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.
В настоящее время на российском рынке автомобильной химии наблюдается изобилие продукции. Моторные масла, их марки и характеристики представлены в таком богатом ассортименте, что вызывают затруднение в выборе даже у опытных водителей. Один из главных показателей, по которому необходимо выбрать подходящий продукт для своего авто, – вязкость моторного масла.
О вязкости моторных масел существует много различных мнений – как среди профессионалов, так и среди любителей. Некоторые утверждают, что степень вязкости, или текучести – это показатель густоты смазки, то есть чем выше вязкость, тем она гуще. На самом деле вязкость расшифровывается не так просто. Для того чтобы это понять, нужно познакомиться со спецификацией SAE. Данный стандарт определяет температурный диапазон, в котором вязкостные качества масел для автомобилей соответствуют нужному уровню. Эти характеристики измеряются лабораторным путём при определённых температурах.
Более 100 лет назад в США образовалось сообщество инженеров, работавших в автомобильном производстве. Уже в то время проблема хороших смазочных материалов для авто стояла остро. Результатом сотрудничества и обмена идеями явился классификатор SAE, которым пользуются сегодня во всём мире.
Согласно SAE , каждый смазочный материал для автомобилей имеет такие характеристики, как низкотемпературная и высокотемпературная вязкость.
Сегодня многие автомобилисты-любители утверждают, что существуют моторные масла, имеющие параметры только низкотемпературной или только высокотемпературной вязкости. Они называют их, соответственно, «зимними» и «летними». А если в обозначении присутствуют оба свойства моторных масел, разделенные буквой W (что, по их утверждению, означает слово «зима») – значит, это всесезонные смазки. На самом деле, подобная трактовка неверна.
Вряд ли кто-либо встречал в продаже только «летнее» или только «зимнее» моторное масло. На прилавках магазинов присутствуют всесезонные моторные жидкости, имеющие оба вязкостных показателя. Далее подробно рассмотрим эти значения.
Вязкость моторного масла при низких температурах определяют такие показатели, как «проворачиваемость» и «прокачиваемость» масляного состава. Путём лабораторных исследований определяется, до какой минимальной температуры можно безболезненно запускать двигатель, то есть проворачивать его коленвал. Нормальный старт двигателя авто возможен только тогда, когда смазка ещё не загустела.
Кроме того, смазочный состав за кратчайшее время должен достичь пар трения. Это означает, что при минимальной температуре проворачивания масло должно быть ещё достаточно текучим, чтобы свободно перемещаться по узким каналам системы. Например, для масел категории 0W30 уровень низкотемпературной вязкости – это первая цифра (0). Для этого показателя нижний предел прокачиваемости – 40 градусов мороза. В то же время проворачиваемость мотора возможна до -35°С. Соответственно, такое моторное масло может хорошо работать при температурах до -35°С.
Если взять другой показатель – 5W20, то здесь температуры будут, соответственно, -35 и -30°С. То есть чем больше первая цифра – тем меньше рабочий диапазон в области низких температур. В классификаторе SAE на сегодняшний день есть 6 «зимних» вязкостных категорий – 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W. Эти показатели привязаны к температуре окружающей среды, поскольку от неё зависит температура холодного мотора.
Вязкость моторного масла в диапазоне температур работающего двигателя не имеет отношения к температуре окружающего воздуха. Она почти одинакова как при 10 градусах мороза, так и при 30 градусах жары. В авто её держит стабильной система охлаждения двигателя. В то же время в интернете почти каждая таблица рисует разные верхние пределы окружающей температуры для той или иной «летней» вязкости. Наглядный пример – сравнение смазочных жидкостей с показателями 5w30 и 5w20. Считается, что первая из них (5W30) будет хорошо работать до температуры воздуха +35°С. Второй показатель (5W20) в таблицах вообще не отображается.
Такое представление неправильно. Кроме того, термин «летняя» вязкость, или «летнее» масло с профессиональной точки зрения некорректен. Это объясняется на представленном видео . Всё дело в том, что данный параметр представляет собой режим кинематической и динамической вязкости, замеряемых при температурах +40, +100 и +150°С. Хотя рабочий диапазон температур в разных зонах моторов автомобилей колеблется от +40 до +300°С, берут его усреднённое значение.
Кинематическая вязкость – это текучесть (плотность) масляной жидкости в диапазоне температур от +40°С до +100°С. Чем жиже смазка – тем ниже этот показатель, и наоборот. Динамическая вязкость – это сила сопротивления, возникающая при перемещении двух слоёв масла, расположенных на расстоянии 10 мм друг от друга, со скоростью 1 см/сек. Площадь каждого слоя – 1 см 2 . Другими словами, испытания, проводимые с помощью специальных приборов (ротационных вискозиметров), позволяют имитировать реальные условия работы масел. Этот показатель не зависит от плотности моторного масла.
Ниже представлена таблица вязкостных параметров, по которым определяют те или иные их значения.
Таблица отражает кинематические и динамические вязкостные технические параметры при определённых температурах (+100 и +150°С), а также градиенте скорости сдвига. Этот градиент представляет собой отношение скорости перемещения поверхностей трущейся пары относительно друг друга к толщине зазора между ними. Чем выше этот градиент, тем более вязким оказывается масло для авто. Если говорить простыми словами, уровень вязкости при высоких температурах даёт информацию о том, какова толщина масляной плёнки между зазорами и насколько она прочна. На сегодняшний день спецификация SAE предусматривает 5 уровней высокотемпературных вязкостных показателей масел для автомобилей – 20, 30, 40, 50 и 60.
Кроме вышеуказанных параметров производятся также измерения индекса вязкости. На него часто не обращают внимания. Тем не менее это важнейший параметр.
Индекс вязкости определяет температурный диапазон, в котором вязкостные свойства остаются на уровне, обеспечивающем нормальную работу двигателя. Чем этот индекс выше, тем более качественным является смазочный состав.
Независимо от того какое значение по SAE, будь то 0W30, 5W20 или 5W30, индекс вязкости масла не привязывается к нему. Он напрямую зависит от состава базовой основы. Например, у минеральных масел он имеет величину от 85 до 100, у полусинтетических 120–140, а у настоящих синтетических составов этот показатель доходит до 160–180 единиц. Это значит, что такие маловязкие масла, как 5w20 или 5W30, можно применять в моторах с турбонаддувом, имеющих температурный режим работы с широким диапазоном.
Для того чтобы увеличить индекс вязкости, в масляную смесь часто добавляют так называемые вяжущие присадки. Они расширяют диапазон температур, в котором масло будет сохранять свои основные вязкостные качества. То есть двигатель будет хорошо запускаться в морозную погоду. А при высоких температурах смазочный состав будет создавать устойчивую и вязкую плёнку в зоне соприкосновения поверхностей деталей.
По этому поводу есть много суждений, и большинство из них – ошибочные. Например:
К спортивным моделям совсем другие требования. Там главное – чтобы мотор выдержал режим предельных нагрузок и температур на протяжении гонки и не заклинил от перегрева. О долгосрочном его использовании никто не думает. При критических температурах только вязкое масло способно сохранить вяжущие свойства. Другое просто превратится в жидкость. Поэтому после каждого соревнования двигатели разбираются и тщательно диагностируются. Критичные детали тут же меняются. О маленьких зазорах в парах трения не может быть и речи.
Как же определить, какую вязкость лучше всего использовать для своего авто? В технической документации для всех автомобилей есть рекомендации производителей о том, какими должны быть вязкостные значения моторного масла. При первом ознакомлении может возникнуть недоумение – почему, например, производитель допускает применение масел с параметрами 5w20, 5W30 и 5W40? Какое же лучше заливать?
Чем старше двигатель авто, тем больше изнашиваются его детали. Соответственно, зазоры между парами трения увеличиваются. Маловязкие составы уже не могут обеспечить нормальную смазку, масляная плёнка рвётся. Вот почему рекомендуют переводить свои авто на более вязкие моторные масла.
Исходя из всего вышеизложенного, подбор наилучшего моторного масла для тех или иных марок автомобилей – не такая простая задача, как кажется на первый взгляд. Кроме вязкостных показателей следует учесть ещё много других качественных параметров.
Вязкость моторного масла - основная характеристика, по которой выбирают смазочную жидкость. Она может быть кинематической, динамической, условной и удельной. Однако чаще всего для выбора того или иного масла пользуются показателями кинематической и динамической вязкости. Их допустимые показатели четко указывает производитель двигателя автомобиля (зачастую допускается два или три значения). Правильный подбор вязкости обеспечивает нормальную работу двигателя с минимальными механическими потерями, надежную защиту деталей, нормальный расход топлива. Для того, чтобы подобрать оптимальную смазку, необходимо тщательно разобраться в вопросе вязкости моторного масла.
Вязкость (другое название - внутреннее трение) в соответствии с официальным определением - это свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. При этом выполняется работа, которая рассеивается в виде тепла в окружающую среду.
Вязкость - величина непостоянная, и она меняется в зависимости от температуры масла, имеющихся в его составе примесей, значения ресурса (пробега мотора на данном объеме). Однако эта характеристика определяет положение смазывающей жидкости в определенный момент времени. А при выборе той или иной смазывающей жидкости для двигателя необходимо руководствоваться двумя ключевыми понятиями - динамической и кинетической вязкостью. Их еще называют низкотемпературной и высокотемпературной вязкостью соответственно.
Исторически так сложилось, что автолюбители по всему миру определяют вязкость по так называемому стандарту SAE J300. SAE - это аббревиатура названия организации Сообщества автомобильных инженеров, которое занимается стандартизацией и унификацией различных систем и понятий, используемых в автомобилестроении. А стандарт J300 характеризует динамическую и кинематическую составляющие вязкости.
В соответствии с этим стандартом существует 17 классов масел, 8 из них зимних и 9 летних. Большинство масел, используемых в странах СНГ имеют обозначение XXW-YY. Где XX - обозначение динамической (низкотемпературной) вязкости, а YY - показатель кинематической (высокотемпературной) вязкости. Буква W означает английское слово Winter - зима. В настоящее время большинство масел являются всесезонными, что и находит отражение в таком обозначении. Восемь же зимних - это 0W, 2,5W, 5W, 7,5W, 10W, 15W, 20W, 25W, девять летних - 2, 5, 7,10, 20, 30, 40, 50, 60).
В соответствии со стандартом SAE J300 моторное масло должно соответствовать следующим требованиям:
На перечисленные свойства моторного масла динамическая и кинематическая вязкости влияют каждая по своему.
В соответствии с официальным определением, динамическая вязкость (она же абсолютная) характеризует силу сопротивления маслянистой жидкости, которая возникает во время движения двух слоев масла, удаленных на расстояние один сантиметр, и движущихся со скоростью 1 см/с. Единица ее измерения - Па с (мПа с). Имеет обозначение в английской аббревиатуре CCS. Тестирование отдельных образцов выполняется на специальном оборудовании - вискозиметре.
В соответствии со стандартом SAE J300 динамическая вязкость всесезонных (и зимних) моторных масел определяется так (по сути, температура проворачиваемости):
Также стоит отличать температуру застывания и температуру прокачиваемости . В обозначении вязкости речь идет именно о прокачиваемости, то есть, состоянии. когда масло может беспрепятственно распространиться по масляной системе в допустимых температурных рамках. А температура его полного застывания обычно на несколько градусов ниже (на 5...10 градусов).
Как вы можете видеть, для большинства регионов Российской Федерации масла со значением 10W и выше НЕ могут быть рекомендованы к использованию как всесезонное . Это находит прямое отражение в допусках различных автопроизводителей для машин, реализуемых на российском рынке. Оптимальными для стран СНГ будут масла с низкотемпературной характеристикой 0W или 5W.
Другое ее название - высокотемпературная, с ней разбираться гораздо интереснее. Здесь, к сожалению, нет такой же четкой привязки, как у динамической, и значения имеют другой характер. Фактически эта величина показывает время, за которое некоторое количество жидкости выливается через отверстие определенного диаметра. Измеряется высокотемпературная вязкость в мм²/с (другая альтернативная единица измерения сантистокс - сСт, существует следующая зависимость - 1 сСт = 1 мм²/c = 0,000001 м²/c).
Наиболее популярные коэффициенты высокотемпературной вязкости по стандарту SAE - 20, 30, 40, 50 и 60 (перечисленные выше меньшие значения используются редко, например, их можно встретить у некоторых японских машинах, использующихся на внутреннем рынке этой страны). Если сказать в двух словах, то чем меньше этот коэффициент, тем масло жиже , и наоборот, чем выше - тем оно гуще . Лабораторные тесты проводят при трех температурах - +40°С, +100°С и +150°С. Прибор, при помощи которого проводят опыты - ротационный вискозиметр.
Три эти температуры выбраны не случайно. Они позволяют увидеть динамику изменения вязкости при различных условиях - нормальных (+40°С и +100°С) и критических (+150°С). Испытания проводятся и при других температурах (а по их результатам строятся соответствующие графики), однако эти температурные значения приняты за основные точки.
И динамическая и кинематическая вязкости напрямую зависят от плотности. Зависимость между ними следующая: динамическая вязкость является произведением кинематической вязкости на плотность масла при температуре +150 градусов по Цельсию . Это вполне соответствует законам термодинамики, ведь известно, что при повышении температуры плотность вещества уменьшается. А это значит, что при постоянной динамической вязкости кинематическая при этом будет снижаться (о чем соответствуют и ее низкие коэффициенты). И наоборот при снижении температуры кинематические коэффициенты увеличиваются.
Прежде чем перейти к описанию соответствий описанных коэффициентов, остановимся на таком понятии как High temperature/High shear viscosity (сокращенно - HT/HS). Это отношение температуры работы двигателя к высокотемпературной вязкости. Оно характеризует текучесть масла при испытуемой температуре, равной +150°С. Это значение было введено организацией API в конце 1980-х годов для лучшей характеристики выпускаемых масел.
Таблица высокотемпературной вязкости
Обратите внимание, что в новых версиях стандарта J300 масло с вязкостью SAE 20 имеет нижнюю границу, равную 6,9 сСт. Те же смазывающие жидкости, у которых это значение ниже (SAE 8, 12, 16), выделены в отдельную группу под названием энергосберегающие масла . По классификации стандарта ACEA они имеют обозначение A1/B1 (устаревший после 2016 года) и A5/B5.
Существует еще один интересный показатель - индекс вязкости . Он характеризует снижение кинематической вязкости с увеличением рабочей температуры масла. Это относительная величина, по которой можно условно судить о пригодности смазывающей жидкости работать при различных температурах. Его вычисляют эмпирически, сопоставляя свойства при разных температурных режимах. В хорошем масле этот индекс должен быть высоким, поскольку тогда его эксплуатационные характеристики мало зависят от внешних факторов. И наоборот, если индекс вязкости определенного масла маленький, то такой состав очень зависит от температуры и прочих рабочих условий.
Другими словами можно сказать, что при низком коэффициенте масло быстро разжижается. А из-за этого толщина защитной пленки становится очень маленькой, что приводит к значительному износу поверхностей деталей двигателя. А вот масла с высоким индексом способны работать в широком температурном диапазоне и полностью справляться со своими задачами.
Индекс вязкости напрямую зависит от химического состава масла . В частности, от количества в нем углеводородов и легкости используемых фракций. Соответственно, минеральные составы будут иметь самый плохой индекс вязкости, обычно он находится в диапазоне 120...140, у полусинтетических смазывающих жидкостей аналогичное значение будет 130...150, а “синтетика” может похвастаться самыми лучшими показателями - 140...170 (иногда даже до 180).
Высокий индекс вязкости синтетических масел (в отличие от минеральных при их одинаковой вязкости по SAE) позволяет использовать такие составы в широком температурном диапазоне.
Довольно распространенной бывает ситуация, когда автовладельцу по какой-либо причине нужно долить в картер двигателя иное масло, чем то, которое уже находится там, особенно при условии, что они имеют разные вязкости. Можно ли так делать? Ответим сразу - да, можно, однако с определенными оговорками.
Основное, о чем стоит сказать сразу - все современные моторные масла можно смешивать между собой (разной вязкости, синтетику, полусинтетику и минералку). Это не вызовет никаких негативных химических реакций в картере двигателя, не приведет к образованию осадка, вспениваемости или другим негативным последствиям.
Падение плотности и вязкости при повышении температуры
Доказать это очень легко. Как известно, все масла имеют определенную стандартизацию по API (американский стандарт) и ACEA (европейский стандарт). В одних и других документах четко прописаны требования безопасности, в соответствии с которыми допускается любое смешивание масел таким образом, чтобы это не вызывало каких-либо разрушительных последствий для двигателя машины. А поскольку смазывающий жидкости соответствуют этим стандартам (в данном случае не важно, какому именно классу), то и требование это соблюдается.
Другой вопрос - стоит ли смешивать масла, тем более разной вязкости? Делать такую процедуру допускается лишь в крайнем случае, например, если в данный момент (в гараже или на трассе) у вас нет подходящего (идентичного тому, что находится в данный момент в картере) масла. В этом экстренном случае можно долить смазывающую жидкость до нужного уровня. Однако дальнейшая эксплуатация зависит от разницы старого и нового масел.
Так, если вязкости очень близки, например, 5W-30 и 5W-40 (а тем более производитель и их класс одинаковы), то с такой смесью вполне можно ездить и дальше до очередной смены масла по регламенту. Аналогично допускается смешивать и соседние по значению динамической вязкости (например, 5W-40 и 10W-40. В результате вы получите некое среднее значение, которое зависит от пропорций того и другого состава (в последнем случае получится некий состав с условной динамической вязкостью 7,5W-40 при условии смешивания их одинаковых объемов).
Также допускается к длительной эксплуатации смесь близких по значению вязкости масел, которые однако относятся к соседним классам. В частности, допускается смешивать полусинтетику и синтетику, или минералку и полусинтетику. На таких составах можно ездить длительное время (хотя и нежелательно). А вот смешивать минеральное масло и синтетическое, хотя и можно, но лучше доехать на нем лишь до ближайшего автосервиса, и там уже выполнить полную замену масла.
Что касается производителей, то тут аналогичная ситуация. Когда у вас есть масла разной вязкости, но от одного производителя - смешивайте смело. Если же к хорошему и проверенному маслу (в котором вы уверены, что это не подделка) от известного мирового производителя (например, таких как или ) добавляете похожее как по вязкости, так и по качеству (в том числе стандартам API и ACEA), то в таком случае на машине тоже можно ездить еще длительное время.
Также обратите внимание на допуски автопроизводителей. Для некоторых моделей машин их производитель прямо указывает, что используемое масло должно обязательно соответствовать допуску. В случае, если добавляемая смазывающая жидкость не имеет такого допуска, то длительное время на такой смеси ездить нельзя. Нужно как можно быстрее выполнить замену, и залить смазку с необходимым допуском.
Иногда возникают ситуации, когда смазывающую жидкость нужно залить в дороге, и вы подъезжаете к ближайшему автомагазину. Но в его ассортименте нет такой смазывающей жидкости, как и в картере вашего авто. Что делать в таком случае? Ответ простой - залить аналогичное или лучше. Например, вы пользуете полусинтетикой 5W-40. В этом случае желательно подобрать 5W-30. Однако тут нужно руководствоваться теми же соображениями, которые были приведены выше. То есть, масла не должны сильно отличаться друг от друга по характеристикам. В противном случае полученную смесь нужно как можно быстрее заменить на новый подходящий для данного двигателя смазывающий состав.
Многих автолюбителей интересует вопрос о том, какую вязкость имеет , и полностью масло. Он возникает потому что существует распространенное заблуждение, что у синтетического средства якобы вязкость лучше и именно поэтому «синтетика» лучше подходит для двигателя автомобиля. И напротив, якобы минеральные масла обладают плохой вязкостью.
На самом деле это не совсем так . Дело в том, что обычно минеральное масло само по себе гораздо гуще, поэтому на полках магазинов такая смазывающая жидкость зачастую встречается с показаниями вязкости такими как 10W-40, 15W-40 и так далее. То есть, маловязких минеральных масел практически не бывает. Другое дело синтетика и полусинтетика. Использование в их составах современных химических присадок позволяет добиться снижения вязкости, именно поэтому масла, например, с популярной вязкостью 5W-30 могут быть как синтетическими, так и полусинтетическими. Соответственно, при выборе масла нужно обращать внимание не только на значение вязкости, но и на тип масла.
Базовое масло
Качество конечного продукта во многом зависит от базы. Моторные масла не исключение. При производстве масел для двигателя автомобиля используют 5 групп базовых масел. Каждое из них отличается способом добывания, качеством и характеристиками
У различных производителей в ассортименте можно найти самые разные смазывающие жидкости, относящиеся к разным классам, однако имеющие одинаковую вязкость. Поэтому при покупке той или иной смазывающей жидкости выбор его вида - это отдельный вопрос, который нужно рассматривать, исходя из состояния двигателя, марки и класса машины, стоимости непосредственно масла и так далее. Что касается приведенных выше значений динамической и кинематической вязкости, то они имеют одинаковое обозначение по стандарту SAE. Но вот стабильность и долговечность защитной пленки у разных типов масел будут другими.
Подбор смазывающей жидкости для конкретного двигателя машины - процесс достаточно трудоемкий, поскольку нужно проанализировать много информации для принятия правильного решения. В частности, кроме непосредственно вязкости желательно поинтересоваться моторного масла, его классами по стандартам API и ACEA, тип (синтетика, полусинтетика, минералка), конструкцию двигателя и много чего еще.
Какое масло лучше заливать в двигатель
Выбор моторного масла дол основывается на вязкости, спецификации API, АСЕА, допусках и тех важных параметрах, на которые вы никогда не обращаете внимание. Подбирать нужно по 4 основным параметрам.
Что касается первого шага - выбора вязкости нового моторного масла, то стоит отметить, что изначально нужно исходить из требований завода-изготовителя двигателя. Не масла, а двигателя! Как правило, в мануале (технической документации) имеется конкретная информация о том, смазывающие жидкости какой вязкости допускается использовать в силовом агрегате. Зачастую допускается применять два или три значения вязкости (например, ).
Обратите внимание, что толщина образуемой защитной масляной пленки не зависит от ее прочности. Так, минеральная пленка выдерживает нагрузку около 900 кг на квадратный сантиметр, а такая же пленка, образованная современными синтетическими маслами на основе эстеров уже выдерживает нагрузку 2200 кг на квадратный сантиметр. И это при одинаковой вязкости масел.
В продолжение предыдущей темы перечислим возможные неприятности, которые могут возникнуть в случае, если будет выбрано масло в неподходящей для данного вязкостью. Так, если оно слишком густое:
Однако если залить в двигатель очень жидкое масло, то также могут возникнуть проблемы. Среди них:
Поэтому, чтобы избежать подобных неприятностей старайтесь подбирать масло той вязкости, которую допускает производитель двигателя машины. Этим вы не только продлите срок его эксплуатации, но и обеспечите нормальный режим его работы в разных режимах.
Всегда придерживайтесь рекомендаций автопроизводителя и заливайте смазочную жидкость с теми значениями динамической и кинематической вязкости, которая прямо им указана. Незначительные отклонения допускаются лишь в редких и/или аварийных случаях. Ну а выбор того или иного масла нужно проводить по нескольким параметрам , а не только по вязкости.
Автомобильное масло - незаменимый помощник любого автомобилиста. Оно обеспечивает смазывание трущихся между собой механизмов, сглаживание поверхностей, а также удаление излишнего мусора, возникающего при взаимодейтсвии деталей друг с другом.
От правильного выбора смазочных материалов зависит многое. Во-первых, качество выбираемых масел в дальнейшем определяет износостойкость автомобильных частей. Помимо этого, характеристики приобретаемого масла определяют способность функционировать в условиях различных температурных режимов. В-третьих, использование слабокачественной продукции влечет за собой увеличение зазоров между взаимодейтсвующими механизмами, которые сопровождается увеличением расхода топлива, износом дорогостоящих деталей и механизмов и рядом других серьезных проблем.
Выбор моторных масел определятся различными параметрами. Но для многих покупателей ключевым параметром является вязкость смазочного материала. Благодаря такому параметру автомобильное масло дольше задерживается на поверхности двигателя, правильно распределяется между трущимися деталями.
Анализируя информацию, которую производители заявляют на этикетках продукции, каждому покупателю следует отличать такие понятия, как вязкость кинематическая и динамическая. Они отличаются по плотности, единицам и методам измерения и используются для показателей разных классов смазочных материалов.
Кинематическая вязкость указывает на такое свойство масла, как его текучесть. Она определяется при нормальной и максимальной рабочих температурах. Обычно для испытания выбирают такие режимы, как сорок и сто градусов по Цельсию. Измеряется данная величина в сантистоксах.
По показателям кинематической вязкости рассчитывается индекс вязкости моторного масла. Если вы хотите выбрать действительно лучший смазочный материал, индекс должен быть более 200, его имеют обычно всесезонные масла.
Динамическая вязкость характеризует силу сопротивления при перемещении жидкостей друг относительно друга вне зависимости от плотности. Единица измерения - сантипуаз.
На сегодняшний день самой популярной классификацией смазочных материалов является SAE. Данная спецификация признана единственным международным стандартом, на основании которого рассчитывается вязкость масла исходя из температурного режима среды.
Society of Automotive Engineers - аббревиатура, которая принадлежит Обществу Автомобильных Инженеров Соединенных Штатов Америки.
Вязкость моторного масла по SAE должна отвечать таким условиям:
Спецификацию SAE употребляют при определении уровня вязкости смазочного материала, учитываются требования к маслам при выпуске новой продукции, а также для исследования и детального изучения старых и новых составов.
Вязкость смазочных материалов может меняться при различных условиях. Она находится в прямой зависимости от температуры окружающей среды, от скорости прогрева механизмов, режима работы двигателя. При низких температурах вязкость для обеспечения запуска автомобиля в холодную погоду не должна быть слишком высокой. В условиях высоких температур - наоборот, смазывающий материал помогает обеспечивать надлежащее давление и создает защитный слой между поверхностями, которые соприкасаются.
По показателю вязкости смазочные материалы делятся на зимние, летние и всесезонные. Всесезонная продукция более удобна. Она является более энергосберегающей, а также такие масла можно не менять так часто, как материалы для определенного сезона.
Таблица наглядно демонстрирует, в условиях каких температур можно применять разные виды смазочных материалов.
Таблица вязкости моторных масел по температуре представлена ниже.
Таблица вязкости моторных масел имеет цифровые и цифробуквенные обозначения, благодаря которым определяют сезонность масла и окружающая температура.
В качестве примера можно рассмотреть вязкость моторного масла 5w30. Расшифровка вязкости моторного масла для зимних масел следующая.
Для зимних масел создано международное обозначение буквой «w». При расчетах от цифры перед ней необходимо отнять 40, в результате получаем температурный режим, при котором можно использовать смазочный материал. Чтобы узнать температуру проворачиваемости двигателя, необходимо отнять 35.
Выше приведена таблица вязкости моторных масел по температуре. Зимние масла находятся в её верхней части.
Зимние смазочные материалы пригодны к использованию при таких температурных режимах:
Как было уже сказано, вязкость зимних масел также должна отвечать требованиям проворачиваемости, прокачиваемости (не должна быть выше шестидесяти тысяч сантипуаз) и обладать необходимой кинетической вязкостью.
Таблица вязкости моторных масел для холодных условий представлена ниже.
Летняя продукция обозначена, согласно со стандартом, только цифрами (к примеру, SAE 30) и означает усредненный параметр, указывающий на вязкость материала в условиях работы при повышенных температурах.
Таблица вязкости моторных масел для летнего сезона имеет следующий вид.
Всесезонные смазочные материалы применимы при различных тепловых режимах. В зависимости от сезона, вязкость способна меняться и обеспечивать надлежащую смазку механизмов автомобиля. Таким образом, масла для всех сезонов соответствуют критериям наивысшей вязкости проворачиваемости при холодах, и наименьшей - при жаре.
Они представлены в нижней части таблицы вязкости по температуре и состоят из комбинации летних и зимних масел.
Расшифровка следующая: допустим, вязкость моторного масла 5W-30: класс вязкости «5W» разрешает использование масла в холодный сезон, показывает, насколько легко запускается мотор в условиях низких температур; «30» - обозначает летний класс, с помощью этого показателя можно рассчитать возможность работоспособности при высоких температурах.
Как определить вязкость моторного масла? Это могут подсказать рекомендации производителя. Учитываются особенности строения двигателя, его нагрузки на смазочные материалы, уровень сопротивления, степень износа масленого насоса, степень возможного нагрева масла при разных режимах работы во всех местах мотора.
При выборе вязкости материала для зимнего сезона нужно учитывать средние температуры региона проживания. Правильный выбор масла поможет справиться автомобилю с холодным пуском, при котором возникает дополнительное трение и износ деталей. Таблица вязкости моторных масел поможет сориентироваться в большом выборе. Производители рекомендуют среди зимних масел использовать SAE 0W.
При выборе летнего масла нужно учитывать то, что детали в жаркое время года особенно могут перегреваться, обдув может быть недостаточным, поэтому масло должно быть вязким.
Производители предлагают достаточно большой выбор смазочных материалов. Основной характеристикой которых является их вязкость. А она, в свою очередь, напрямую зависит от температурного режима.
Даже в очень умеренных климатических условиях разница в температурах между двигателя и его деталей может достигать двухсот градусов. Международный стандарт SAE предлагает на выбор масла для разных сезонов. Универсальное масло - всесезонное. Но как показывает опыт автолюбителей, при слишком большой разнице в температурных режимах, больших морозах и слишком жарком лете всесезонные смазочные материалы - далеко не самые лучшие.
Выбирая класс вязкости смазочного материала для личного автомобиля, необходимо руководствоваться такими критериями:
Благодаря такому параметру, как вязкость, автомобильное масло может дольше задерживаться на поверхности двигателя, правильно распределяться между трущимися деталями, не допуская пересыхания.
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.
