Мир моторных масел наполнен разнообразными параметрами, отвечающими за разные свойства и качества смазочных материалов. Одних только классификаций моторных масел насчитывается несколько штук, и на каждом автомобильном рынке предпочтение отдается своей классификации. С индексом вязкости тоже не всё так просто. Все мы давно привыкли классифицировать вязкость масла по SAE. Данная классификация довольно проста для понимания и любой автовладелец без труда с её помощью может подобрать масло для летней и зимней эксплуатации либо «всесезонку». Но в последние годы в обиход автомехаников вошел новый «индекс вязкости» - HTHS. Поскольку споры вокруг этого термина не утихают по сей день, мы решили посвятить этой аббревиатуре новую статью по моторным маслам.
Начать следует с того, что HTHS - это не «индекс вязкости», как его нередко называют. Если расшифровать аббревиатуру и дословно перевести её на русский язык, то HTHS - это «высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига». HTHS измеряется в миллипаскалях в секунду. Наиболее распространенный метод испытания ASTMD 4683. Этот метод включает в себя определение вязкости масла при высокой температуре (150 о С) и высокой скорости сдвига 106 с-1 .По сути, этот показатель определяет толщину масляной плёнки в динамике - то есть при высокой температуре масла и высокой скорости сдвига.
Все масла по этому параметру можно разделить на две группы: полновязкие и маловязкие. Наиболее массовые полновязкие моторные масла имеют HTHS от 3,5 мПа/с и выше. У маловязких масел по HTHS этот показатель находится в диапазоне 2.6 до 3.5 мПа/с. Чем выше этот показатель, тем толще защитная плёнка на смазываемых деталях при рабочей температуре двигателя, а значит, и выше защита двигателя. Следовательно, полновязкие масла намного лучше защищают двигатель, чем масла с низкой вязкостью по HTHS. Зачем же производители масел и, что самое удивительное, производители двигателей создали масла с более тонкой защитной плёнкой при высокой температуре масла? Ответ найдем в европейских экологических требованиях стран Евросоюза и Японии. В последние годы Япония и Евросоюз очень жестко регламентируют уровень вредных выбросов в атмосферу. Борьба идет за сокращение каждой доли процента в ежегодных отчетах правительств. Естественно, к автотранспорту, как к главному загрязнителю воздуха, предъявляются наиболее жесткие требования. И нередко эти требования вступают в конфликт с ожиданиями потребителей. Так стало и с моторными маслами. Использование масел с малой вязкостью приводит к существенному снижению трения в двигателе, что приводит снижению расхода топлива и вредных выбросов CO2 в атмосферу. Не случайно эти масла также получили название «энергосберегающих». И хотя экономия на топливе оказалась не очень заметной, количество двигателей, предназначенных для использования моторных масел с низким HTHS, за последние несколько лет сильно выросло.
Более низкая HTHS вязкость обеспечивает энергосберегающие свойства масла, что позволяет снизить расход топлива и, как следствие, снизить уровень выбросов вредных веществ в атмосферу. Жесткие требования норм экологичности двигателей, на которых настаивают законодатели в западных странах, - основной мотиватор для автопроизводителей к снижению HTHS вязкости современных моторных масел. Именно этим и объясняется столь быстрый рост продаж масел такого типа и дальнейшая тенденция к снижению вязкости HTHS. Например, с 1 апреля 2013 года, ассоциацией автомобильных инженеров SAE был введен новый летний класс вязкости 16, что соответствует HTHS вязкости 2.3 мПа*С.
Стоит отметить, что производители двигателей не настаивают на том, что в двигатели, спроектированные под масла с низкой вязкостью по HTHS, необходимо заливать только такое масло. Выбор остается за потребителем и за сервисной компанией, которая обслуживает автомобили. В самых современных двигателях можно использовать и обычное полновязкое масло, если оно соответствует всем прочим спецификациям автопроизводителя либо спецификации по ACEA.
«Вообще, это сугубо технический параметр, который не знаком даже многим автослесарям, не говоря уже о конечных потребителях, - говорит Георгий Горшков, технический специалист компании «Сибиндустритехмаш» (официальный дистрибьютор смазочных материалов «Шелл») . - Но у нас так уж повелось в стране, что есть определенная категория автовладельцев, которые привыкли самостоятельно вникать во все особенности не только обслуживания, но и ремонта автомобиля, поэтому и данному параметру в последнее время на просторах российского интернета на различных форумах придается определенное значение. Люди спорят о том, насколько он важен и какой индекс HTHS должен быть у масла для конкретной модели двигателя».
Масла с низким HTHS. Хорошо или плохо?
Однозначно ответить на этот вопрос, конечно, нельзя. Даже если не принимать в расчет экологические и ресурсосберегающие свойства таких масел, которые являются безусловным благом для окружающей среды, у масел с низким HTHS немало преимуществ. Масла такого типа позволяют снизить расходы на топливо. Экономия по разным данным составляет от 3 до 5%, впрочем, этот показатель сильно зависит от манеры вождения. Также отмечается небольшое увеличение мощности («приемистости») двигателя, поскольку снижается расход энергии на трение.
Но к сожалению, есть и обратная сторона. Масла такого типа хуже защищают двигатель. Скептики утверждают, что применение такого масла не всегда оправдано, а небольшая экономия топлива и сокращение вредных выбросов за счет применения таких масел никак не компенсирует повышение риска преждевременного износа двигателя, который несут в себе масла с низким HTHS.
«Применение масел с низким HTHS - это палка о двух концах. С одной стороны, повышаются эксплуатационные характеристики двигателя: экономичность, приемистость. С другой стороны, есть определенный риск, что в экстренной ситуации двигатель окажется недостаточно защищенным от трения. Используя масло с высоким HTHS, вы лишаете владельца автомобиля экономии топлива, но повышаете надежность защиты двигателя, - комментирует Георгий Горшков. - Но вот чего делать точно нельзя - так это использовать масло с низкой вязкостью HTHS в двигателе, который для этого не предназначен».
Дело в том, что в моторах, спроектированных для использования в них масел с пониженным HTHS, имеется ряд существенных отличий:
Уменьшены зазоры между трущимися поверхностями, применена более высокая точность сборки и подгонки деталей двигателя друг к другу.
Используются масляные насосы высокой производительности, чтобы создавать необходимое давление при использовании более жидкого масла.
Используются широкоповерхностные подшипники, в которые масло высокой вязкости поступает медленнее.
На поверхности трущихся деталей наносится специальный микропрофиль (микроаналог хонингования), который удерживает маловязкое масло на стенках как можно дольше.
Естественно, если двигатель не имеет такой «подготовки», использовать маловязкое масло на нём нельзя. Это приведет к очень быстрому износу. В 1997 году научно-исследовательским центром Toyota было проведено исследование влияния вязкости HTHS на износ деталей цилиндропоршневой группы при работе в разных температурных режимах. Масла проверялись на двигателе Toyota 1.6 DOHC. Исследование показало, что при использовании масел с HTHS ниже 2.4 мПа*С и при температуре масла 90 о С износ поршневых колес увеличивается только в том случае, если обороты двигателя превышают 5000 об/мин. А вот при температуре масла 130 о С резкое усиление износа поршневых колец происходит при использовании масла с HTHS от 2.6мПа*С, начиная с 2000 обмин, в то время как масла с вязкостью HTHS от 3 мПа*С и выше продолжают защищать кольца даже при такой высокой температуре.
Наиболее опасны такие масла для двигателей, уже имеющих определенный износ. Дело в том, что абразивные частицы (сажа, пыль и т.п.), которые, как правило, присутствуют в не новом двигателе, могут привести к тому, что тонкая масляная плёнка, которую создает масло такого класса, разрывается, и начинается незащищённое трение, формируются локальные перегревы, которые потом приводят к очень быстрому выходу деталей из строя. Слишком большие зазоры и неоптимальный режим работы топливной системы, работа мотора на малых оборотах и в режиме прогрева, приводят к тому, что топливо попадает в масло, снижая и без того малую вязкость и ухудшая его смазочные свойства. Впоследствии топливо из масла испаряется, но его первоначальные характеристики уже не восстанавливаются.
На российском рынке, по словам Георгия Горшкова, доля масел с низкой вязкостью HTHS пока довольно мала. Это связано как с общим состоянием автомобильного парка, так и с тем, что экологические требования в нашей стране пока не настолько жёсткие, как в Европе.
Из энергосберегающих масел самым востребованным в России сегодня является летний класс SAE с HTHS вязкостью 2,9 мПа*С. Небольшую долю рынка занимают масла с классом по SAE 20 и с HTHS вязкостью 2,6 мПа*С. Объемы продаж таких масел невелики, это связано с особенностями рынка. В настоящий момент доля таких двигателей на российском рынке не так высока.
Стоит отметить, что и в Европе далеко не все автопроизводители готовы рисковать. К примеру, если мы посмотрим довольно свежие спецификации ведуших европейских автоконцернов, — BMW LL-04, MB 229.51, VW 504 00/507 00, Renault 0710/0720, то убедимся, что они настаивают на применении масел, вязкость которых по HTHS составляет не меньше 3,5 мПа/с.
Как связана классификация масел по SAE и HTHS?
HTHS вязкость напрямую связана с классами вязкости по SAE, поскольку этот тип вязкости определяет стабильность масла при высоких температурах и является одним из параметров определения летнего класса вязкости по стандарту SAE J300 для моторных масел.
Например, если HTHS вязкость составляет 2,6 мПа*С, то данное моторное масло будет соответствовать классу SAE Xw20.А если HTHS вязкость составляет 3,7 мПа*С, то данное моторное масло будет уже относиться к классу SAE Xw50.В обоих случаях зимний класс вязкости может быть любым.
Дальнейшие перспективы
Несмотря на уже существующие опасения автопроизводителей, на данный момент ассоциация автомобильных инженеров SAE готова к тому, чтобы продолжить и дальше снижать HTHS. Уже анонсированы летние классы вязкостей: 12, 8 и 4 с еще более низкими HTHS вязкостями, для достижения максимальной энергоэффективности, но только тогда, когда поступят соответствующие запросы от автопроизводителей. Но таких запросов пока не поступало.
Основной парк автомобилей, требующих низкую HTHS вязкость, - это гибриды, двигатели которых представляют собой две совмещенных силовых установки: ДВС, работающий в паре с электродвигателем. Если этот сегмент рынка покажет существенную динамику продаж, то в скором времени мы можем стать свидетелями появления на рынке масел, вязкость которых по HTHS снижена до 2.0 мПа*С. Но в настоящий момент такой необходимости у рынка нет.
Любой современный автомобиль не обходится без масла, которое кроме того, как в двигатель, также заливается в трансмиссию. На рынке существует целое многообразие этого расходного материала и существует целая таблица вязкости моторных масел. Обозначение вязкости в ней дает возможность с легкостью подобрать необходимый для своего транспортного средства состав. Нужно только хорошо разбираться в таком показателе как вязкость.
Что это такое? Почему вязкость так важна? И вообще, какую важную роль играет масло в двигателе или в элементах трансмиссии? Ответы на эти и прочие вопросы будут представлены в данной статье.
Ключевая роль масла
Важность наличия масла в двигателе сложно переоценить, поскольку на нее возложена самая ответственная задача - снизить трение поверхностей деталей. К сожалению, не все водители придают этому значение. Бывают и те, кто забывает про масло вообще и тогда, в конечном итоге, двигатель полностью выходит из строя из-за существенных повреждений.
Однако у моторного масла есть еще одно не менее важное свойство в зависимости от индекса вязкости. Дело в том, что благодаря масляной смазке заметно улучшается эффективность работы антифриза, а это предотвращает перегрев двигателя.
Во время работы двигателя в нем постоянно происходят механические и термические процессы, из-за которых он может подвергнуться перегреву. Благодаря циркуляции моторного масла, которое добирается до многих деталей, эффективным образом происходит отвод лишнего тепла от силовой установки. При этом оно распределяется между всеми поверхностями, к которым поступает.
Но, помимо отвода тепла и снижения трения, моторное масло собирает разный «мусор». В результате трения деталей образуется металлическая пыль, которая на некоторых моделях автомобилей выглядит как стружка. Циркулируя по двигателю, масло за счет своей вязкости, собирает эту пыль, которая потом оседает в фильтре.
Согласно таблице вязкости эффективность работы зависит от кинематической вязкости. Поэтому стоит подробнее изучить эту характеристику.
Что понимать под термином вязкость?
Все мы слышали, что масло обладает вязкостью, но что это конкретно, понимает далеко не каждый. Под данным определением можно считать основной показатель качества расходного материала. Иными словами, вязкость - это способность сохранять свои текучие свойства под воздействием перепадов температуры. То есть, от самых низких показателей в зимнее время до самых высоких значений летом, при максимальных нагрузках на двигатель.
При этом величина носит не постоянный, а временный характер и зависит от ряда факторов, в числе которых:
- конструкция двигателя;
- режим работы;
- степень износа деталей;
- температура окружающей среды.
Во всех странах мире без исключения введена единая масел - SAE J300, которая может быть представлена в виде таблицы вязкости моторных масел. Первые три буквы - это обозначение американского Общества Автомобильных Инженеров. На английском выглядит так: Society of Automotive Engineers.
Согласно этой системе, условные единицы, которыми маркируется та или иная марка, обозначают степень вязкости по SAE VG (Viscosity Grade). Стоит подробнее рассмотреть, как именно подразделяется расходный материал.
Кинематическая и динамическая вязкость
Существуют два понятия вязкости моторных масел:
- кинематическая;
- динамическая.
Кинематической вязкостью называется способность масла сохранять свою текучесть в условиях нормальной или высокой температуры. При этом, нормой считается 40°C, а повышенной - 100°C. Для измерения кинематической вязкости моторного масла применяют специальные единицы - сантистоксы.
У динамической или абсолютной вязкости нет никакой зависимости от плотности самого расходного материала. Здесь учитывается сила сопротивления двух слоев масла, расположенных на расстоянии сантиметра и движущихся со скоростью 1 см/с. Измерение проводится при помощи специального оборудования - ротационного вискозиметра. Аппарат способен воссоздавать работу моторного масла в условиях максимально приближенными к реальным.
Особенности классификации моторных масел
В зависимости от степени показателя текучести всего насчитывается 12 классов смазочных материалов. При этом все жидкости относятся к зимним и летним сортам (по 6 классов соответственно). Каждая маркировка имеет цифровое либо буквенно-цифровое обозначение (или индекс вязкости).
По большому счету, любое масло способно работать при любых условиях. Однако для показателей SAE важная роль отводится нижнему пределу температуры. У масел с приставкой W к индексу (от слова winter - зима) имеется максимально низкий температурный порог прокачиваемости. Это означает, что запуск двигателя зимой (в особенно морозных условиях) будет произведен безопасно.
Отдельной классификацией удостаиваются всесезонные моторные масла. По SAE они имеют двойное обозначение. То есть сначала указывается значение кинематической вязкости в ходе успешных испытаний при самой низкой,насколько это возможно, температуре. Второе значение, как уже можно понять, при самой максимальной.
Некоторые производители в обозначении определенных масел используют букву W. Так сразу можно догадаться, что это зимнее моторное масло. Все шесть классов маркируются следующим образом:
При необходимости узнать, при какой отрицательной температуре успешно заведется автомобиль, следует от обозначения, стоящего перед буквой W, отнять 40. Например, интересует масло под с индексом SAE 10W. После легкого вычисления получаем искомое значение -30°C.
То есть специальной таблицей вязкости можно даже не пользоваться. Хотя для надежности не помешает удостовериться в правильном выборе.
Летние масла
В классификации масел по SAE у летних расходных материалов в обозначении нет никаких букв, оно и понятно. И их классы в таблице выглядят уже так:
Чем больше индекс, тем выше показатель вязкости у масла. То есть, для жаркого климата оно имеет более густую консистенцию. По этой причине такие масла не допускается использовать при температуре окружающей среды менее 0°C. За счет своей вязкости они лучшим образом проявляют свои свойства лишь в летний зной.
Всесезонные моторные масла
Сочетают в себе все свойства зимних и летних масел. Поэтому имеют также совместное обозначение, разделенное тире. К примеру:
- 0w-50;
- 5w-30;
- 15w-40;
- 20w-30.
Использование иного обозначения для всесезонных масел не допускается (SAE 10w/40 либо SAE 10w/40).
Именно такой тип расходного материала получил наибольшее распространение среди большинства водителей, в силу особого класса вязкости моторного масла. Нет необходимости менять масло дважды за сезон. Однако всесезонное масло подходит лишь тем, кто проживает в средней полосе, где климат более благоприятен.
На что влияет неправильный выбор моторного масла?
Обычно производители автомобилей для каждого двигателя подбирают индивидуальные показатели текучести масла. Это позволяет увеличить КПД двигателя при минимальном его износе. Именно по этой причине стоит придерживаться рекомендаций автопроизводителя в отношении каждой конкретной модели. А советы знакомых и друзей, тем более посторонних лиц, коими являются работники СТО, лучше не воспринимать за истину.
Однако человеческому любопытству никогда не будет предела. Что же может произойти, если использовать «неподходящее» моторное масло? Тут возможно два исхода:
- Низкотемпературная вязкость. В сильные морозы такое масло имеет очень густую консистенцию, что затрудняет его подачу насосом в двигатель. У моторных масел с низкотемпературной вязкостью таких проблем нет (например - 5W). В результате какое-то время мотор после запуска будет работать «в сухую». И пока смазка все-таки доберется до трущихся деталей, они успеют перегреться и износиться.
- В жару ситуация будет складываться не лучшим образом. Моторное масло становится слишком жидким, а поэтому не способно задерживаться на деталях и создавать необходимую смазывающую прослойку. Первой жертвой такого масляного голодания, как правило, является распредвал.
В связи с этим, необходимо правильно выбирать масло для своего автомобиля во избежание серьезных последствий. Главное, чтобы вязкость соответствовала тем условиям, при которых эксплуатируется автомобиль.
Распространенные ошибки
К сожалению, не все водители предпочитают выбирать смазку согласно классификации масел по SAE. Среди них популярны две основные ошибки. Любители быстрой езды отказываются от стандартной смазки и отдают предпочтение спортивным сортам. Однако это верный способ довести двигатель своего автомобиля до «смертного одра». Это первая ошибка.
Другие придерживаются второго ошибочного мнения. Как считают владельцы старых автомобилей, на то время еще не было хорошего моторного масла, которое бы в полной мере удовлетворяло потребности «старушек». Большинство из них уже настроены на капитальный ремонт.
Это в корне неверно, поскольку на каждом этапе совершенствования технологий производства автомобилей, одновременно велись и разработки подходящего моторного масла. Два понятие (двигатель и масло) как бы являются одним целым, и разъединять их недопустимо.
К тому же, многие составы помимо нефтяной составляющей имели различные присадки синтетического происхождения. Поэтому стаж транспортного средства здесь не имеет значения.
В заключение
Таблица составлена не просто так, поскольку именно благодаря ней можно подобрать необходимую смазку для более долгой и эффективной работы двигателя. Следует помнить, что двигатель нуждается не только в регулярном техническом обслуживании, но и в своевременной замене всех расходных материалов, включая смазывающие средства.
Что такое SAE ?
SAE – это сообщество автомобильных инженеров (англ. Society of Automobile Engineers , SAE) -
источник технической информации и опыта, используемого в разработке, производстве, обслуживании и управлении транспортных средств для использования на земле или море, в воздухе или космосе.
SAE классификация масел по вязкости, разработанная Американской ассоциацией автомобильных инженеров (SAE), подразделяет масла на классы по текучести, т.е. способности масла течь и одновременно "прилипать" к поверхности металла. Она действует в Европе, США, Японии и других странах.
Для справки.
Вязкость жидкости - это выражение внутреннего трения ее молекул друг с другом. Считается, что вязкость - это сопротивление, которое препятствует передвижению одной частицы масла.
Кинематическая вязкость
моторных масел измеряется при двух температурах (40°С и 100°С) в сантистоксах (сокращенно cST или сСт). Она и измеряется, например, в капилляр-визкозиметрах, как время вытекания определенного количества масла из очень узкого сосуда при воздействии силы тяжести в мм 2 /с.
Динамическая вязкость
измеряется в миллипаскаль-секундах при температуре 150°С (сокращенно: mPas или мПа·с).
Прокачиваемость
- способность масляного насоса прокачать масло при минимальной температуре.
Проворачиваемостъ
- способность стартера проворачивать двигатель при минимальной температуре.
Класс SAE сообщает потребителю диапазон температуры окружающей среды, в котором масло обеспечит проворачивание двигателя стартером (первая слева колонка), прокачивание масла масляным насосом по смазочной системе двигателя под давлением при холодном пуске в режиме, не допускающем сухого трения в узлах трения (вторая слева колонка), и надежное смазывание летом при длительной работе в максимальном скоростном и нагрузочном режиме.
Классификация SAE J 300 APR 97
Класс пo SAE |
Низкотемпературная вязкость |
Высокотемпературная вязкость |
|||
Проворачивание* |
Прокачиваемосгь** |
Вязкость***, |
Вязкость****,
|
||
Максимальная вязкость, мПа с, при t,°С |
|||||
3250 при -30°С |
60000 при -40°С |
||||
3500 при -25°С |
60000 при -35°С |
||||
3500 при -20°С |
60000 при -30°С |
||||
3500 при -15°С |
60000 при -25°С |
||||
4500 при -10°С |
60000 при -20°С |
||||
3250 при -5°С |
60000 при -15°С |
||||
* Вязкость измеряется по методу ASTM D 5293 на вискозиметре CCS.
** Вязкость измеряется по методу ASTM D 4684 на вискозиметре MRV; напряжение сдвига не допускается при любом значеи вязкости.
*** Вязкость измеряется по методу ASTM D 445 на капиллярном вискозиметре (кинематическая).
**** Вязкость измеряется по методам ASTM D 4683 или CEC L-36-A-90 на коническом имитаторе подшипника.
*a Это значение для классов SAE 0W-40, 5W-40, 10W-40.
*аа Это значение для классов SAE 40, 15W-40, 20W-40, 25W-40.
Классификация подразделяет моторные масла на шесть зимних классов (0W, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W) и пять летних (20, 30, 40, 50 и 60). В этих рядах большим числам соответствует большая вязкость. Всесезонные масла, пригодные для круглогодичного применения, обозначают сдвоенным номером, один из которых указывает зимний, другой - летний класс, например, SAE 5W-30 или 10W-40, 15W-40, 20W-50 и т. п.
Классификация SAE J 300 APR 97 для зимних масех устанавливает максимальные значения динамической вязкости при низких температурах и минимальные значения кинематической вязкости при 100°С. Для летних масех установлены пределы кинематической вязкости при 100° С и минимальные значения динамической вязкости при 150°С и скорости сдвига 106 с -1 .
Всесезонные масла отвечают требованиям к одному из зимних и к одному из летних масел одновременно, т. е. обладают очень пологой зависимостью вязкости от температуры. Это достигается загущеннием маловязких масел специальными макрополимерными присадками, повышающими индекс вязкости, иначе говоря, загущающими масло в области высоких температур больше, чем в области низких температур, и (или) использованием синтетических компонентов в качестве основы масла.
Примерное соответствие российской (ГОСТ 17479.1-85) и SAE классификаций
Класс пo SAE |
Россия |
Кинематическая вязкость при 100°С(мм 2 /с) |
Назначение |
|
Всесезонные |
||||
Обращаем внимание на то, что для двигателей различной конструкции температурные диапазоны работоспособности масла данного класса по SAE существенно различаются. Они зависят от мощности стартера, минимальной пусковой частоты вращения коленчатого вала, требуемоего для пуска двигателя, от производительности масляного насоса, от гидравлического сопротивления маслоприемного тракта и многих других конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов (техническое состояние автомобиля, качество бензина или дизтоплива квалификация водителя и т. п.).
Сочетание значений вязкости летнего и зимнего сортов масла не означает арифметического сочетания свойств вязкости. Так, например, масло 5W-30 рекомендовано к эксплуатации при температурах окружающей среды от -30 до +20°С. Вместе с этим летнее масло 30 может работать при температурах до 30°С, но только выше нуля.
Каждый двигатель каждой марки автомобиля отличается уникальным сочетанием степени форсированности, теплонапряженности, особенностей конструкции, применяемых материалов и так далее, вплоть до качества обработки поверхностей. Таким образом, владельцу Subaru не следует слепо использовать таблицу допустимых температур Chrysler.
Для автомобилей «Жигули» эта таблица выглядит следующим образом
Класс по SAE |
Рабочий диапазон температур,°С |
от-30 до +20 |
|
от-30 до +35 |
|
от-30 до +45 |
|
от-30 до +20 |
|
от-25 до +35 |
|
от-25 до +45 |
|
от-20 до +35 |
|
от-20 до +45 |
|
от-20 до +45 |
|
от-15 до +40 |
|
от-15 до +45 |
|
от-15 до +45 |
Следует помнить, что классификация SAE J 300 распространяется только на вязкостно-температурные свойства моторных масел и не сообщает никакой информации об их эксплуатационных качествах.
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:
- защищает мотор от перегрева,
- предотвращает быстрый износ механизмов,
- препятствует образованию коррозии,
- выводит нагар, сажу и продукты сгорания топлива за пределы двигательной системы,
- способствует увеличению ресурса силового агрегата.
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.
Индекс вязкости масла
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:
- при холодном запуске двигателя защитная пленка имеет сильную текучесть, что обеспечивает быстрое и равномерное распределение смазки по всей рабочей поверхности;
- нагрев двигателя вызывает увеличение вязкости пленки. Такое свойство позволяет удерживать защитную пленку на поверхностях движущихся деталей.
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.
Кинематическая и динамическая вязкости
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.
Расшифровка обозначения моторного масла
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:
- SC –год выпуска до 1964 г.
- SD –год выпуска с 1964 по 1968 гг.
- SE –год выпуска с 1969 по 1972 гг.
- SF –год выпуска с 1973 по 1988 гг.
- SG –год выпуска с 1989 по 1994 гг.
- SH –год выпуска с 1995 по 1996 гг.
- SJ –год выпуска с 1997 по 2000 гг.
- SL –год выпуска с 2001 по 2003 г.
- SM –год выпуска после 2004 г.
- SN –авто, оборудованные современной системой нейтрализации выхлопных газов.
Для дизельных:
- CB –год выпуска до 1961 г.
- CC –год выпускадо 1983 г.
- CD –год выпускадо 1990 г.
- CE –год выпускадо 1990 г., (турбированный мотор).
- CF –год выпускас 1990 г., (турбированный мотор).
- CG-4 –год выпускас 1994 г., (турбированный мотор).
- CH-4 –год выпускас 1998 г.
- CI-4 – современные авто (турбированный мотор).
- CI-4 plus – значительно выше класс.
Что одному двигателю хорошо, то другому грозит ремонтом
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.
Что происходит в момент запуска двигателя?
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.
Вязкость моторного масла в рабочих температурах
После того, как двигатель прогрелся, активируется система охлаждения. Один цикл работы двигателя выглядит следующим образом:
- Нажим на педаль газа повышает обороты мотора и увеличивает нагрузку на него, в результате чего увеличивается сила трения деталей (т.к. слишком вяжущая жидкость еще не успела попасть в междетальные зазоры),
- температура масла повышается,
- степень его вязкости снижается (увеличивается текучесть),
- толщина масляного слоя уменьшается (просачивается в междетальные зазоры),
- сила трения снижается,
- температура масляной пленки снижается (частично с помощью охлаждающей системы).
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.
Последствия заливки масла повышенной вязкости
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.
Слишком низкая вязкость: опасна ли она?
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.
Стабилизаторы густоты масла
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
- увеличивать вязкость защитной пленки,
- снижать количество нагара и отложений на цилиндрах мотора,
- сокращать выброс вредных веществ в атмосферу,
- восстанавливать защитный масляный слой,
- достигать «бесшумности» в работе двигателя,
- предотвращать процессы окисления внутри корпуса мотора.
Использование стабилизаторов позволяет не только увеличить срок между «масляными» заменами, но и восстановить утраченные полезные свойства защитного слоя.
Разновидности специальных смазок, применяемых на производствах
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.
Выводы
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.
Важнейшими эксплуатационными свойствами моторных масел являются: вязкостно-температурные (вязкость, индекс вязкости, температура застывания), противоизносные, противоокислительные, диспергирующие (моющие), коррозионные и др.
Вязкостно-температурные свойства. Вязкость и ее зависимость от температуры являются важнейшим показателем качества моторных масел.
От вязкости масла зависит его способность обеспечить жидкостное, гидродинамическое трение в подшипниках, а, следовательно, их нормальную работу. Вязкость масла влияет на изнашивание шеек коленчатого вала и вкладышей подшипников. От вязкости масла зависит количество отводимой от узла трения теплоты. Чем меньше вязкость, тем лучше охлаждается подшипник, так как через него прокачивается больше масла, а следовательно, и больше теплоты отводится вместе с ним из зоны трения.
Выбор оптимальной вязкости масла усложняется тем, что она очень зависит от температуры. Например, при понижении температуры от 100 до 50 °С вязкость может увеличиться в 4-5 раз. При охлаждении моторных масел до 0 С и тем более до отрицательных температур их вязкость увеличивается в сотни и тысячи раз.
За многие годы изучения зависимости вязкости от температуры было предложено много способов построения вязкостно-температурных характеристик и формул, выражающих эту зависимость. Но лишь немногие из них дают удовлетворительную сходимость результатов расчета и практического определения вязкости вискозиметром. Это объясняется в первую очередь тем, что масла представляют собой жидкости, молекулы которых, имея сложное строение, образуют различные структуры, зависящие как от молекулярной массы, так и от группового химического состава масла.
Для описания зависимости вязкости моторных масел от температуры практически используют уравнения Вальтера и советского химмотолога Рамайя.
Формула Вальтера в экспоненциальной форме имеет вид
где
- кинематическая вязкость, мм 2 /с,
при температуре t
,
°С;
Т
-
абсолютная температура;
а
-
коэффициент, зависящий от индивидуальных
свойств жидкости.
Для современных масел лучшие совпадения с опытными данными получаются при а = 0,6.
Формула Рамайя имеет вид
,
где
- динамическая вязкость масла;Т
-
абсолютная температура;
А и В - коэффициенты, постоянные для данного масла.
Формула
позволяет представить вязкостно-температурную
характеристику
масла в координатах аргумент 1/Т
-
функция
.
Практическое применение обеих формул показало удовлетворительное совпадение результатов расчета с опытными данными. Несколько большую точность дает формула Рамайя. Принципиальным недостатком этих уравнений является их эмпирический характер, не вскрывающий сущности физических явлений, происходящих в маслах при изменении их температуры.
На основе уравнений Вальтера и Рамайя построены и напечатаны специальные координатные сетки, на которых можно быстро построить вязкостно-температурные кривые различных моторных масел.
Практически
зависимость кинематической вязкости
от температуры можно изображать в трех
системах координат. В диапазоне температур
50-100 °С проще всего вязкостно-температурную
характеристику
строить в координатах t
и
(рис. 1).
При более широком диапазоне температур,
например, от
температуры застывания масла до 100 °С,
рекомендуется применять
сетку координат Рамайя (рис. 2).
Очень важной является задача количественной оценки крутизны вязкостно-температурной кривой. Предложено несколько таких оценочных параметров.
1. Отношение кинематиче ских вязкостей v so и v 100 . Этот простой и надежный параметр характеризует крутизну вязкостно-температурной кривой в относительно узком диапазоне температур прогретого масла, но не позволяет оценить ее в наиболее важной области низких температур, оказывающих решающее влияние на пусковые характеристики двигателя. Для моторных масел, применяемых летом или в условиях жаркого климата, v 50 /v 100 < 6; для масел, предназначенных к применению зимой и особенно в северных районах, v 50 /v 100 < 4.
2. Температурный коэффициент вязкости (ТКВ) при температурах от 0 до 100 °С
ТКВ 0 -100 = (v 0 - v 100)/v 50 .
При оценке крутизны вязкостно-температурной кривой в условиях низких температур ТКВ дает более четкую картину, чем отношение v 50 /v 100 . Для зимних масел ТКВ 0-100 <: 22, для всесезонных < 25, для летних < 35-40.
3. Индекс вязкости (ИВ). В современных отечественных и зарубежных стандартах для оценки крутизны вязкостно-температурной кривой применяют показатель ИВ, основанный на сравнении масла с двумя эталонами.
Один из этих эталонов характеризуется крутой вязкостно-температурной кривой, а другой - пологой. Эталону:
- с крутой кривой присвоен индекс вязкости, равный 0,
- а эталону с пологой кривой - 100.
Чем выше ИВ масла, тем более пологая вязкостно-температурная кривая и тем лучше масло для зимней эксплуатации.
На рис. 3 приведен график, поясняющий принцип определения вязкостно-температурных свойств масел с помощью ИВ. На графике изображены вязкостно-температурные характеристики трех масел: двух эталонных (верхняя и нижняя кривые) и одного исследуемого (средняя кривая).
Практически ИВ вычисляют по формуле (ГОСТ 25371-82)
ИВ = (v - v 1)/(v - v 2), или ИВ = (v - v 1)/v 3 ,
где v - кинематическая вязкость масла при 40 °С с ИВ = 0 и имеющим при 100 °С такую же кинематическую вязкость, как испытуемое масло, мм 2 /с; v 1 - кинематическая вязкость испытуемого масла при 40 °С, мм 2 /с; v 2 - кинематическая вязкость масла при 40 °С с ИВ = 100 и имеющим при 100 °С такую же кинематическую вязкость, как испытуемое масло, мм 2 /с; v 3 = v-v 2 .
Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении ее слоев под действием внешней силы. Это свойство является следствием трения, возникающего между молекулами жидкости. Различают динамическую и кинематическую вязкость.
Вязкость существенно меняется с изменением температуры. С понижением температуры взаимодействие между молекулами усиливается, и вязкость масла увеличивается. Так, например, при изменении температуры на 100 °С вязкость масла может изменяться в 250 раз. Учитывая линейный характер зависимости, можно по номограмме определить вязкость масла при любой температуре.
С повышением давления вязкость масла возрастает. Величины давления в масляной пленке, заключенной между трущимися поверхностями, могут быть значительно выше, чем сами нагрузки на эти поверхности. В масляной пленке коренного подшипника коленчатого вала двигателя величина давления достигает 500 МПа.
С повышением давления вязкость более жидких масел (с пологой вязкостно-температурной характеристикой) возрастает в меньшей степени, чем более вязких масел (с более крутой вязкостно-температурной характеристикой).
При давлении (1,5-2,0)10 3 МПа минеральное масло затвердевает. Вводимые присадки в базовое масло способствуют сохранению несущей способности масляного слоя при увеличении нагрузки.
Вязкость является основным параметром при подборе масла, поэтому она всегда указана в маркировке масла. Для маркировки вязкость определяют при тех температурах, при которых работают узлы трения. Моторные масла для двигателей внутреннего сгорания маркируют по кинематической вязкости мм 2 /с (Сст) при температуре 100 °С, которая принята в качестве средней температуры масла в двигателе (картер, система смазки).
Для получения масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами в качестве базовых используют маловязкие масла, имеющие вязкость менее 5 мм 2 /с при температуре +100 °С, и добавляют в них вязкостные присадки (загустители). В качестве присадок применяют такие полимерные соединения, как полиизобутилен, полиметакрилаты, полиалкилстиролы и др.
С понижением температуры объем макромолекул полимера уменьшается (молекулы «свертываются» в клубки). При повышении температуры клубки макромолекул «разворачиваются» в длинные разветвленные цепи, присоединяя молекулы базового масла, объем их становится больше, и вязкость масла возрастает.
Загущенные присадками масла обладают необходимым уровнем вязкости при положительных температурах 50-100 °С, пологой кривой изменения вязкости (рис. 4) и, следовательно, высоким индексом вязкости, равным 115-140. Такие масла получили название всесезонных, так как имеют одновременно свойства одного из зимних классов и одного из летних.
Рис. 4. Влияние вязкостной присадки на вязкость масла
при различных температурах:
1 – маловязкое масло; 2 – то же масло с вязкостной
присадкой (загущенное)
В системах смазки современных автомобильных двигателей применяются именно загущенные всесезонные масла. При их использовании мощность двигателя повышается на 3-7 % (что обеспечивается высоким индексом вязкости и способностью загущенных масел снижать вязкость в парах трения при высоких скоростях сдвига), облегчается пуск и сокращается время прогрева, снижаются механические потери на трение, и, как следствие, расход топлива, увеличиваются долговечность деталей и срок службы масел. Экономия топлива достигает 5 % при больших пробегах и 15 % при коротких пробегах в зимнее время с частыми пусками двигателя (рис. 5).
Рис. 5. Снижение расхода бензина при движении автомобиля
по мере прогрева двигателя
К недостаткам загущенных масел относят низкую стабильность загущенных присадок при высоких температурах, что вызывает ухудшение вязкостно-температурных характеристик масел при длительной бессменной работе их в двигателях.
Индекс вязкости (ИВ), оценивающий вязкостно-температурные свойства масел, является условным показателем, характеризующим степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры и определяемый путем сравнения вязкости данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно-температурные свойства одного из которых приняты за 100, а второго - за 0 единиц.
Индекс вязкости определяют по номограмме (рис. 6), расчетным путем или по специальным таблицам. Для определения ИВ по номограмме необходимо знать значения кинематической вязкости масла при температурах +50 °С и +100 0 С.
Рис. 6. Номограмма для определения индекса вязкости моторных масел
Чем выше ИВ, тем более пологой кривой (рис. 7) характеризуется масло и тем лучше его вязкостно-температурные свойства. Из двух масел с одинаковой вязкостью при температуре +100 °С, но с разными ИВ, одно (1) можно применять только в теплое время, так как при низких температурах оно теряет подвижность, а другое (2) - всесезонно, так как оно обеспечит легкий пуск двигателя при низких температурах воздуха и жидкостное трение при рабочих температурах.
Рис. 7. Зависимость вязкости моторных масел от температуры
для различных значений индекса вязкости: 1 – ИВ 90; 2 – ИВ 140
Учитывая то обстоятельство, что вязкость масла и индекс вязкости определяют работоспособность узла трения, то в стандартах на масла эти параметры нормируются в количественном выражении. Для автомобильных масел ИВ должен быть не ме нее 90.
Поэтому при производстве моторных масел необходимо лю быми доступными и эффективными методами уменьшить зависимость вязкости масла от температуры, т. е. увеличить их ИВ и понизить температуру застывания. Это относится в первую очередь к зимним и всесезонным маркам масел.
Температурные характеристики моторных масел следующие:
Температура вспышки – самая низкая температура, при которой пары нагреваемого в стандартных условиях масла образуют с воздухом смесь, которая вспыхивает от открытого огня, но быстро гаснет из-за недостаточно интенсивного испарения.
Температура воспламенения – та температура, при которой пары нагреваемого в стандартных условиях масла образуют с воздухом такую смесь, которая воспламеняется и горит от открытого огня не менее 5 с. Температура вспышки является показателем пожароопасного масла. По ней можно судить о присутствии в масле летучих фракций, которые могут быстро испаряться в работающем двигателе и увеличивать расход масла на угар. Понижение температуры вспышки масла свидетельствует о разбавлении масла топливом.
Температура застывания (температура начала текучести) – самая низкая температура, при которой масло еще обладает некоторой текучестью. Определяемая в стандартных условиях температура застывания на 3 °С выше действующей температуры затвердевания, при которой в течение 5 с масло находится в неподвижном состоянии.
Температура помутнения – та, при которой появляются мелкие кристаллы парафина и масло мутнеет. В последующем кристаллы образуют каркас и масло теряет подвижность. Между кристаллами масло остается еще жидким и при сильном встряхивании текучесть масла может восстановиться. Температура помутнения зависит от скорости охлаждения, термической обработки масла и от механических воздействий.
Температура застывания служит предельной минимальной температурой разливки и, частично, эксплуатации масла. Минимальная температура эксплуатации моторных масел определяется по низкотемпературным характеристикам вязкости и перекачки.
Застывание - свойство, определяющее потерю текучести масла. При понижении температуры до определенной величины текучесть масла снижается, а при дальнейшем понижении оно застывает. С увеличением вязкости масла из него выделяются наиболее высокоплавкие углеводороды (парафин, церезин), а при полной потере текучести масла микрокристаллы твердых углеводородов (парафина) образуют пространственную кристаллическую решетку, связывающую все масло в единую неподвижную массу.
Температуру, при которой масло теряет текучесть, называют температурой застывания. Нижний температурный предел применения масла примерно на 8-12 °С выше температуры застывания, т.е.:
t ОВ = t 3 - (8-12) °C,
где: t ов - нижний температурный предел окружающего воздуха (применения данной марки моторного масла), 0 С;
t 3 - температура застывания определенной марки масла, регламентируемая стандартом, 0 С.
Снижения температуры застывания масел добиваются путем депарафинизации (частичного удаления парафинов) или добавлением присадок-депрессоров в процессе их производства. Депрессоры предотвращают образование кристаллической решетки, когда кристаллы парафина объединяются в объемные структуры. Понижая температуру застывания масла, депрессоры не влияют на его вязкостные свойства.
Противоизносные (смазываю щие) свойства характеризуют способность масла препятствовать износу поверхностей трения. Образующаяся на трущихся поверхностях прочная пленка исключает непосредственный контакт деталей. Высокие противоизносные свойства масла особенно востребованы при небольших частотах вращения коленчатого вала, когда высоки удельные нагрузки, а также когда геометрические формы или размеры деталей имеют существенные отклонения, что чревато задирами, схватыванием и разрушением трущихся поверхностей.
Противоизносные свойства масла зависят от его вязкости, вязкостно-температурной характеристики, смазывающей способности, чистоты масла.
С повышением температуры масла адсорбционный слой ослабляется, а при достижении критической температуры 150-200 °С, на грани прочности пленки и сухого трения, разрушается. Масла с высокими противоизносными свойствами способны формировать для предупреждения изнашивания такой режим трения, который исключает непосредственный контакт трущихся поверхностей металлов. Поэтому возможное в данном случае изнашивание вызывается цикличностью нагрузок на отдельных участках поверхностей трения и усталостными разрушениями металла (усталостные трещины в галтелях коленчатых валов).
О смазывающей способности («маслянистости») масла судят по его химическому составу, вязкости, наличию присадок. На маслянистость влияют содержащиеся в маслах и обладающие высокими поверхностно-активными свойствами смолистые вещества, высокомолекулярные кислоты, сернистые соединения.
Правильный выбор вязкости масла в значительной мере влияет на скорость изнашивания. Высоковязкие масла при низкой температуре загустевают и плохо поступают к трущимся поверхностям деталей. В то же время пуск и прогрев двигателя на менее вязких (жидких) маслах облегчается, режим жидкостного трения наступает быстрее.
Для снижения потерь на трение в моторные масла вводят антифрикционные присадки, основой которых служат беззольные органические соединения, содержащие благородные элементы (никель, кобальт, хром, молибден). Малорастворимые поверхностно-активные вещества такого типа образуют в узлах трения многослойные защитные пленки с внедрением легирующих металлов в зону трения. Особое место при этом принадлежит молибдену, атомы которого способны связывать атомы железа и образовывать структуры, стойкие к питтингу (местному выкрашиванию металла), фреттинг-коррозии и др. Более того, только этот металл образует в результате окисления поверхностных слоев оксиды, температура плавления и твердость которых на порядок ниже, чем у металла поверхности трения.
Смазочные свойства моторного масла , как и масел для других машин и механизмов, обусловлены его вязкостью и маслянистостью, влияние и механизм действия которых различны.
Вязкость как свойство, связанное с внутренним (молекулярным) трением, проявляет себя при жидкостном (гидродинамическом) трении. Маслянистость же масла важна при возникновении граничного трения. В этих условиях прочность масляной пленки является решающим фактором, препятствующим непосредственному контакту трущихся деталей.
Установлено, что прочность масляной пленки зависит от полярной активности молекул масла, т. е. от их способности образовывать прочные слои строго ориентированных молекул.
Ориентировочное поле полярно-активных молекул образует на поверхности трущихся деталей своеобразный ворс. Чем длиннее полярно-активные молекулы масла и чем прочнее они соединяются с поверхностью трущихся деталей, тем выше маслянистость масла. Но это очень упрощенное объяснение, позволяющее понять лишь основную сущность этого явления.
В действительности в реальных условиях возникают обычно не мономолекулярные, а мультимолекулярные ориентированные слои, в которых внутримолекулярное трение приобретает особый характер, заключающийся в том, что происходит трение между отдельными слоями молекул, а не между отдельными молекулами. При соответствующем подборе полярно-активных веществ, входящих в масло, число слоев может доходить до тысячи и более, а их суммарная толщина до 1,5-2 мкм. С повышением температуры верхние слои, не имеющие прочной связи с поверхностью детали, дестабилизируются и разрушаются, но первый мономолекулярный слой разрушить трудно.
Экспериментально установлено, что коэффициент трения между деталями мало зависит от числа мономолекулярных слоев и практически одинаков как при одном, так и при нескольких десятках таких слоев. Этим можно объяснить тот факт, что достаточно добавить в масло очень немного веществ, обладающих высокой полярной активностью, как маслянистость масла, т. е. прочность его масляной пленки резко возрастает.
Процессы, связанные с маслянистостью, изучают на специальных машинах трения. Количественное определение смазывающих свойств масел ведут с помощью четырехшариковой машины (ГОСТ 9490-75*). Принцип действия этой машины заключается в следующем.
Три шарика диаметром 12,7 мм из стали ШХ-15 (подшипниковой серии) устанавливают неподвижно в виде треугольника в специальной чашеобразной обойме, в которую затем наливают испытуемое масло. На эти шарики накладывают сверху такой же шарик (четвертый), закрепленный во вращающемся, как у сверлильного станка, шпинделе.
Частота вращения шпинделя 1460±70 мин -1 . Проворачивание нижних шариков при испытании не допускается.
На
четырехшариковой машине проводят серию
определений, каждое из которых
выполняют на новой пробе испытуемого
масла и новых шариках. На машине определяют
критическую
нагрузку, нагрузку сваривания, индекс
задира и показа
тель
износа
.
При определении первых трех параметров
продолжительность испытаний
составляет 10
0,2
с, при оценке показателя износа - 60
0,5
мин. Режимосевой
нагрузки должен быть выдержан в
соответствии со стандартом.
Индекс задира и критическая нагрузка характеризуют способность масла защищать трущиеся поверхности от повреждений и задиров, а нагрузка сваривания оценивает предельную нагрузку, которую может выдержать данное масло. Показатель износа определяет влияние смазочного материала на изнашивание смазываемых поверхностей.
Его оценивают по диаметру пятен (следов) на всех трех нижних шариках. Измерения осуществляют посредством микроскопа с 24-кратным увеличением и отсчетной шкалой с ценой деления не более 0,01 мм. Каждое пятно измеряют в двух направлениях: в направлении скольжения и перпендикулярном ему.
Результатом считается среднее арифметическое всех измерений по трем нижним шарикам.
Принцип действия четырехшариковой машины показан на рис. 8.
Рис. 8. Принцип действия четырехшариковой машины
для определения противоизносных и противозадирных свойств масел:
а - схема нагружения шариковой пирамиды; б - схема
четырехшариковой обоймы; в - конструкция основного узла;
1 - неподвижные шарики; 2 - вращающийся шарик;
3 - исследуемое масло
Противоокислительные свойства характеризуются стойкостью масла к окислению и полимеризации в процессе работы двигателя, а также разложению при хранении и транспортировании.
Продолжительность работы масла в двигателе зависит от его химической стабильности, под которой понимается способность масла сохранять свои первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах.
На стабильность моторных масел оказывают влияние следующие факторы : химический состав, температурные условия, длительность окисления, каталитическое действие металлов и продуктов окисления, площадь поверхности окисления, присутствие воды и механических примесей. Повышенное давление воздуха ускоряет процесс окисления масла, так как усиливается процесс его взаимной диффузии с воздухом.
На процесс окисления решающее влияние оказывает температура . Масла, хранящиеся при температуре 18-20 °С, сохраняют свои первоначальные свойства в течение 5 лет. Начиная с 50-60 °С, скорость окисления удваивается с увеличением температуры на каждые 10 °С. Поэтому высокая тепловая напряженность деталей форсированных двигателей, с которыми приходится контактировать моторному маслу, и взаимодействие с прорывающимися в картер газами из камер сгорания (на такте сжатия их температура составляет около 150-450 °С для бензиновых двигателей и около 500-700 °С для дизелей) резко ухудшают условия их работы. Повышение тепловой напряженности моторных масел связано также с отдельными конструктивными решениями: использование наддува; применение герметизированной системы охлаждения (увеличивает температуру поршня на 10-20 0 С); уменьшение объема системы смазки двигателя; масляное охлаждение поршней и др.
Термоокислительную ста бильность определяют как устойчивость масла к окислению в тонком слое при повышенной температуре методом оценки прочности масляной пленки.
Для замедления реакций окисления и уменьшения образования отложений в двигателе в масла вводят противоокислительные присадки.
Детергентно - диспергирующим (моющим) свойством масла называют его способность препятствовать слипанию углеродистых частиц и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии, что значительно снижает процессы образования лаковых отложений и нагара на горячих поверхностях деталей двигателя.
При использовании масел с хорошими диспергирующими свойствами детали двигателей выглядят чистыми, как бы вымытыми, отсюда и появление термина «моющие».
Диспергирующие свойства масел оценивают в баллах от 0 до 6 по методу ПЗВ. Образование лаковых отложений на деталях двигателя, работающего на маслах с моющими присадками, уменьшается в 3-6 раз, т.е. с 3-4,5 до 0,5-1,5 балла.
Моющие присадки бывают зольными и беззольными. Зольные присадки содержат бариевые и кальциевые соли сульфикислот (сульфонаты), а также алкилфеноляты щелочноземельных металлов бария и кальция. Масла с зольными присадками в количестве 2-10 %, сгорая, образуют золу, прилипающую к поверхности деталей. Беззольные моющие присадки не образуют золы при сгорании масел, так как не содержат металлов.
Коррозионные свойства масел зависят от наличия в них органических кислот, перекисей и других продуктов окисления, сернистых соединений, неорганических кислот, щелочей и воды.
Коррозионность свежего масла, в котором присутствуют природные органические кислоты и сернистые соединения, незначительна, но резко возрастает в процессе эксплуатации. Присутствие в свежих маслах органических (нафтеновых) кислот связано с их неполным удалением в процессе очистки.
Коррозионное действие масел связано также с содержанием в них 15-20 % сернистых соединений в виде сульфидов и. компонентов остаточной серы, которые при высоких температурах приводят к выделению сероводорода, меркаптанов и других активных продуктов. В условиях высоких температур сернистые соединения особенно агрессивны по отношению к серебру, меди, свинцу. В процессе использования масла содержание кислот в нем возрастает в 3-5 раз, что зависит от его химической стабильности, содержания антиокислителей и условий работы.
Оценку коррозионной стойкости производят по кислотному числу, которое для свежих масел не превышает 0,4 мг КОН на 1 г масла. В коррозионном отношении эта концентрация практически не опасна.
Коррозионные процессы в двигателях замедляют нейтрализацией кислых продуктов путем введения антикоррозионных присадок; замедлением процессов окисления путем добавления в масла антиокислительных присадок; созданием на поверхности металла (при изготовлении деталей) стойкой защитной пассивированной пленки из органических соединений, содержащих серу и фосфор.
Известны присадки и ингибиторы коррозии и их композиции, которые снижают все виды износа.
Подбор масла с оптимальными значениями эксплуатационных свойств зависит от конструкции и режима работы узла трения.
Вязкость - одно из важнейших свойств масла, имеющее многостороннее эксплуатационное значение. От вязкости в значительной степени зависит режим смазки пар трения, отвод тепла от рабочих поверхностей и уплотнение зазоров, энергетические потери в двигателе, его эксплуатационные свойства. Быстрота пуска двигателя, прокачивание масла по системе смазки, охлаждение трущихся поверхностей деталей и их очистка от загрязнений также зависят от вязкостно-температурных свойств масла.
Масла повышенной вязкости используются для высоконагруженных, низкооборотных или работающих в условиях напряженного теплового режима двигателей. При этом, чем выше вязкость масла в работающем двигателе, тем надежнее уплотнения, меньше вероятность прорыва газов, ниже угар масла. Поэтому масла с большой вязкостью применяют в случаях, когда двигатель изношен, зазоры увеличены или условия эксплуатации характеризуются высокой запыленностью, повышенной температурой, изменяющимися в больших пределах нагрузками.
Масла с меньшей вязкостью применяют для легконагруженных высокооборотных двигателей. Они облегчают пуск двигателя, лучше прокачиваются по системе смазки и очищаются от механических примесей, обеспечивают хороший отвод тепла от рабочих поверхностей деталей.
Температура масла значительно влияет на его кинематическую вязкость. С понижением температуры вязкость увеличивается, а с повышением - уменьшается. Чем меньше перепад вязкости в зависимости от температуры, тем в большей степени масло удовлетворяет эксплуатационным требованиям.
Увеличение вязкости масел с понижением температуры приводит к значительным трудностям при использовании автомобилей, особенно в зимнее время года при пуске двигателей. При отрицательных температурах в диапазоне от -10 °С до -30 °С резко увеличивается момент сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя, медленнее достигается минимальная пусковая частота вращения, ухудшается подача масла к трущимся поверхностям деталей.
Надежный пуск бензиновых двигателей осуществляется при значениях частоты вращения коленчатого вала в пределах 35 - 50 мин -1 при температуре окружающего воздуха -10 0 С... -20 0 С, а дизелей с различным способом смесеобразования - в среднем в интервале 100 - 200 мин -1 при температуре 0 0 С. Вязкость моторного масла, при которой пусковая система современных двигателей различной конструкции не обеспечивает вращения коленчатого вала, изменяется в пределах (4 - 10) ·10 3 мм 2 /с. Поэтому для обеспечения пуска двигателя в холодное время моторные масла должны обладать низкой вязкостью при отрицательных температурах.
