Вязкость масла (текучесть) - параметр, влияющий на способность моторной смеси сохранять заданные свойства при разном температурном режиме. Для работы мотора этот показатель играет очень важную роль, от него зависит смазывание деталей привода, защита его от износа.
Выбирая автомобильное масло, учитывайте, что жидкости характеризуются двумя параметрами:
1. Кинематическая вязкость, обозначает текучесть смеси под действием силы тяжести, указывает насколько легко жидкость будет течь в различных узлах двигателя и смазочной системы, измеряется в мм 2 / с.
2. Динамическая вязкость - параметр, показывающий изменения прочности масляной пленки при нагрузке: при увеличении скорости движения смазанных элементов относительно друг друга, вязкость уменьшается, измеряется в Па*с.
Инженерами разработана классификация моторных смесей SAE. По указанной системе все автомасла разделены на три класса в зависимости от индекса вязкости (изменения свойств масла при различных температурах). Характеристики автомасел по SAE посмотрите в таблице 1.
Таблица 1. Спецификация по SAE.
Что означает вязкость масел, можно узнать, просмотрев видео:
Первый класс - зимние жидкости, их маркировка состоит из цифры и буквы w, стоящей возле нее, например, 5w, 20w. Цифра указывает на показатель минусовой температуры, при которой жидкость не кристаллизуется, выполняет свои функции, буква w, значит зима (от англ.winter).
Эти автомасла характеризуются индексом кинематической вязкости при температуре 100 0 С и двумя низкотемпературными значениями динамической вязкости:
Второй класс - летние смеси. Их маркировка состоит из аббревиатуры SAE и цифры возле нее, например, SAE 20, 40, 50. Цифра в маркировке значит показатель плюсовой температуры, при котором смесь будет иметь достаточную плотность, чтоб образовать пленку на элементах мотора для защиты его от износа. Чем больше цифра в обозначении, тем большим индексом вязкости обладает масло. Визуально разницу в этом параметре показано на рисунке 1, на нем изображены колбы с разными автомаслами, применяемыми летом и шарики с одинаковым весом, одновременно брошенные в колбы. Из картинки видно, что чем гуще жидкость, тем медленнее шарик окажется у дна тары.
Рисунок 1. Масла с различной текучестью.
Третий класс - всесезонные смеси. Их маркировка состоит из обозначения предыдущих двух классов, например, 10w - 30. 10w означает отрицательный показатель температуры, при котором смесь обеспечит пуск силового агрегата без прогрева и прокачку жидкости по смазочной системе. Цифра 30 значит плюсовый показатель температуры, при котором автомасло будет достаточно плотным, чтоб защитить мотор от перегрева. Определить максимальную минусовую температуру можно, если отнять от цифры в маркировке число 35,например для 10w - 30 это математическое действие будет выглядеть таким образом: 35-10=20 (значит, 20 – это отрицательная температура равная -20 0 С).
Температурный диапазон, при котором смеси не будут терять защитные и противоизносные свойства, показаны в таблице 2.
Таблица 2.Предел рабочих температур для моторных жидкостей.
Всесезонные жидкости отличаются большим диапазоном температур, чем зимние или летние классы. Объясняется такое отличие базой автомобильного масла, жидкости с синтетической основой имеют в своей структуре одинаковые по величине молекулы, поэтому при воздействии температуры их вязкость практически не изменяется. У минеральных смесей нет однородности в строении молекул, при высоких температурах они быстрее разжижаются. Чтоб выбрать подходящую жидкость необходимо учитывать множество факторов.
Подбирать машинную смесь необходимо с учетом ее структуры. Если выбрать масло слишком вязкое, то оно не сможет образовать защитную пленку на элементах привода, не заполнит зазоры в узлах трения. Плюс очень плотная жидкость создаст дополнительную нагрузку на мотор - это уменьшит его ресурс. Слишком жидкая смесь не заполнит зазоры в узлах трения должным образом, а образованная ею защитная пленка при нагрузке разорвется.
Определить нужную вязкость автомобильного масла для вашего авто, можно исходя из рекомендаций дилера машины (этот параметр указан в сервисной книге автомобиля). Если мотор прошел половину своего ресурса, то рекомендуется заливать более густую смесь, это объясняется увеличением зазоров в узлах трения мотора. Также необходимо обратить внимание на температуру за бортом машины, чем она выше, тем гуще нужно масло. Зависимость текучести моторной жидкости от температуры указана в таблице 2 и изображена на рисунке 2.
Рисунок 2. Диапазон рабочих температур для моторных смесей.
Определить наиболее подходящее масло можно с учетом пробега авто, технических характеристик мотора, диапазона рабочих температур, рекомендаций производителя машины.
Если вы подбираете автомасло для современного мотора, рассмотрите вариант энергосберегающих жидкостей. Они имеют очень низкую вязкость, уменьшают расход топлива, но лить их можно не во все типы моторов.
Выбирайте оптимальный параметр вязкости, при котором смесь выдержит нагрузку в экстремальных условиях работы мотора, защитит силовой агрегат от перегрева и не кристаллизуется при минусовых температурах за бортом машины в вашем регионе.
Выбор моторного масла – серьезная задача для каждого автолюбителя. И главный параметр, по которому должен осуществляться подбор – это вязкость масла. Вязкость масла характеризует степень густоты моторной жидкости и ее способность сохранять свои свойства при температурных перепадах.
Попробуем разобраться, в каких единицах должна измеряться вязкость, какие функции она выполняет и почему она играет огромную роль в работе всей двигательной системы.
Работа двигателя внутреннего сгорания предполагает непрерывное взаимодействие его конструктивных элементов. Представим на секунду, что мотор работает “на сухую”. Что с ним произойдет? Во-первых, сила трения повысит температуру внутри устройства. Во-вторых, произойдет деформация и износ деталей. И, наконец, все это приведет к полной остановке ДВС и невозможности его дальнейшего использования. Правильно подобранное моторное масло выполняет следующие функции:
Таким образом, нормальное функционирование моторного отдела без смазывающей жидкости невозможно.
Важно! Заливать в мотор транспортного средства нужно только то масло, вязкость которого соответствует требованиям автопроизводителей. В этом случае коэффициент полезного действия будет максимальным, а износ рабочих узлов – минимальным. Доверять мнениям продавцов-консультантов, друзей и специалистов автосервисов, если они расходятся с инструкцией к автомобилю, не стоит. Ведь только производитель может знать наверняка, чем стоит заправлять мотор.
Понятие вязкости масел подразумевает способность жидкости к тягучести. Определяется она с помощью индекса вязкости. Индекс вязкости масла – это величина, показывающая степень тягучести масляной жидкости при температурных изменениях. Смазки, имеющих высокую степень вязкости, обладают следующими свойствами:
Т.е. масла с высоким значением индекса вязкости легко адаптируются под температурные перегрузки, в то время как низкий индекс вязкости моторного масла свидетельствует о меньших способностях. Такие вещества имеют более жидкое состояние и образуют на деталях тонкую защитную пленку. В условиях отрицательных температур моторная жидкость с низким индексом вязкости затруднит пуск силового агрегата, а при высокотемпературных режимах не сможет предотвратить большую силу трения.
Расчет индекса вязкости осуществляется по ГОСТу 25371-82. Рассчитать его можно с помощью онлайн-сервисов сети Интернет.
Степень тягучести моторного материала определяется двумя показателями – кинематической и динамической вязкостями.
Моторное масло
Кинематическая вязкость масла – показатель, отображающий его текучесть при нормальных (+40 градусов Цельсия) и высоких (+100 градусов Цельсия) температурах. Методика измерения данной величины основывается на использовании капиллярного вискозиметра. При помощи прибора измеряется время, требуемое для истечения масляной жидкостипри заданных температурах. Измеряется кинематическая вязкость в мм 2 /с.
Динамическая вязкость масла также вычисляется опытным путем. Она показывает силу сопротивления масляной жидкости, возникающий во время движения двух слоев масла, удаленных друг от друга на расстоянии 1 сантиметра и движущихся со скоростью 1 см/с. Единицы измерения данной величины – Паскаль-секунды.
Определение вязкости масла должно проходить в разных температурных условиях, т.к. жидкость не стабильна и изменяет свои свойства при низких и высоких температурах.
Таблица вязкости моторных масел по температуре представлена ниже.
Как отмечалось ранее, вязкость – это основной параметр защитной жидкости, характеризующий ее способность обеспечивать работоспособность автомобиля в различных климатических условиях.
Согласно международной системе классификации SAE, моторные смазки могут быть трех видов: зимние, летние и всесезонные.
Масло, предназначенное для зимнего использования, маркируется цифрой и буквой W, например, 5W, 10W, 15W. Первый символ маркировки указывает на диапазон отрицательных рабочих температур. Буква W – от английского слова “Winter” – зима – информирует покупателя о возможности использования смазки в суровых низкотемпературных условиях. Она имеет большую текучесть, чем летний аналог, для того, чтобы обеспечить легкий запуск при низких температурах. Жидкая пленка мгновенно обволакивает холодные элементы и облегчает их прокрутку.
Предел отрицательных температур, при которых масло сохраняет работоспособность следующий: для 0W – (-40) градусов Цельсия, для 5W – (-35) градусов, для 10W – (-25) градусов, для 15W – (-35) градусов.
Летняя жидкость имеет высокую вязкость, позволяющую пленке крепче “держаться” на рабочих элементах. В условиях слишком высоких температур такое масло равномерно растекается по рабочей поверхности деталей и защищает их от сильного износа. Обозначается такое масло цифрами, например, 20,30,40 и т.д. Данная цифра характеризует высокотемпературный предел, в котором жидкость сохраняет свои свойства.
Важно! Что означают цифры? Цифры летнего параметра ни в коем случае не означают максимальную температуру, при которой возможна работа автомобиля. Они – условные, и к градусной шкале отношения не имеют.
Масло с вязкостью 30 нормально функционирует при температуре окружающей среды до +30 градусов по Цельсию, 40 – до +45 градусов, 50 – до +50 градусов.
Распознать универсальное масло просто: его маркировка включает две цифры и букву W между ними, например, 5w30. Его использование подразумевает любые климатические условиях, будь то суровая зима или жаркое лето. В обоих случаях, масло будет подстраиваться под изменения и сохранять работоспособность всей двигательной системы.
Кстати, климатический диапазон универсального масла определяется просто. Например, для 5W30 он варьируются в пределах от минус 35 до +30 градусов Цельсия.
Всесезонные масла удобны в использовании, поэтому на прилавках автомагазинов они встречаются чаще летних и зимних вариантов.
Для того чтобы иметь более полное представление о том, какая вязкость моторного масла уместна в вашем регионе, ниже представлена таблица, показывающая диапазон рабочих температур для каждого типа смазывающей жидкости.
Усредненные диапазоны работоспособности масел
Разобравшись, что означают цифры в вязкости масла перейдем к следующему стандарту. Классификация моторного масла по вязкости затрагивает также стандарт API. В зависимости от типа двигателя, обозначение API начинается с буквы S или C. S подразумевает бензиновые моторы, С – дизельные. Вторая буква классификации указывает на класс качества моторного масла. И чем дальше эта буква находится от начала алфавита, тем лучше качество защитной жидкости.
Для бензиновых двигательных систем существую следующие обозначения:
Для дизельных:
Моторное масло
Многие автовладельцы уверены, что выбирать стоит более вязкие масла, ведь они – залог долговечной работы двигателя. Это серьезное заблуждение. Да, специалисты заливают под капоты гоночных болидов масло с большой степенью тягучести для достижения максимального ресурса силового агрегата. Но обычные легковые машины оборудованы другой системой, которая попросту захлебнется при чрезмерной густоте защитной пленки.
О том, какую вязкость масла допустимо использовать в двигателе той или иной машины, описано в любом руководстве по эксплуатации.
Ведь до запуска массовых продаж моделей, автопроизводители проводили большое количество тестов, учитывая возможные режимы езды и эксплуатацию технического средства в различных климатических условиях. Благодаря анализу поведения мотора и его способности поддерживать стабильную работу в тех или иных условиях, инженеры устанавливали допустимые параметры моторной смазки. Отклонение от них может спровоцировать снижение мощности двигательной системы, ее перегрев, увеличение расхода топлива и многое другое.
Моторное масло в двигателе
Почему класс вязкости так важен в работе механизмов? Представьте на минуту мотор изнутри: между цилиндрами и поршнем есть зазор, величина которого должна допускать возможное расширение деталей от высокотемпературных перепадов. Но для максимального коэффициента полезного действия этот зазор должен иметь минимальное значение, предотвращая попадание в двигательную систему выхлопных газов, образующихся во время горения топливной смеси. Для того, чтобы корпус поршня не нагревался от соприкосновения с цилиндрами, и используется моторная смазка.
Уровень вязкости масла должен обеспечивать работоспособность каждого элемента двигательной системы. Производители силовых агрегатов должны добиться оптимального соотношения минимального зазора между трущимися деталями и масляной пленой, предотвращая преждевременный износ элементов и повышая рабочий ресурс двигателя. Согласитесь, доверять официальным представителям автомобильной марки безопаснее, зная, каким путем эти знания были получены, чем верить “опытным” автомобилистам, полагающимся на интуицию.
Если ваш “железный друг” простоял всю ночь на морозе, то наутро показатель вязкости залитого в него масла будет в несколько раз выше расчетной рабочей величины. Соответственно, толщина защитной пленки будет превышать зазоры между элементами. В момент запуска холодного мотора происходит падение его мощности и повышение температуры внутри него. Таким образом, возникает прогрев мотора.
Важно! Во время прогрева нельзя давать ему повышенную нагрузку. Слишком густой смазочный состав затруднит движение основных механизмов и приведет к сокращению срока эксплуатации автомобиля.
После того, как двигатель прогрелся, активируется система охлаждения. Один цикл работы двигателя выглядит следующим образом:
По такому принципу работает любая двигательная система.
Вязкость моторных масел при температуре – 20 градусов
Зависимость вязкости масла от рабочей температуры очевидна. Так же, как очевидно то, что высокий уровень защиты мотора не должен снижаться в течение всего периода эксплуатации. Малейшее отклонение от нормы может привести к исчезновению моторной пленки, что в свою очередь негативно отразится на “беззащитной” детали.
Каждый двигатель внутреннего сгорания, хоть и имеет схожую конструкцию, но обладает уникальным набором потребительских свойств: мощностью, экономичностью, экологичностью и величиной крутящего момента. Объясняются эти различия разницей моторных зазоров и рабочих температур.
Для того, чтобы максимально точно подобрать масло для транспортного средства, были разработаны международные классификации моторных жидкостей.
Предусмотренная стандартом SAE классификация информирует автовладельцев об усредненном диапазоне рабочих температур. Более четкие представления о возможности использования смазочной жидкости в определенных автомобилях дают классификации API, ACEA и т.д.
Бывают случаи, когда автовладельцы, не знают, как определить требуемую вязкость моторного масла для своего автомобиля, и заливают то, которое советуют продавцы. Что случится, если тягучесть окажется выше требуемой?
Если в хорошо прогретом двигателе “плещется” масло с завышенной тягучестью, то для мотора опасности не возникает (при нормальных оборотах). В этом случае, просто повысится температура внутри агрегата, что приведет к снижению вязкости смазки. Т.е. ситуация придет в норму. Но! Регулярное повторение данной схемы заметно снизит моторесурс.
Если резко “дать газу”, вызвав увеличение оборотов, степень вязкости жидкости не будет соответствовать температуре. Это приведет к превышению максимально допустимой температуры в моторном отсеке. Перегрев вызовет повышение силы трения и снижение износостойкости деталей. Кстати, само масло также потеряет свои свойства за достаточно короткий промежуток времени.
О том, что вязкость масла не подошла транспортному средству, моментально узнать вы не сможете.
Первые “симптомы” появятся лишь через 100-150 тысяч км пробега. И главным показателем станет увеличение зазоров между деталями. Однако, определенно связать завышенную вязкость и быстрое снижение ресурса мотора не смогут даже опытные специалисты. Именно по этой причине официальные автомастерские зачастую пренебрегают требованиями производителей транспортных средств. К тому же им выгодно производить ремонт силовых агрегатов автомобилей, у которых уже закончился срок гарантийного обслуживания. Вот почему выбор степени вязкости масла – сложная задача для каждого автолюбителя.
Моторное масло
Погубить бензиновые и дизельные двигатели может низкая степень вязкости. Этот факт объясняется тем, что при повышенных рабочих температурах и нагрузках на мотор текучесть обволакивающей пленки повышается, в результате чего не без того жидкая защита попросту “обнажает” детали. Результат: повышение силы трения, увеличение расхода ГСМ, деформация механизмов. Долгая эксплуатация автомобиля с залитой низковязкостной жидкостью невозможна – его заклинит практически сразу.
Некоторые современные модели моторов предполагают использование так называемых “энергосберегающих” масел, имеющих пониженную вязкость. Но использовать их можно только если имеются специальные допуски автопроизводителей: ACEA A1, B1 и ACEA A5, B5.
Из-за постоянных температурных перегрузок вязкость масла постепенно начинает уменьшается. И помочь восстановить ее могут специальные стабилизаторы. Их допустимо использовать в двигателях любого типа, износ которых достиг среднего или высокого уровня.
Стабилизаторы позволяют:
Стабилизаторы
Использование стабилизаторов позволяет не только увеличить срок между «масляными» заменами, но и восстановить утраченные полезные свойства защитного слоя.
Смазка веретенного машинного вида обладает низковязкостными свойствами. Использование такой защиты рационально на моторах, имеющих слабую нагрузку и работающих на больших скоростях. Чаще всего, применяется такая смазка в текстильном производстве.
Турбинная смазка. Ее главная особенность заключается защите всех работающих механизмов от окисления и преждевременного износа. Оптимальная вязкость турбинного масла позволяет использовать его в турбокомпрессорных приводах, газовых, паровых и гидравлических турбинах.
ВМГЗ или всесезонное гидравлическое загущенное масло. Такая жидкость идеально подходит для техники, используемой в районах Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Предназначено такое масло двигателям внутреннего сгорания, оборудованным гидравлическими приводами. ВМГЗ не подразделяется на летние и зимние масла, потому что его применение подразумевает только низкотемпературный климат.
В качестве сырья для гидромасла выступают маловязкие компоненты, содержащие минеральную основу. Для того, чтобы масло достигло нужной консистенции, в него добавляют специальные присадки.
Вязкость гидравлического масла представлена в таблице ниже.
ОйлРайт – еще одна смазка, применяемая для консервации и обработки механизмов. Она имеет водостойкую графитовую основу и сохраняет свои свойства в диапазоне температур от минус 20 градусов Цельсия до плюс 70 градусов Цельсия.
Однозначного ответа на вопрос: “какая вязкость моторного масла самая хорошая?” нет и не может быть. Все дело в том, что нужная степень тягучести для каждого механизма – будь то ткацкий станок или мотор гоночного болида – своя, и определить ее “наобум” нельзя. Требуемые параметры смазывающих жидкостей вычисляются производителями опытным путем, поэтому при выборе жидкости для своего транспортного средства в первую очередь руководствуетесь указаниями разработчика. А уже после этого вы можете обратиться к таблице вязкости моторных масел по температуре.
Выбор моторного масла, как и любого другого вида масел, зависит от двух основных параметров – класса вязкости и эксплуатационного класса.
Класс вязкости для моторных масел определяется требованиями стандарта SAE J300 . Для двигателя, равно как и для любого другого механизма, необходимо применять масла с оптимальной вязкостью, величина которой зависит от конструкции, режима работы, возраста и температуры окружающей среды.
Эксплуатационный класс определяет качество моторного масла. Развитие двигателестроения требует от смазочных материалов выполнения новых, все более жестких требований. Для облегчения выбора масла требуемого уровня качества для бензинового или дизельного двигателя и условий их эксплуатаций были созданы различные системы классификации. В каждой системе моторные масла подразделяются на ряды и категории, основанные на назначении и уровне качества.
Наиболее широкое распространение нашли следующие классификации:
API – Американский Институт Нефти (American Petroleum Institute)
ILSAC – Международный комитет стандартизации и апробации моторных масел (International Lubricant Standardization and Approval Committee).
ACEA – Ассоциация Производителей Автомобилей Европы (Association des Cunstructeurs Europeens d’Automobiles)
В настоящее время единственной признанной в мире системой классификации моторных масел является спецификация SAE J 300 . SAE – Society of AutomotiveEngineers (Общество Автомобильных инженеров). В данной классификации указаны классы (грейды) вязкости.
В таблице указаны два ряда классов вязкости:
Зимние – с буквой W (Winter). Масла, удовлетворяющие этим категориям – маловязкие и применяются зимой – SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W
Летние – без буквенного обозначения. Масла, удовлетворяющие этим категориям – высоковязкие и применяются летом – SAE 20, 30, 40, 50, 60.
По спецификации SAE J300, вязкости масел определяются при условиях, близких к реальным. Летнее масло отличается высокой вязкостью, а соответственно, и высокой несущей способностью, что обеспечивает надежное смазывание при рабочих температурах, но оно слишком вязкое при отрицательных температурах, в результате чего у потребителя возникают проблемы с запуском двигателя. Маловязкое зимнее масло облегчает холодный пуск двигателя при отрицательных температурах, но не обеспечивает надежное смазывание летом. Именно поэтому в настоящий момент наибольшее распространение получили всесезонные масла, которые применяются и зимой и летом.
Обозначаются такие масла комбинацией зимнего и летнего ряда:
Всесезонные масла должны удовлетворять одновременно двух критериям:
Не превышать значения низкотемпературных характеристик динамической вязкости (CCS и MRV)
Удовлетворять требованиям по рабочей кинематической вязкости при 100 о С
|
Класс вязкости |
Динамическая вязкость, мПа-с,
|
Кинематическая вязкость
|
Вязкость HTHS при 150°С и скорости сдвига 106 с-1, мПа-с, не ниже |
||
|
проворачиваемость (CСS) |
прокачиваемость |
не ниже |
не выше |
||
|
6200 при - 35°С |
60000 при -40°С |
||||
|
6600 при - 30°С |
60000 при -35°С |
||||
|
7000 при - 25°С |
60000 при - 30°С |
||||
|
7000 при - 20°С |
60000 при -25°С |
||||
|
9500 при - 15°С |
60000 при -20°С |
||||
|
13000 при -10°С |
60000 при -15°С |
||||
* - для классов вязкости 0W-40, 5W-40, 10W-40
** - для классов вязкости 15W-40, 20W-40, 25W-40, 40
Показатели низкотемпературных свойств
Проворачиваемость (определяется на имитаторе холодного пуска CCS) – критерий низкотемпературной текучести. Представляет собой максимальную допустимую динамическую вязкость моторного масла при запуске холодного двигателя, которая обеспечивает проворачиваемость коленчатого вала со скоростью, необходимой для успешного запуска двигателя.
Прокачиваемость (определяется на миниротационном визкозиметре MRV) – определяется на 5 о С ниже для гарантии того, что масляный насос не будет засасывать воздух. Выражается значением динамической вязкости при температуре конкретного класса. Не должна превышать величину в размере 60 000 мПа*с, обеспечивающей прокачивание по масляной системе
Показатели высокотемпературной вязкости
Кинематическая вязкость при температуре 100 о С. Для всесезонных масел данная величина должна находится в определенных диапазонах. Уменьшение вязкости ведет к преждевременному износу трущихся поверхностей – подшипников коленвала и распредвала, кривошипно-шатунного механизма. Увеличение вязкости приводит к масляному голоданию и как следствие также преждевременному износу и выходу двигателя из строя.
Динамическая вязкость HTHS (High Temperature High Shear) - с помощью данного испытания измеряется стабильность вязкостной характеристики масла в экстремальных условиях, при очень высокой температуре. Является одним из критериев определения энергосберегающих свойств моторного масла
Перед выбором моторного масла внимательно ознакомитесь с инструкцией по эксплуатации и рекомендациями производителя. Эти рекомендации основываются на конструктивных особенностях двигателя – степень нагрузок на масло,гидродинамическое сопротивление масляной системы, производительность масляного насоса.
Производитель может допускать применение различных классов вязкости моторного масла в зависимости от температуры, характерной для Вашего региона. Выбор оптимальной вязкости моторного масла обеспечит стабильно надежную работу Вашего двигателя.
Начнем с азов. Любая жидкость в данном случае масло, применяемая в сложных механизмах, имеет свою вязкость. Оставим в покое химию, хотя она, безусловно, делает смазку именно тем продуктом, за который мы платим деньги.
Рассмотрим одно из важнейших физических свойств — вязкость масла. Несмотря на то, что параметр непосредственно зависит от химического состава, это чистая физика. Вязкость напрямую зависит от температуры масла и от давления.
Демонстрация текучести масла на компараторе вязкости
Оба этих фактора регулируются системами двигателя:
Абсолютное значение – динамическая вязкость. Более гибкая величина (зависит от нескольких факторов) – кинематическая. По традиционной системе СГС (сантиметр-грамм-секунда), измеряется вязкость в пуазах (динамика) и стоксах (кинематика). Существуют и другие единицы измерения.
Это достаточно сложное понятие. С теоретической точки зрения – это сопротивление течению жидкости (антипод текучести). С точки зрения практической физики – сопротивление формируется силой трения между частицами, из которых состоит масло.
Демонстрация зависимости вязкости масла от температуры
В первую очередь, от вязкости зависят смазывающие свойства моторного масла. Благодаря правильному балансу, смазка равномерно распределяется и удерживается на поверхности деталей. Снижается трение, механизмы меньше изнашиваются, на их движение тратится меньше энергии. Побочный эффект – экономия топлива.
Поскольку вязкость масла зависит от температуры и давления, необходимо придать химическому составу такие характеристики, которые позволят моторному маслу сохранять параметры при любых условиях эксплуатации.
Нельзя допускать, чтобы в пределах рабочей температуры двигателя, свойства технических жидкостей менялись. Для уточнения этого параметра, рядом с числовым значением вязкости так или иначе указывается условие, при котором производится измерение. Это информация для лаборантов. а не покупателей смазки.
Автопроизводители выставляют совершенно конкретные требования изготовителям смазочных материалов, особенно в плане вязкости. Поэтому, при подборе моторного масла, следует обращать внимание именно на этот параметр.
При использовании моторного масла с нарушениями заводских рекомендаций, вязкость либо не будет соответствовать температурным условиям, либо ее значение будет непредсказуемо меняться.
Это может привести к следующим неприятностям:
В результате возникнет масляное голодание, и эффект сухого трения. Детали будут перегреваться и ускоренно изнашиваться, что неминуемо приведет к поломке двигателя.
Последствия масляного голодания двигателя
Базовый (абсолютный) параметр – это динамическая вязкость масла. Если нанести на поверхность с тарированной гладкостью, масляное пятно площадью 1 см², то для движения его со скоростью 1 см/с потребуется определенное усилие. По отношению этой силы к площади пятня – определяется динамическая вязкость. Эту величину обычно рассчитывают под различные значения температуры. Измеряется в миллипаскалях, разделенных на время в секундах: мПа/с.
Кинематическая вязкость масла связана с его плотностью, и непосредственно зависит от температуры механизма , в котором применяется смазка. Поскольку сертификационные измерения производятся в диапазоне рабочих температур двигателя (от +40°С до + 100°С), это и есть главный эксплуатационный показатель моторного масла. Максимальное допустимое значение температуры: + 150°С.
Параметр непосредственно связан со значением динамической вязкости, и представляет собой её соотношение к плотности жидкости. Разумеется, измерение проводится в одинаковых температурных условиях для абсолютной вязкости и плотности. Единица измерения – квадратный метр за секунду: м²/с.
Относительная вязкость моторного масла – это число, определяющее разность превышения над вязкостью дистиллированной воды . Оба измерения также производятся при одинаковой температуре: +20°С. Единица измерения вязкости масла – градус Энглера (E°). Этот способ измерения вспомогательный, на его основе не определяется маркировка моторного масла. Но без этой процедуры (результаты обязательно отражаются в протоколах) невозможно получить заводской допуск для конкретной марки автомобилей.
Разумеется, маркировка на емкостях со смазочными материалами, не подразумевает наличие формул и единиц измерения из учебника физики. Обозначение упрощенное и формализованное.
Типовые значения степеней вязкости по SAE приняты давно, между всеми производителями смазочных материалов и автомобильными концернами достигнуты соглашения. Стандарт действует на всех континентах, его можно найти на упаковке любого бренда.
Способ определения вязкости нефтепродуктов — видео
Методика определения вязкости постоянно совершенствуется. Сегодня применяется редакция SAE J300, по которой все смазочные материалы (для моторов) подразделяются на 11 групп (классов). При этом, предыдущие редакции имеют обратную совместимость с новыми.
Классификация по сезонам применения:
Поскольку нахождение автомобилей в строго определенных условиях встречается не часто, в основном применяются так называемые всесезонные моторные масла (могут быть минеральными, синтетическими, или полусинтетическими). В зависимости от условий эксплуатации, применяется комбинированная маркировка: SАЕ 0W-30, SAE 15W-40, SAE 20W-50 и пр.
Примерный перечень зависимости классификации от температуры показан в таблице:
Для нормальной работы двигателя, кинематическая вязкость моторного масла определяется двумя значениями. Первая цифра означает принадлежность к условиям зимней эксплуатации двигателя.
Правильно подобранная смазка должна обеспечить холодный запуск движка при заданной температуре. То есть, те самые показатели скорости течения масла, которые определяются в лабораториях при различных температурах, применяются на практике. Если залить жидкость с неправильным значением по SAE, коленчатый вал может просто не провернуться при вполне нормальной температуре -25°С.
Если же показатель вязкости для летней эксплуатации (вторая цифра) не будет соответствовать температуре окружающей среды, масляное пятно не удержится в зоне контакта движущихся деталей, и мы получим эффект «сухого трения».
А в самом критическом случае – смазка может дойти до точки кипения. Тогда характеристики быстро деградируют, и вместо технологичной технической жидкости в картере будет смесь отдельных фракций. Тут и до капитального ремонта недалеко.
Существует еще оценка стабильности к сдвигу при одновременном воздействии температуры и механики. Проверка производится на специальной тарированной форсунке, в течение 10 симулированных рабочих часа.
Кроме того, для полного соответствия допуску, любой автопроизводитель может предложить собственный тест, который моделирует температурные и нагрузочные ситуации, характерные для конкретного двигателя.
И если производитель смазки хочет получить дополнительный сертификат, он вынужден проходить все испытания. Это влечет за собой определенные затраты, зато открывает дорогу к новым рынкам и потребителям.
Наиболее успешные тесты учитываются при выборе ОЕМ поставщика расходных материалов.
При выборе смазки не обязательно помнить (или иметь под рукой) все перечисленные в материале формулы или методики. Достаточно прочитать на этикетке заводские данные вязкости по стандарту SAE, и найти в перечне допусков ваш автомобиль. Под этими комбинациями символов и цифр, скрываются многостраничные отчеты о проведенных испытаниях.
Как выбрать масло ориентируясь на его вязкость — видео
Идеальный вариант подбора масла – выяснить, с какой торговой маркой заключено ОЕМ соглашение на поставку расходных материалов у вашего автопроизводителя. В этом случае вы точно будете уверены, что кинематическая вязкость моторного масла соответствует вашему мотору.
Кинематическая и динамическая вязкости масел
Вязкость (viscosity). Вязкость — это внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Вязкость масла, во-первых, является показателем его смазывающих свойств, так как от вязкости масла зависит качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения и, тем самым, износ деталей. Во-вторых, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя и других агрегатов. Вязкость — основная характеристика масла, по величине которой частично делается выбор масла для применения в конкретном случае.
Вязкость масла зависит от химического состава и структуры соединений, составляющих масло, и является характеристикой масла как вещества. Кроме этого, вязкость масла также зависит и от внешних факторов — температуры, давления (нагрузки) и скорости сдвига, поэтому рядом с числовым значением вязкости всегда должны указываться условия определения вязкости.
Условия работы двигателя определяют два основных фактора, влияющих на определение вязкости — температура и скорость сдвига.
Вязкость масел определяется при температурах и скоростях сдвига, близких к реальным при эксплуатации. Если масло должно работать при низкой температуре(даже в течении короткого времени), то при этой же температуре должны быть определены и eго вязкостные свойства. Например, на все автомобильные масла, предназначенные для применения зимой, должны приводиться низкотемпературные характеристики.
Вязкость масла определяется при помощи двух основных типов вискозиметров (viscometers):
Вязкость характеризуется двумя показателями — кинематической (kinematic viscosity) и динамической вязкостью (dynamic viscosity). Единицы измерения динамической вязкости: P — пуаз (Р -poise) или сантипуаз сР (сР = mPa-s). Динамическая вязкость обычно определяется ротационным вискозиметром. Кинематическая вязкость, п -отношение динамической вязкости к плотности (h/r). Единицы измерения кинематической вязкости — стоке (St — stoke) илисантистокс (cSt — centistoke, I cSt = 1 мм 2 /с). Численные значения кинематической и динамической вязкости несколько различаются, в зависимости от плотности масел. Для парафиновых масел кинематическая вязкость при температуре 20 — 100°С превышает динамическую примерно на 15 — 23%, а для нафтеновых масел эта разница составляет 8 — 15%.
Кинематическая вязкость характеризует текучесть масел при нормальной и высокой температурах. Методы определения этой вязкости относительно просты и точны. Стандартным прибором в настоящее время считается стеклянный капиллярный вискозиметр, в котором измеряется время истечения масла при фиксированной температуре. Стандартными температурами являются 40 и 100 °С.
Относительная вязкость определяется на вискозиметрах Сейболта, Редвуда и Энглера. Это сосуды с калиброванным отверстием на дне, через которое вытекает точно установленное количество масла. При измерении времени вытекания заданная температура масла в вискозиметре должна поддерживаться с необходимой точностью. Универсальная вязкость Сейболта, определяемая по стандарту ASTM D 88, выражается в универсальных секундах Сейболта SUS(Saybolt Universal Seconds). Этот упрощенный метод определения кинематической вязкости более широко применяется в США. В Европе чаще пользуются секундами Редвуда (Редвуда единицы — Redwood units) и градусами Энглера (Е°, Engler units). Градус Энглера — это число, показывающее во сколько раз вязкость масла превышает вязкость воды при 20°С, поэтому вискозиметром Энглера необходимо измерить время вытекания воды при 20°С.
Динамическая вязкость обычно определяется ротационными вискозиметрами. Вискозиметры разной конструкции имитируют реальные условия работы масла. Обычно выделяются крайние значения температуры и скорости сдвига. Основные методы определения вязкости моторных масел предусмотрены спецификацией SAE J300 APR97. Эта спецификация устанавливает значения степеней вязкости SAE для моторных масел и определяет порядок измерения необходимых параметров вязкости. Стандартные методы определения динамической вязкости можно разделить на две группы — низкотемпературная вязкость и высокотемпературная вязкость, определяемые в условиях близких к реальным условиям эксплуатации двигателя.
Характеристики низкотемпературной вязкости :
Характеристики высокотемпературной вязкости:
Рассмотрим некоторые особенности методов определения вязкости. Вискозиметр Брукфильда — это прибор для определения низкотемпературной вязкости при низкой скорости сдвига. Он снабжен комплектом роторов разной величины и формы. Скорость можно менять ступенчато в широких пределах. Во время изменения скорость поддерживается постоянной. Крутящий момент является мерой кажущейся вязкости. Расстояние между статором и ротором сравнительно большое, поэтому считается, что скорость сдвига низка и стенки сосуда вискозиметра не влияют на величину вязкости, которая в этом случае рассчитывается по силе внутреннего трения масла и называется вязкостью по Брукфильду (Brookfield viscosity) (в Па-с), или кажущейся вязкостью (apparent viscosity). Этим методом определяется кажущаяся вязкость автомобильных трансмиссионных масел при низкой температуре (по стандартам ASTM D 2983, SAEJ 306, DIN 51398).
Низкотемпературная вязкость запуска двигателя (low-temperature cranking viscosity) является показателем способности масла течь и смазывать узлы трения в холодном двигателе. Она определяется при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS (Cold Cranking Simulator) (DIN 51 377, ASTM D 2602). Имитатор CCS является ротационным вискозиметром с малым расстоянием между профилированным (не цилиндрическим) ротором и прилегающим к нему статором. Таким образом, имитируются зазоры в подшипниках двигателя. Специальным двигателем поддерживается постоянный крутящий момент при заданных температурах, а скорость вращения является мерой вязкости. Вискозиметр калибруется с применением эталонного масла. Применяется для определения вязкости запуска (cranking viscosity) в сантипуазах (сП) при разных заданных температурах, соответственно с предполагаемой степенью вязкости SAE для моторного масла (-5° для SAE 25W; -10° для SAE 20W; -15° для SAE 15W; -20° для SAE 10W; -25° для SAE 5W и -30°С для SAE 0W).
Вязкость прокачивания (pumping viscosity) является мерой способности масла течь и создавать необходимое давление в системе смазки в начальной стадии работы холодного двигателя. Вязкость прокачивания измеряется в сантипуазах (сП = мПа с) и определяется согласно ASTM D 4684 на мини-ротационном вискозиметре MRV. Этот показатель важен для масел, способных желировать при медленном охлаждении. Таким свойством чаще всего обладают всесезонные минеральные моторные масла (SAE 5W-30, SAE 10W-30 и SAE 10W-40). При испытании определяется либо напряжение сдвига, необходимое для разрушения желе, либо вязкость при отсутствии напряжения сдвига. Вязкость прокачивания определяется при разных заданных температурах (от -15° для SAE 25W до -40°С для SAE 0W). Прокачивание обеспечивается только для масел с вязкостью не более 60 000 mPa s. Наименьшая температура, при которой масло может прокачиваться, называется нижней температурой прокачивания, ее значение близко к наименьшей температуре эксплуатации.
Температурная зависимость вязкости при низкой температуре и ним напряжении сдвига (low temperature, low shearrate, viscosity/temperature dependent определяется по методике ASTM D 5133 при помощи сканирующего вискозиметр Брукфильда (Scanning Brookfield method). Этот показатель необходим для оценки способности масла поступать в систему смазки и к узлам трения в холодном двигателе после егодлительного пребывания при низкой температуре. Перед измерением масло должно пpoйти определенный цикл охлаждения, как и при определении равновесной температуре застывания (stable pour point). Такое испытание занимает много времени и применяется в основном при разработке новых рецептур масел.
Оценка фильтруемости масел по методу GM P9099 введена в категории SH, SJ и ILSAC GF-1, GF-2 для масел SAE 5W-30 и SAE 10W-30. Этот метод разработан фирмой «General Motors» и применяется ею с 1980 г. Он имитирует закупоривание масляного фильтра осадком, образующимся в присутствии воды и конденсата прорывающихся картерных газов при краткосрочной работе после длительной стоянки. Оценку проводят по относительному снижению скорости потока через фильтр при последовательном испытании масла и смеси масла с водой. Смесь приготавливают медленным перемешиванием в течем 30 с в закрытой мешалке 49,7 г масла, 0,3 г деионизированной воды и сухого льда. После перемешивания смесь в открытом сосуде выдерживают в печи при температуре 70°С в течение 30 мин. Затем ее охлаждают до 20 — 24 °С и выдерживают при этой температуре 48 — 50 ч. Снижение скорости потока не должно быть более чем на 50%.
Стабильность к сдвигу это способность масла сохранять постоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига при эксплуатации. При быстром скольжении поверхностей трения достигается высокая скорость течения масла в узких зазорах и проявляется высокая деформация сдвига, которая вызывает деструкцию молекул полимеров (загустителей) входящих в состав масла. Устойчивость к деформации сдвига является важным показателем для масел, применяемых в современных высокоскоростных, высоконагруженных, мощных и малогабаритных двигателях. Способность масла сохранять стабильную вязкость определяется временем, в течение которого вязкость изменяется до определенной величины. Иногда пользуются показателем индекса стабильности к сдвигу SSI (shearstability index). Он определяется соотношением потери вязкости эффекта загущения полимерным загустителем, выраженное в %. SSI определяется разными методами: в Европе используют дизельную насос-форсунку конструкции Бош (Bosch injector) (CEC L-14-A-88). В Америке этот показатель определяется двумя методами — как в Eвpone (ASTM D 6278) или в стендовом бензиновом двигателе CRC L-; после 10-часовой работы (ASTM D 5119).
При сравнительно небольшой деформации сдвига, полимерные молекулы только раскручиваются, а после снятия напряжения, со временем, могут восстановить свою конфигурацию и вязкость. Такое снижение вязкости называетсявременным (temporary viscosity loss — TVL) и иногда наблюдается при определении HTHS вязкости на ротационном вискозиметре — имитаторе конического подшипника.
Зависимость вязкости от давления
При повышении давления, уменьшается оббьем и усиливается взаимное притяжение молекул и увеличивается сопротивление течению, вязкость масла увеличивается. При повышении температуры имеет место противоположный процесс и вязкость масла уменьшается.
При низкой температуре и высоком давлении вязкость масла в зацеплении шестерен , может увеличиться настолько, что масло станет твердой пластичной массой. Это явление оказывает определенное положительное действие, так как масло в пластичном состоянии не вытекает из зазора сопряженных поверхностей и уменьшает влияние ударных нагрузок на детали.
Вязкостно-температурные характеристики
С повышением температуры вязкость масла понижается. Характер изменения вязкости выражается параболой. Такая зависимость неудобна для экстраполяции для расчетов вязкости. Поэтому кривую зависимости вязкости от температуры строят полулогарифмических координатах, в которых эта зависимость приобретает практически прямой характер.
Индекс вязкости VI (viscosity index) — это эмпирический, безразмерный показатель для оценки зависимости вязкости масла от температуры. Чем выше численное значение индекса вязкости, тем меньше вязкость масла зависит от температуры и тем меньше наклон кривой.
Масло с более высоким индексом вязкости имеет лучшую текучесть при низкой температуре (запуск холодного двигателя) и более высокую вязкость при рабочей температуре двигателя. Высокий индекс вязкости необходим для всесезонных масел и некоторых гидравлических масел (жидкостей). Индекс вязкости определяется (по стандартам ASTM D 2270, DIN ISO 2909) при помощи двух эталонных масел. Вязкость одного из них сильно зависит от температуры (индекс вязкости принимается равным нулю, VI=0), а вязкость другого — мало зависит от температуры (индекс вязкости принимается равным 100 единиц, VI =100).. При температуре 100°С вязкость обоих эталонных масел и исследуемого масла должна быть одинаковой. Шкала индекса вязкости получается делением разницы вязкостей эталонных масел при температуре 40°С на 100 равных частей. Индекс вязкости исследуемого масла находят по шкале после определения его вязкости при температуре 40°С, а если индекс вязкости превышает 100, его находят расчетным путем.
Индекс вязкости сильно зависит от молекулярной структуры соединений, составляющих базовые минеральные масла. Наивысший индекс вязкости бывает у парафиновых базовых масел (около 100), у нафтеновых масел — значительно меньший (30 — 60), у ароматических масел — даже ниже нуля. При очистке масел их индекс вязкости, как правило, повышается, что в основном связано с удалением из масла ароматических соединений. Высоким индексом вязкости обладают масла гидрокрекинга. Гидрокрекинг является одним из основных методов получения масел с высоким индексом вязкости. Высокий индекс вязкости у синтетических базовых масел: у полиальфаолефинов — до 130, у полиэтиленгликолей — до 150, у сложных полиэфиров — около 150. Индекс вязкости масел можно повысить введением специальных присадок — полимерных загустителей.
