки можно с помощью специальных присадок.
Хотя масла от различных производителей и отвечают всем требованиям, предъявляемым маслу для АКПП, но это вовсе не означает, что все они идентичны по химическому составу. Поэтому ко всем перечисленным выше требованиям добавляется еще одно – совместимость с маслами других производителей. Совместимость оценивается следующим образом. Масло смешивается с маслами других производителей. Эта смесь подвергается воздействию предельно допустимых высокой и низкой температур, диапазон которых определяется рабочими режимами АКПП. При этом смесь всегда должна остаться полностью смешанной и не изменять свой цвет.
- предотвращать образование в масле воздушных пузырьков (антивспениватели);
- повысить температуру воспламенения масла;
- предотвращать соединение масла с кислородом (антиокислители);
- обеспечить нейтральность масла по отношению к деталями из резины (предотвращать разбухание резиновых уплотнений и прокладок);
- повысить износостойкость фрикционных узлов;
- предотвращать коррозию металла, с которым контактирует масло (ингибиторы коррозии);
- удерживать продукты износа во взвешенном состоянии (диcперсанты);
- обеспечивать требуемое значение коэффициента трения во фрикционных элементах управления АКПП (модификаторы трения);
- обеспечить незначительное изменение вязкости масла при низких температурах;
- обеспечить отличительные особенности масла от всех других типов масел, используемых в автомобиле (краситель, как правило, красного цвета).
Вязкость масла
Вязкость масла определяется его внутренним трением или, другими словами, сопротивлением течению масла. Чем выше вязкость, тем больше сопротивление течению. В случае высокого значения вязкости масла возникают задержки в переключении передач и увеличивается время скольжения фрикционных элементов управления при их включении, что вызывает повышенный износ поверхностей трения.
Однако если вязкость масла слишком низкая, то это отрицательно скажется на работе зубчатых зацеплений и подшипников, поскольку в этом случае пленка масла между контактирующими поверхностями становится менее прочной и может разрушиться при незначительных контактных усилиях. Разрушение масляной пленки приведет к прямому взаимодействию контактирующих поверхностей и, как следствие этого, появлению задиров. Кроме того, пониженное значение вязкости способствует увеличению внутренних и внешних утечек масла.
Вязкость определяется прежде всего содержанием в сырой нефти воска. Поэтому при изготовлении масла для АКПП используется сырая нефть с низким содержанием воска, и в качестве присадки в нее добавляют химикалии, которые способствуют снижению вязкости сырой нефти. Кроме того, вязкость масла серьезно зависит от температуры. Она увеличивается при низких температурах и уменьшается при нагревании. По сравнению с другими автомобильными смазочными материалами, масло для АКПП должно лишь незначительно изменять свою вязкость в условиях низких температур.
Присадки, называемые присадками вязкости, позволяют маслу для АКПП сохранять вязкость практически неизменной в широком диапазоне температур.
Температура воспламенения
Температура воспламенения – это температура, при которой пары нагретого масла загораются от воздействия открытого огня, т.е. температура начала горения масла при воздействии на него открытого пламени. Для минерального масла, изготовленного на базе сырой нефти, температура воспламенения равна 149°С, а для синтетического – 204°С.
Вспенивание масла
Быстро вращающиеся детали коробки передач перемешивают масло с такой силой, что вызывают его вспенивание, т.е. образование воздушных пузырьков во всей массе масла. Это вызывает изменение свойств самого масла. Оно становится сжимаемым, что соответствующим образом сказывается на работе системы управления АКПП. Вспенивание масла приводит к снижению давления в основной магистрали и, как следствие этого, увеличению времени скольжения во фрикционных элементах управления в процессе их включения. Это вызывает повышенный износ фрикционных накладок и увеличивает выделение тепла в масло. В результате перегрева масло теряет свои свойства и АКПП быстро выходит из строя с очень тяжелыми последствиями. Кроме того, вспенивание масла может привести к его утечке через сапун и попаданию на элементы системы выпуска отработанных газов двигателя, и, как следствие, к возгоранию масла.
Во избежание этих проблем в масло для АКПП добавляют антивспенивающие присадки, которые препятствуют возникновению воздушных пузырей и снижают срок существования возникших пузырей.
Стойкость к окислению
Работа масла при высокой температуре и большой нагрузке способствует быстрому окислению его молекул, что вызывает значительное сокращение несущей способности масла и, вследствие этого, быстрый выход из строя всей коробки передач. Кроме того, образующийся при окислении масла лак может вызвать заклинивание клапанов системы управления, в результате чего она перестает нормально работать.
Окисление масла весьма существенная угроза работоспособности АКПП, поскольку скорость химической реакции удваивается с повышением температуры на каждые 10°С. С тем, чтобы предотвратить быстрое окисление масла, в него добавляют присадки, которые называются противоокислительными ингибиторами.
Антикоррозийные свойства
Масло для АКПП также должно содержать присадки, называемые ингибиторами коррозии, которые предотвращают коррозию металлических деталей АКПП (особенно изготовленных из латуни и бронзы). Эти материалы обычно используются для изготовления масляных радиаторов и подшипников скольжения.
Нейтральность масла по отношению к деталям из резины
Масло для АКПП должно также быть совместимо с резиной, нейлоном, тефлоном и другими синтетическими материалами, которые используются при изготовлении уплотнений, некоторых элементов гидравлических клапанов, привода спидометра и других элементов трансмиссии.
Антифрикционные свойства масла
В масло для АКПП добавляется достаточно большое количество антифрикционных присадок, назначение которых – снижать износ трущихся поверхностей зубчатых зацеплений и подшипников. В качестве антифрикционных присадок могут использоваться цинк, сера и фосфор.
Способность масла удерживать продукты износа во взвешенном состоянии
Присадки, называемые дисперсантами, удерживают в масле продукты износа деталей АКПП во взвешенном состоянии. Это препятствует образованию осадка и обеспечивает с помощью масла доставку продуктов износа к фильтрам, где они и улавливаются.
Обеспечение требуемого значения коэффициента трения во фрикционных элементах управления АКПП
Кроме всего перечисленного, в масло для АКПП добавляют присадки для обеспечения стабильного значения коэффициента трения во фрикционных элементах управления. Эти присадки называются модификаторами трения.
В настоящее время масла для АКПП классифицируются на две группы: с изменяемыми и неизменяемыми фрикционными свойствами. К маслам с изменяемыми фрикционными свойствами относятся: масло Type A, DEXRON, MERCON, и MOPAR ATF-ПЛЮС, а к маслам с неизменяемыми фрикционными свойствами: масло Type F и Type G. Изменение фрикционных свойств этих двух групп масел происходит противоположным образом. Для выяснения основных отличий между этими двумя группами масел познакомимся сначала с двумя терминами: коэффициентом трением покоя и коэффициентом трения скольжения.
Коэффициент трения покоя – это коэффициент трения между двумя контактирующими поверхностями, которые находятся относительно друг друга в неподвижном состоянии. Коэффициент трения скольжения – коэффициент трения между двумя контактирующими поверхностями, которые скользят относительно друг друга. Как правило, коэффициент трения покоя больше коэффициента трения скольжения.
У масел с неизменяемыми фрикционными свойствами коэффициент трения скольжения увеличивается с уменьшением скорости скольжения фрикционного элемента, т.е. в начале включения фрикционного элемента коэффициент трения скольжения больше, чем в конце этого процесса. Иными словами, коэффициент трения покоя у масел с неизменяемыми фрикционными свойствами больше, чем коэффициент трения скольжения.