ATF для Jeep Grand Cherokee (Часть 3)

Продолжим. Напомню, что рассматриваем, так скажем, этапы создания первой в мире спецификации на масло для гидромеханических трансмиссий ATF «Type A». В предыдущей записи остановились на том, что для смазки шестерен планетарных редукторов кинематической вязкости 7 сСт при 100°С недостаточно. При этом, применять серосодержащие присадки бесполезно, т.к. удельные нагрузки в планетарных редукторах не достигают тех значений, при которых в зоне контакта металла об металл образовывался бы сульфид железа. Да ещё и нельзя забывать, что в гидромеханических трансмиссиях появились пары трения не только металл об металл, но и, например, металл по латуни (втулки, упорные шайбы и т.п.). При трении металл по латуни серосодержащие противозадирные присадки тоже не работают. Наверное, вы будете смеяться, но и в этом случае применили кашалотовый жир. Всё просто. Поскольку в данном масле в качестве вязкостной, и одновременно депрессорной, присадки применяли спермацет, то после его выделения из кашалотового жира оставалось спермацетовое масло. В него «добавили» серу и получили осернённое спермацетовое масло – отличную противоизносную присадку к маслу. Может быть, это и выглядит примитивно (даже сейчас до конца не выяснили место присоединения атомов серы в молекулах спермацетового масла), но эффективность была на уровне современной отечественной цинкосодержащей противоизносной присадки ДФ-11, которая, помимо цинка, содержит фосфор и серу.

Таким образом, проблема смазки механизмов гидромеханической трансмиссии именно этим маслом, была решена. Кроме этого добавили моющую присадку (не буду уже «грузить» читателей химическими формулами), на основе кальция и ещё присадку от вспенивания на основе кремния (силикона).
Теперь рассмотрим, наверное, самую интересную особенность масла для гидромеханических трансмиссий, а именно, фрикционные свойства. Как уже упоминалось выше, до создания спецификации ATF «Type A» в гидромеханических трансмиссиях применяли обычную моторную «минералку» («синтетики-то в 1949-м году ещё не было). Проблема состояла вот в чём. Во время включения сцепления ведущие и ведомые диски сначала «скользили» между собой. При определённом усилии сжатия они «схватывались» и в этот самый момент передаваемый дисками крутящий момент резко возрастал, что приводило к пробуксовке дисков между собой. Но усилие сжатия продолжало возрастать и, буквально, через несколько десятых долей секунды возрастало на столько, что диски снова схватывались уже окончательно. За время включения сцепления такие циклы, «пробуксовка-схватывание», могли многократно повторяться, вызывая при этом вибрацию, рывки и, конечно, чрезмерный нагрев и износ самих дисков. Для устранения этой проблемы необходимо было увеличить фрикционные свойства масла. Как же можно повысить фрикционные свойства (читай, трение), если масло по определению призвано трение снижать? Как известно, в этом мире всё относительно. Вот и будем сравнивать поведение дисков в случаях применения разных масел. Итак, диски начинают сжиматься. При этом, усилие сжатия возрастает, а скорость скольжения дисков между собой, естественно, снижается до тех пор, пока не станет равной нулю. И всё это время передаваемый на ведомые диски крутящий момент тоже будет увеличиваться. Представим, что в первом случае между дисками будет вода, а во втором — масло. Да что там масло? Пусть будет Литол-24. В случае, с Литолом, некоторое трение между дисками «появится» ещё до того, как диски соприкоснутся между собой (похожий эффект наблюдается, например, при работе вискомуфы). А в случае с водой, для «появления» такого же трения диски не только должны иметь контакт между собой, но ещё и должны быть сжаты некоторым усилием. Другими словами, динамический (во время скольжения дисков между собой) коэффициент трения у Литола-24 (ну не у самого Литола, конечно же, а между дисками) больше, чем у воды. Теперь посмотрим, что произойдёт, когда усилие сжатия дисков достигнет такого значения, что они «схватятся» между собой? В каком из этих случаев теперь уже статический коэффициент трения будет больше? Конечно же, в случае с водой. Вода просто выдавится из пространства между дисками и трение между ними будет, практически, сухое. А вот Литол-24 настолько вязкий, что какое-то его количество между дисками останется и в этом случае статический коэффициент трения будет ниже, чем в случае с водой. Сделаем простой и понятный вывод. Чем меньше вязкость масла и чем хуже оно (масло) держится на дисках, тем меньше динамический коэффициент трения и больше статический. И наоборот, чем выше вязкость и чем лучше масло «прилипает» к дискам, тем больше динамический коэффициент трения и меньше статический. Вот и весь «секрет» фрикционных свойств масла. Теперь посмотрим, что нам даст ATF «Type A» в сравнении с моторным маслом, в плане фрикционных свойств. Во-первых, ATF «Type A» имеет очень высокий индекс вязкости 130. У моторного масла 1949-го года выпуска этот показатель, в самом лучшем случае, порядка 80. Это значит, что в то время, когда диски ещё скользят между собой и масло, естественно, нагревается, вязкость ATF «Type A» снизится меньше, чем вязкость моторного масла. Т.е., при прочих равных, динамический коэффициент трения ATF «Type A» будет выше, чем моторного масла. Другими словами, фрикционные свойства ATF «Type A» в этот момент будут выше, чем у моторного масла. Кроме этого, вспомним, что на стороне ATF «Type A» выступает наличие в нём (в масле) или в ней (в жидкости для автоматических трансмиссий) цетилпальмитата – сложного эфира (эстера). Это т.н. поверхностно-активное вещество, молекулы которого обладают некоторым электрическим зарядом и как бы «прилипают» к металлическим дискам сцепления, что ещё больше увеличивает динамический коэффициент трения (вспомните «эксперимент» с Литолом). Сделаем простой и понятый вывод. Фрикционная присадка к маслу представляет собой ни что иное, как углеводородное химическое соединение, имеющее молекулу с длинной цепью, нормальным (неразветвлённым) строением и полярной группой (например, эфирной), которая способствует «прилипанию» к металлическим поверхностям. Посмотрим ещё раз на структуру цитилпальмитата.

Вот это, самая что ни на есть, фрикционная присадка к маслу. Кстати, примерно такие же молекулы (не цетилпальмитата, конечно) составляют специальную присадку, которую нужно добавлять в мосты с т.н. LCD дифференциалами.
Ну, хорошо. Вернёмся к ATF «Type A». А что, вообще, даёт высокий динамический коэффициент трения? Много чего. Диски начинают раскручиваться раньше и плавнее, чем на моторном масле. И «схватывание», также происходит не так резко. При этом в зоне контакта дисков всегда присутствует некоторое количество масла, что снижает их износ. Ну а меньший, по сравнению с моторным маслом, статический коэффициент трения легко компенсируется. Если не увеличением количества дисков в сцеплении или площади фрикционных накладок, то увеличением силы сжатия дисков. Думаю, что с фрикционными свойствами ATF «Type A» разобрались. Но вот у фирмы «Форд» долгое время был, так скажем, свой взгляд на то, какими фрикционными свойствами должно обладать масло для гидромеханических трансмиссий. Не знаю, как на счёт ATF «Type A», но следующую спецификацию GM для ATF «Type A Suffix A» «Форд» в своих гидромеханических трансмиссиях применял. Но, как водится, поначалу, помимо достоинств нового масла, выявились и его недостатки. Во-первых, это необходимость частой замены. Дело в том, что, как вы уже знаете, ключевую роль в масле ATF «Type A» и «Type A Suffix A» (сокращённо, TASA) играли спермацет и осернённое спермацетовое масло. А это продукты животного происхождения, т.е., и то и другое было не в чистом виде, а с различными примесями и, если можно так выразиться, мутациями (природа-то создавала кашалотовый жир для других целей). По этой причине такое масло быстро окислялось и теряло свои первоначальные свойства, что и приводило к необходимости его замены уже через 200-250 часов работы. Ну и во-вторых, так часто менять масло в то время было накладно, т.к. цена его была немаленькой (впрочем, оно и сейчас недешёвое). Вот в фирме «Форд» и решили, что время такого масла ещё не наступило и, по-моему, в 1959-м году, создали свою спецификацию «M2C33» для своей новой тогда трансмиссии «Merc-o-Matic». Конечно же, «фордовское» масло было похуже GM’овского (позже мы сравним его характеристики с другими ATF), но зато дешевле и долговечнее. По фрикционным свойствам оно было ближе к моторным маслам, т.е. динамический коэффициент трения был меньше статического. На работе трансмиссии «Merc-o-Matic» это, если и отразилось, то некритично, т.к. проектировали её именно под это масло. Да и нельзя забывать, что в то время конструкция самих гидромеханических трансмиссий была ещё далека от совершенства и им многое прощалось. Как бы то ни было, но «Форд» сохранял такое положение вещей до 1978-го года, когда им была создана спецификация M2C138-CJ, характеристики которой соответствовали GM’овской Dexron II и, соответственно, новые «фордовские» АКПП строились уже под эту спецификацию.
Но вернёмся к ATF «Type A». Напомню, что это была первая в мире спецификация на масло (точнее, жидкость) для гидромеханических трансмиссий. Теперь мы знаем, как всё начиналось. Но осталось ещё много вопросов. Как эти жидкости развивались дальше и до чего развились? В чём отличия других спецификаций? Какие ATF взаимозаменяемые, а какие нет и почему? Об этом давайте уже в другой раз.