Чекасов Владимир Сергеевич
Уссурийск 2011
Введение
Для начала следует понять, что тормозная жидкость – это рабочее тело гидравлической тормозной системы, передающее давление от главного тормозного к колесным цилиндрам, которые прижимают тормозные колодки к дискам или барабанам. От того, насколько эффективно решается эта задача, напрямую зависит жизнь самого водителя и его пассажиров. Гидравлический тормозной привод современного автомобиля получил такое название потому, что все его полости заполнены специальной жидкостью. Педаль тормоза связана с поршнем главного тормозного цилиндра. При торможении жидкость из цилиндра вытесняется и передает усилие на поршни колесных тормозных цилиндров. Последние выдвигаются, приводя в действие тормозные колодки, и автомобиль замедляет ход или останавливается.
И поскольку большинство жидкостей, в отличие от газов, практически несжимаемо, давление будет передаваться по жидкости, и по истечении ничтожно малого времени будет одинаковым во всем объеме, занимаемом этой жидкостью. При резком торможении давление в системе может достигать 100 атмосфер!
То есть жидкость проводит давление примерно так же, как провода проводят электрический ток. И поскольку провода делают не из первого попавшегося материала, а из того который подходит, так и жидкость должна иметь определенные свойства, чтобы быть хорошим проводником давления.
Два свойства наиболее важны:
1) она должна оставаться жидкостью, то есть при рабочих условиях не кипеть и не замерзать;
2) она должна сохранять свойства в течение длительного времени.
В 1917 году шотландцем М.Локхидом была разработана тормозная система с гидравлическим приводом, в то время использовали глицерин или его смесь с водой и касторовым маслом, но впервые жидкость применена на автомобиле («Бугатти») только в 1921 г. Тормозные жидкости производились на основе касторового масла или многоатомных спиртов - гликолей. Эксплуатационные качества лучше у жидкостей на "касторовой" основе. Касторовое масло обладает высокими смазывающими свойствами и не вызывает "раскисания" натуральной резины, из которой изготовлены уплотнительные детали тормозной системы. Однако высокая температура застывания (-600С) и немалая стоимость исключают возможность применения чистого касторового масла в качестве тормозной жидкости.
В последние годы в основном применяются тормозные жидкости на основе гликолей (двухатомных спиртов) и их производных. Все они по классификации DOT взаимозаменяемы, абсолютно нейтральны по отношению к резиновым и металлическим деталям тормозных систем. Следует помнить, что смешивать жидкости разных классов и производителей не рекомендуется, так как возможно изменение их свойств. Запрещено смешивать гликолевые жидкости с касторовыми.
Качество тормозной жидкости тем лучше, чем выше следующие ее параметры и характеристики:
• температура кипения собственно жидкости в том числе, при поглощении 2—4% влаги;
• вязкостно-температурные свойства и их стабильность;
• антикоррозионные и смазывающие свойства;
• совместимость с резиновыми деталями.
Обозначение
DOT - сокращение от United States Department of Transportation (USDOT или просто DOT): Департамент транспорта США, занимающееся вопросами безопасности транспорта. Именно этот департамент разработал спецификацию минимальных требований к характеристикам тормозных жидкостей и разбил их на классы в своём стандарте FMVSS №116. Классы эти и получили название и маркировку по родившему их департаменту и поскольку документ этот с технической точки зрения не противоречил здравому смыслу (что само по себе нонсенс, учитывая что речь идёт о США), то он успешно был подхвачен мировым сообществом для классификации тормозных жидкостей.
Стандарт обозначает классы тормозной жидкости как DOT 3, DOT 4, DOT 5 и DOT 5.1, однако на отечественном рынке можно встретить так же тормозные жидкости с маркировками DOT 4.5 и DOT 4+. Последний скорее всего является тем же самым, что и DOT 4.5 и оба не классифицируются американским стандартом. Маркировка тормозной жидкости DOT 5.1 не имеет никакого отношения к марке DOT 5 и это является исключением из здравого смысла американцев, в который мы по наивности поверили вначале, в рамках стандарта.
В большинстве современных гидравлических тормозов сейчас применяется тормозная жидкость маркировки DOT различных марок. Исключение составляют разве что гидравлические тормоза фирм Shimano и Tektro, где в качестве жидкости используется минеральное масло собственной марки.
Многие производители, придерживаясь классификации в соответствии со стандартом выпускают тормозную жидкость с более высокими показателями, чем это требуется для ихнего и даже более высокого класса, таким например является неприкаянный DOT 4.5 или встречающийся иногда Super DOT 4. Не буду называть производителя последней марки, отмечу лишь что производитель заявляет по всем пунктам характеристики значительно превосходящие даже DOT 5.1 в стандарте. Так почему же тогда он всё таки 4, а не 5.1? Ответ кроется в детальном анализе содержимого, который должна пройти жидкость при сертификации и маркетинговом желании продать подороже то, что есть. Чаще всего продукты маркировок DOT 4+, DOT 4.5, Super DOT 4 и т.д. действительно превосходят по части параметров тот же DOT 4, но не отвечают по каким либо отдельным требованиям более высокому классу, например могут не содержать в достаточном объёме (или вообще не содержать) антикоррозионных присадок, наличие которых требует маркировка DOT 5.1, так что главное понимать, что будь тормозная жидкость хоть MegaPuper DOT 4.999, она всё равно по сути своей является обычным DOT 4 и не более того.
Состав
DOT - это система классификации, предложенная Американским Департаментом Транспорта [Department of Transport], которая классифицирует тормозные жидкости согласно температуре закипания и вязкости сухой и содержащей влагу жидкости. Жидкости DOT 3 и DOT 4 представляют собой минеральные масла, основанные на полигликопях. Основой жидкости DOT 5 является силикон, и она не может быть смешана с полигликолями. DОT 5.1 подобна DОT 3 и DOT 4 и поэтому совместима с ними, так как она основывается не на силиконе. DOT 5.1 была разработана для использования в антиблокировочных тормозных системах и обладает меньшей вязкостью.
В качестве основы, во всех тормозных жидкостях кроме DOT 5, используется полиэтиленгликоль в сочетании с полиэфирами борной кислоты, а для DOT 5 в качестве основы применяется силикон. Тормозные жидкости DOT 3, DOT 4 и DOT 5.1 имеют одну основу и могут взаимозаменять друг друга без каких либо проблем, по крайней мере в пределах одного производителя. Некоторые производители используют в качестве основы для производства DOT 3 (а возможно и других марок) полиалкиленгликоль. Информации по несовместимости жидкостей на основе полиэтиленгликоля и полиалкиленгликоля нигде не удалось найти, а знание химии в первом приближении позволяет заявить, что такая смесь будет работать не хуже чем исходные компоненты. Так же отдельно существует класс жидкостей DOT 5.1/ABS, предназначенный специально для машин с системой антиблокировки колёс, в состав которого входят как гликолевые, так и силиконовые соединения, делающие эту жидкость несовместимой ни с одной другой.
При смешивании жидкостей на гликолевой основе (DOT 3, DOT 4 или DOT 5.1) с жидкостью DOT 5 на силиконовой основе происходит химическая реакция, в результате которой получается состав не отвечающий никаким требованиям тормозной жидкости и являющийся агрессивным по отношению к материалу уплотнителей. Замена гликолевой тормозной жидкости на силиконовую возможна, но для этого требуется предварительно прочистить и тщательно просушить всю тормозную систему от старой тормозной жидкости. Преимущества такой замены, в случае велосипеда крайне неочевидны.
Тормозная жидкость (ТЖ) состоит из основы (ее доля 93-98%) и различных присадок (остальные 7-2%). Устаревшие жидкости, например “БСК”, изготовлены на смеси касторового масла и бутилового спирта в пропорции 1:1. Основа современных, наиболее распространенных, в том числе (“Нева”, “Томь” и РосДОТ, она же “Роса”), - полигликоли и их эфиры. Гораздо реже применяют силиконы. В комплексе присадок одни из них препятствуют окислению ТЖ кислородом воздуха и при сильном нагреве, а другие - защищают металлические детали гидросистем от коррозии. Основные свойства любой тормозной жидкости зависят от сочетания ее компонентов.
Температура кипения
Тормозная жидкость - основной передаточный элемент механизма гидравлических тормозов, отвечающий за передачу усилия от тормозной ручки к тормозным колодкам. Как известно из курса физики, жидкость практически не сжимаема по сравнению с газом, а следовательно всё усилие рукоятки полностью передаётся на тормозные колодки. Трение тормозных колодок о диски (роторы) и является той самой механической силой, поглощающей кинетическую энергию движения велосипеда (машины, мотоцикла, болида формулы-1) а проще говоря, останавливает его. Но по закону сохранения, никакая энергия не пропадает бесследно и энергия движения в тормозах преобразуется трением в обычное тепло, нагревая колодки и ротор. Нагреваясь, жидкость закипает образуя пузыри пара, которые как и любые газы, подвержены сильному сжатию. Сжимаясь, газ препятствует передаче тормозного усилия и тормоза попросту перестают эффективно работать.
Температура кипения классов тормозной жидкости, в соответствии со стандартом, представлена на следующем графике.
Все гликолевые тормозные жидкости гигроскопичны и со временем эксплуатации жидкость поглощает влагу из воздуха, с которым входит в контакт. Значение "новой" тормозной жидкости на графике соответствует её нормальному обезвоженному состоянию, в котором она бывает сразу после покупки, а "старой" она становиться после того, как поглотит 3,5% воды. Поскольку стандарт не знает такого класса как DOT 4.5 (на графике пунктиром), то изучение надписей на коробках и ассортимента продаваемой продукции показало, что это тот же DOT 4, с присадками позволяющими повысить некоторые характеристики, в том числе и температуру кипения. На самом деле кривая температуры кипения DOT 4.5 может располагаться во всём диапазоне пространства от красной (DOT 4) до жёлтой (DOT 5) линии, в зависимости от того, что туда напихал производитель.
Опыт показывает, что рабочая температура тормозной жидкости в наиболее горячих точках системы примерно такова: 60-70ОС при движении по шоссе, 80-100ОС в городе и 100-120ОС на горных дорогах. Но это в среднем, а в напряженных условиях она нередко достигает 150ОС и даже больше, поскольку, например, тормозная колодка при нескольких экстренных торможениях нагревается до 600ОС. Поэтому жидкость в неблагоприятной ситуации может закипеть, а это грозит катастрофой: объем главного цилиндра невелик (всего 5-15 мл), а как только объем пузырьков пара в системе превысит эту величину, то тормоза полностью откажут. Но и до этого, при малых размерах паровых пробок, эффективность тормозов уже заметно падает.
У современных тормозных жидкостей температура кипения намного выше критической (то есть 150ОС), но этим нельзя обольщаться. Вещества, входящие в их состав, по большей части очень гигроскопичны, то есть легко впитывают влагу из воздуха, а резиновые манжеты служат плохой преградой для этого процесса. Точка кипения “увлажненной” жидкости по сравнению с “сухой” намного ниже, она легко падает до критической величины и даже дальше. Поэтому в паспортных данных всегда указывают два значения температуры кипения: без влаги и с содержанием 3,5% воды. Если последняя мала, то в системе с дисковыми тормозами такую жидкость применять не следует.
Срок службы
Срок эксплуатации, в течении которого жидкость набирает влагу и становиться старой для DOT 3 и DOT 4 составляет 2-3 года при эксплуатации в автомобиле, в велосипеде этот срок видимо будет значительно дольше. DOT 5.1 более гигроскопична, но и содержит гораздо большее количество присадок, поэтому срок службы её в автомобиле может достигать 4-5 лет, т.е. на средний срок службы самого велосипеда её вполне может хватить целиком. Силиконовая жидкость DOT 5 вообще слабогигроскопична и срок службы её может достигать до 10-15 лет, но она имеет ряд других проблем, в частности высокая степень аэрации вследствие высокого показателя растворимости воздуха и как результат DOT 5 запрещена к применению в машинах с антиблокировочной системой (ABS), но к счастью велосипедов это не касается.
Замену тормозной жидкости нужно производить один раз в 1,5 – 2 года, или через 40 000 км пробега. Специалисты автосервиса советуют в условиях сырого Приморского климата делать это один раз в год – это позволит дольше сохранить детали тормозной системы в исправном состоянии.
Если жидкость поменяла свой цвет на серо- бурый, ее нужно заменить немедленно, так как в ней накопились продукты разложения, трения и износа деталей. (Если помните, в моторном масле все наоборот – потемнение масла означает, что в нем хорошо работают моющие присадки). Частицы грязи могут привести к заклиниванию тормозных цилиндров и отказу тормозов. Поэтому потемневшую жидкость нужно менять, не дожидаясь истечения установленного срока. Цвет жидкости отследить очень просто – бачок для жидкости в моторном отсеке – прозрачный.
Общепринятое мнение, что «оригинальные» жидкости TOYOTA, NISSAN, HONDA наилучшим образом подходят для японских автомобилей. Кстати, применяться они могут на автомобилях всех марок. Стоят они на порядок дороже отечественных жидкостей.
Российские жидкости РосДот 4, РосДот 4,5, LUXOIL EXTRA – соответствуют самым современным стандартам безопасности, имеют высокую температуру кипения «сухой» жидкости – не менее 2600С и «увлажненной» - 1600С. Все эти жидкости предназначены для использования в гидроприводах тормозов и сцеплений всех автомобилей иностранного и Российского производства, оснащенных дисковыми и барабанными системами торможения.
Замена
Добавление свежей жидкости при прокачке системы после ремонта не восстанавливает свойства ТЖ, поскольку почти половина ее практически не меняется. Поэтому в сроки, установленные автозаводом, жидкость в гидросистеме нужно заменять полностью.
Применение
Но давайте теперь слегка поразмыслим головой, на предмет того, что же нам надо. Первая же мысль, посещающая голову при прочтении характеристик температуры кипения тормозных жидкостей вопиюще вопрошает о том, возможно ли вообще нагреть тормозную жидкость в системе хотя бы до 150 °C, если речь изначально идёт о велосипеде? Воображение рисует бешеного даунхильщика, несущегося на зажатых тормозах с самой вершины Эвереста до самых его подножий. Видеть тормозные роторы, нагретые до температуры при которой прикасаться к ним уже нельзя мне приходилось, но возможность вскипятить саму жидкость мне лично представляется маловероятным. Поэтому оставим характеристики кипения мотогонщикам и стритрейсерам, а остановим внимание лишь на том, что тормозная жидкость DOT 5.1 обладает большим набором антикоррозионных присадок, значительно продлевающих срок службы всей тормозной системы.
Вязкость
Ещё одна характеристика, пожалуй самая важная для нас, отвечающая за качество работы тормозов - это вязкость тормозной жидкости. Чем меньше вязкость, тем более быстро и точно передаётся тормозное усилие и тормоза более адекватно реагируют.
Вязкость тормозных жидкостей представлена на следующем графике:
Опять же нельзя чётко обозначить значение вязкости DOT 4.5, поскольку в реальности оно колеблется от 1800 до 1200. Самая низкая вязкость у тормозных жидкостей DOT 5 и DOT 5.1, что делает их любимыми среди гонщиков всех колёсных агрегатов, оборудованных дисковыми тормозами. Низкая вязкость и как следствие высокая копилярность не только способствуют более идеальной работе тормозов, но и более лёгкому процессу прокачки тормозной системы.
Вязкость всех тормозных жидкостей DOT при температуре 100 °C составляет 1,5.
(Подробности для любознательных: в стандарте, разработанном Международным объединением инженеров транспорта (SAE), прямо указано, что вязкость тормозной жидкости при -40oС не должна превышать1800 сСт (мм2/с). Кроме SAE, требования к тормозным жидкостям отражены в документах американского Федерального общества по безопасности транспортных средств FMVSS. В них предусмотрены три нормативных класса: DOT-3, DOT-4 и DOT-5.1.)
Низкие температуры
Нижний температурный предел всех тормозных жидкостей составляет не выше -40 °C, что не накладывает никаких ограничений на эксплуатацию велосипеда в зимнее время. Что же касается силиконовой жидкости DOT 5, то ввиду её негигроскопичности, она не поглощает попавшую в гидросистему влагу и не смешивается с ней, что может привести к отстаиванию воды в нижних точках гидросистемы, т.е. в поршнях и замерзанию этой воды зимой.
Очевидно, что жидкость, служащая для передачи давления, должна сохранять приемлемую текучесть даже при сильном холоде. Принято, что ее вязкость не должна превышать 1800 кв.мм/с при 40ОС для обычного исполнения и 1500 кв.мм/с при -55О С для специального северного. При выборе продукта для использования в условиях суровой зимы на это надо обращать внимание.
Совместимость с уплотнениями
Уплотнения не должны разбухать в тормозной жидкости, уменьшать свои размеры (давать усадку), терять эластичность и прочность больше, чем это допустимо. Распухшие манжеты затрудняют обратное перемещение поршней в цилиндрах, поэтому не исключено подтормаживание автомобиля. С усевшими уплотнениями система будет негерметичной из-за утечек, а замедление - неэффективным (при нажатии педали жидкость перетекает внутри главного цилиндра, не передавая усилие тормозным колодкам). Вещества, содержащиеся в тормозных жидкостях, неизбежно вызывают набухание уплотнительных резиновых манжет, однако это воздействие лимитируется действующими техническими нормативами. Тем не менее и здесь есть обстоятельство, которое надо иметь в виду. На очень старых машинах (более четвертьвековой давности выпуска) могут быть манжеты, резина которых не совместима с жидкостями сегодняшних типов. В системах таких автомобилей поневоле надо использовать спиртокасторовые смеси, как это делалось прежде (на ГАЗ-24 резина прежних типов использовалась до 1985 года).