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):

• вискозиметры истечения , в которых измеряется кинематическая вязкость по скорости свободного течения (времени вытекания). Для этой цели применяется капиллярный вискозиметр (capillary viscometer) или сосуды с калиброванным отверстием на дне — вискозиметры Энглера (Engler) , Сейболта (Saybolt), Редвуда (Redwood) . В настоящее время для стандартных определений применяется стеклянный капиллярный вискозиметр; он отличается простотой и точностью определения. Скорость сдвига в таком вискозиметре незначительна.
• ротационные вискозиметры (rotational viscometers), в которых определяется ди­намическая вязкость по крутящему моменту с установленной скоростью ротора или по скорости вращения ротора при заданном крутящем моменте.

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 :

• обеспечивающая запуск холодного двигателя (maximumlow-temperature cranking viscosity), определяется при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS (ColdCranking Simulator) (ASTM D 5293);
• максимальная низкотемпературная вязкость, обеспечивающая прокачиваемость масла в двигателе (maximumlow-temperature pumping), определяется при помощи мини-ротационного вискозиметра MRV (Mini-RotaryViscometer) по методу ASTM D 4684;
• в качестве дополнительной информации о низкотемпературной вязкости, могут быть определены граничная (предельная) температура прокачивания по ASTM 3829 (borderline pumping temperature) и вязкость при низкой температуре и низкой скорости сдвига (low temperature, low shear rate viscosity), так называемая тенденция к желеобразованию или индекс желирования (gelation index). Определяется на сканирующем вискозиметре Брукфильда по методике ASTM D 51: (Scanning Brookfield method);
• фильтруемость (filterability) моторных масел при низкой температуре показывает тенденцию образования твердых парафинов или других неоднородностей, приводящих к закупориванию масляного фильтра. Некоторое влияние на фильтруемость может оказать наличие воды в холодном масле. Фильтруемость моторных масла определяется по стандарту «General Motors» GM 9099P «Тест на определение фильтруемости моторного масла»(Engine Oil Filterability Test-EOFT) и оценивается как снижение потока в %.

Характеристики высокотемпературной вязкости:

• Кинематическая вязкость , определяемая на стеклянном капиллярном вискозиметре при 100°С и низкой скорости сдвига (ASTM D 445).
• Вязкость при высокой температуре и высокой скорости сдвига HTHS , определяемая при температуре 150°С и скорости сдвига 10 6 с -1 Определяется: в Америке — с помощью имитатора конического подшипника TBS(TaperedBearing Simulator) (рис. 2.36) по методике ASTM D 4683, а в Европе — на вискозиметре Равенфильда иликонической пробке ТВР, аналогичной конструкции (Ravenfield Viscometer, Tapered-Plug Viscometer), по методикам СЕС L-36-A-90 или ASTM D 4741;
• Стабильность к сдвигу (shear stability) — это способность масла сохранять стабильную вязкость при продолжительном воздействии высокой деформации сдвига. Определяется: в Европе с помощью насос-форсунки Бош (Bosch injector), через которую 30 раз пропускается нагретое до 100°С масло и измеряется снижение вяз­кости (СЕС L-14-A-88), в Америке — также (ASTM D 6278) или в стендовом бензи­новом двигателе CRC L-38 после 10 часовой работы (ASTM D 5119).

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.

Важным показателем смазочных свойств является вязкость масла. Она определяется химическим составом и структурой соединений в смазке. По сути, от данной характеристики зависит, в какой мере жидкость смазывает поверхности трущихся деталей силового агрегата. На её свойства влияют внешние факторы, такие как, температура, нагрузка и скорость сдвига. Именно поэтому, рядом с конкретным значением указаны условия испытания.

Что такое кинематическая и динамическая вязкость масла?

Для того чтобы понимать разницу, давайте рассмотрим их характеристики.
Кинематическая вязкость моторного масла, единицы измерения которой мм2 /с (сСТ), показывает его текучесть при нормальной и высокой температуре. Для замера этого показателя используют стеклянный вискозиметр. Засекают время, за которое смазка стекает по капилляру при заданной температуре. В данном случае используется низкая скорость сдвига, и кинематическая вязкость масла замеряется при 100 0С.

Динамическая вязкость измеряется ротационным вискозиметром, который имитирует условия, максимально близки к реальным.

Методы, которые определяют вязкость моторного масла предустановлены в спецификации SAE J300 APR97. Следуя именно этой сертификации, все смазочные жидкости разделяют на 3 типа:
- летние;
- зимние;
- всесезонные.

Если в названии используется только цифры, например, SAE 30, SAE 50 и т.д., то данные жидкости относятся к летним моторным смазкам. Если используется цифра и буква W, например, SAE 5W SAE 10W – зимние смазки. Когда в обозначении класса используется 2 этих вида, такая жидкость называется всесезонная.

Давайте ниже разберём, что означает вязкости масла по SAE.
Классификация SAE (Ассоциация автомобильных инженеров) разделяет все масла по своей способности оставаться в жидком состоянии (течь), и хорошо смазывать все детали силового агрегата при разных температурных показателях.

Выше приведены показатели температур, в зависимости от значения, которое определяет вязкость моторного масла. Таблица показывает, при каких температурных показателях текучесть конкретной жидкости не будет терять своих смазочных свойств.

Почему при замене смазочной жидкости нужно учитывать вязкость масла и что означают цифры?

Простой пример для наглядности. Как известно, низкая вязкость масла для двигателей способствует их нормальной работе зимой (SAE 0W, 5W). Если текучесть низкая, соответственно масляная пленка, покрывающая детали силового агрегата, будет тонкой. Производитель в техническом руководстве указывает допустимые значения, а также допуски для каждого типа двигателя. Если залить смазку с высокой текучестью, мотор будет работать с нагрузкой при повышенной температуре. Это резко снижает его моторесурс.

А теперь наоборот. Вы заливаете жидкость с текучестью ниже обозначенного уровня. В этом случае при эксплуатации случаются разрывы смазочной пленки, и мотор может заклинить. Вязкость масла в зависимости от температуры. Не нужно думать, что залив в двигатель «супер смазку», которое используется на спортивных автомобилях, ваше авто начнёт «летать». Нужно заливать ту жидкость, которую рекомендует производитель.
Еще одним заблуждением является то, что некоторые автолюбители не отличают тип смазочных материалов от их текучести. Так, например, вязкость синтетических масел может быть такая же, как минеральных, или полусинтетических. В данном случае они отличаются составом, а не физическими свойствами.

Какую вязкость масла выбрать для двигателя своего автомобиля.

В первую очередь необходимо посмотреть в техническое руководство. Производитель указывает в мануале, какая вязкость масла лучше подойдёт для двигателя, чтобы обеспечить его долговечную работу. Если нет возможности посмотреть рекомендуемую вязкость масла, то тогда важно определить несколько моментов:

• при какой минимальной и максимальной температуре будет эксплуатироваться ваш автомобиль;
• будет ли использоваться нагрузка (прицеп, дополнительный груз или внедорожная езда);
• какое состояние двигателя (новый или бывший в эксплуатации).

Следуя этим показателям, вы должны подобрать ту вязкость автомобильного масла, которая идеально будет смазывать детали силового агрегата.

Несколько слов о других видах смазочных материалов

Трансмиссионные жидкости

Трансмиссионные жидкости, отвечают классификации SAE J306. Вязкость трансмиссионного масла зависит от температурных условий эксплуатации. Также, как моторные, трансмиссионные жидкости условно делят на:

• зимние (SAE 70W, 75W, 80W, 85W);
• летние (SAE 80, 85, 90, 140, 250);
• комбинированные (например, SAE 75W-85).

Чтобы понять, какую смазку использовать в коробке вашего авто, необходимо смотреть рекомендации и допуски производителя КПП.

Гидравлические смазки

Помимо своей основной функции – передача давления, гидравлические жидкости выполняют смазку деталей гидравлических насосов. Исходя из этого, их делят на классы. Вязкость гидравлического масла бывает низкой, средней и высокой. Ниже приведена таблица, в которой показаны возможные классы гидравлических смазочных жидкостей.

Подавляющее большинство автовладельцев, занимающихся самостоятельным подбором смазочных материалов для своего авто, как минимум имеют общее представление о таком понятии, как классификация по SAE.

Таблица вязкости моторного масла, предусмотренная стандартом SAE J300, подразделяет все смазочные материалы для двигателей и трансмиссий автомобилей в зависимости от степени текучести при определенной температуре. Причем это разделение так же определяет температурные рамки использования того или иного масла.

Сегодня мы подробно рассмотрим, что собой представляет классификация смазочных материалов по таблице из стандарта SAE J300, а также разберем, какую смысловую нагрузку несут в себе указанные в ней значения.

Что собой представляет таблица вязкости

Для рядовых автомобилистов, не занимающихся детальным изучением параметров моторных масел, таблица вязкости масла по SAE означает диапазон температур, при которых разрешена его заливка в силовой агрегат .

В общем смысле это правильное утверждение. Однако при более внимательном рассмотрении становится понятно, что данные в таблице не совсем соответствуют общепринятому мнению.

Сначала рассмотрим, что же включает в себя таблица вязкости масел по SAE. В ней имеется разделение в двух плоскостях: вертикальной и горизонтальной.

Классическая версия таблицы разделена горизонталью на зимние и летние смазки (в верхней части таблицы находятся зимние, в нижней – летние и всесезонные). По вертикали идет разделение на ограничения при использовании смазок при температурах выше и ниже нуля (сама черта проходит через отметку 0 °C).

В интернете, и некоторых печатных источниках, часто встречаются две различные версии этой таблицы. Например, для масла вязкостью 5W-30 в одной из версий графического исполнения стандарта SAE J300, оно способно работать при температурах от –35 до +35 °C.

Другие же источники ограничивают область применения масла стандарта 5W-30 диапазоном от –30 до +40 °C.

Почему так происходит?

Напрашивается вполне закономерный вывод: в одном из источников ошибка. Но если углубиться в изучение темы можно прийти к неожиданному выводу: обе таблицы верные, давайте разбираться.

Детальное рассмотрение параметров, указанных в таблице

Дело в том, что когда проектировались таблицы и рассматривался алгоритм создания зависимости вязкости масла от температуры, учитывались имеющиеся на тот момент технологии автомобилестроения.

То есть в конце XX века все двигатели строились по приблизительно одной и той же технологии. Температура, контактная нагрузка, создаваемое масляным насосом давление, схема и исполнение магистралей находились примерно на одном и том же технологическом уровне.

Именно под технологии того времени создавались первые таблицы, увязывающие вязкость масла и температуру, при которой оно может эксплуатироваться. Хотя на самом деле стандарт по SAE в чистом виде не привязывается к температуре окружающей среды, а лишь оговаривает вязкостные показатели масла при определенной температуре.

Значение букв и цифр на канистре

Классификация по SAE включает в себя два значения: цифра и буква «W» – зимний коэффициент вязкости, следующая за буквой «W» цифра – летний. И каждый из этих показателей комплексный, то есть включает в себя не один параметр, а несколько.

В зимний коэффициент (с буквой «W») входят следующие параметры:

• вязкость при прокачивании смазочного материала по магистралям масляным насосом;
• вязкость при проворачивании коленчатого вала (для современных двигателей этот показатель учитывается в коренных и шатунных шейках, а также в шейках распределительного вала).

О чем говорят цифры на канистре — видео

В летний коэффициент (идущий через дефис после буквы «W») включаются два основных параметра, один второстепенный, и один производный, рассчитываемый из предыдущих параметров:

• кинематическая вязкость при 100 °C (то есть при средней рабочей температуре в нагретом ДВС);
• динамическая вязкость при 150 °C (определяется для представления о вязкости масла в паре трения кольцо/цилиндр – одном из ключевых узлов в работе двигателя);
• кинематическая вязкость при температуре 40 °C (показывает, как поведет себя масло в момент летнего пуска двигателя, а также используется для изучения скорости самопроизвольного стекания масляной пленки в поддон под действием времени);
• индекс вязкости – указывает на свойство смазочного материала оставаться стабильным при изменении рабочей температуры.

Зачастую для зимнего ограничения по температуре предусматривается несколько значений. Например, для взятого в качестве примера масла 5W-30, допустимая температура окружающего воздуха при гарантированном прокачивании смазки по системе должна быть не ниже –35 °C. А для гарантированного проворачивания коленчатого вала стартером – не ниже –30 °C.

Здесь и возникают противоречивые показания в таблицах вязкости масла, выложенных на разных ресурсах. Второй весомой причиной разных значений в таблицах вязкости выступает изменение технологии производства двигателей и предъявляемые требования к вязкостным параметрам. Но об этом ниже.

Методики определения и вкладываемый физический смысл

Сегодня для автомобильных масел разработано несколько методик определения всех предусмотренных стандартом показателей вязкости. Все измерения проводятся на специальных приборах – вискозиметрах.

В зависимости от исследуемой величины, могут использоваться вискозиметры различных конструкций. Рассмотрим несколько методик определения вязкости и практический смысл, который закладывается в эти величины.

Вязкость при проворачивании коленчатого вала

Смазка в шейках коленчатого и распределительного валов, а также в шарнирном соединении поршня и шатуна при понижении температуры сильно густеет. Густое масло обладает большим внутренним сопротивлением на смещение слоев относительно друг друга.

При попытке запуска двигателя зимой стартер заметно напрягается. Густая смазка сопротивляется повороту коленчатого вала и не может сформировать так называемый масляной клин в коренных шейках.

Для имитации условий проворота коленвала используется роторный вискозиметр типа CCS. Получаемое при измерении в нем значение вязкости для каждого параметра из таблицы SAE ограничено и на практике означает, насколько масло способно обеспечить холодный проворот коленчатого вала при той или иной температуре окружающего воздуха.

Вязкость при прокачивании

Измеряется в ротационном вискозиметре типа MRV. Масляный насос способен начать закачивать смазку в систему до определенного порога загустения. После этого порога эффективное прокачивание смазочного материала и его проталкивание по каналам затрудняется или вовсе парализуется.

Здесь общепринятым максимальным значением вязкости считается 60000 мПа с. При этом показателе гарантируется свободная прокачка смазки по системе и доставка ее по каналам до всех трущихся узлов.

Кинематическая вязкость

При температуре 100 °C определяет свойства масла во многих узлах, так как эта температура актуальна для большинства пар трения при стабильной работе двигателя.

Например, при 100 °C влияет на формирование масляного клина, на смазывающие и защитные свойства в парах трения палец / подшипник шатуна, шейка коленвала / вкладыш, распределительный вал / постели и крышки и т. д.

Автоматизированный капиллярный вискозиметр и вискозиметр для измерения кинематической вязкости AKV-202

Именно этому параметру кинематической вязкости при 100 °C уделяется наибольшее внимание. Сегодня его измеряют в основном автоматизированными вискозиметрами различной конструкции и с применением различных методик.

Кинематическая вязкость при 40 °C. Определяет густоту масла при 40 °C (то есть приблизительно в момент летнего пуска) и его способность надежно защищать детали двигателя. Измеряется аналогичным с предыдущим пунктом образом.

Динамическая вязкость при 150 °C

Основное назначение этого параметра – понять, как ведет себя масло в паре трения кольцо/цилиндр. В этом узле в нормальных условиях при полностью исправном двигателе держится приблизительно такая температура. Измеряется на капиллярных вискозиметрах различной конструкции.

То есть из всего вышесказанного становится очевидным, что параметры в таблице вязкости масел по SAE комплексные, и однозначной их интерпретации (в том числе касательно температурных границ использования) не существует. Границы, обозначенные в таблицах, имеют условный характер и зависят от множества факторов.

Индекс вязкости

Немаловажным параметром, указывающим на рабочие качества масла и определяющим его эксплуатационные свойства, является индекс вязкости. Для определения этого параметра используется таблица индекса вязкости масла и формула.

Прикладная формула для определения индекса вязкости

Показывает, с какой динамикой будет густеть или разжижаться масло при изменении температуры. Чем выше этот коэффициент, тем менее подвержена рассматриваемая смазки тепловым изменениям.

То есть простыми словами: масло более стабильно во всех интервалах температур. Считается, что чем выше этот индекс, тем лучше и качественнее смазочный материал.

Все значения, представленные в таблице для расчета индекса вязкости, получены эмпирическим путем. Не углубляясь в технические подробности, можно сказать так: было два эталонных масла, вязкость которых определялась в особых условиях при 40 и 100 °C.

На основании этих данных были получены коэффициенты, которые сами по себе не несут смысловой нагрузки, а используются лишь для расчета индекса вязкости исследуемого масла.

Заключение

В заключении можно сказать, что таблица вязкости масла по SAE и ее увязка на допустимые температуры эксплуатации в настоящее время играет весьма условную роль.

Будет относительно правильным шагом применять взятые из нее данные для подбора масла в автомобили не младше 10 лет. Для новых авто этой таблицей лучше не пользоваться.

Сегодня, например, в новые японские авто льется масло 0W-20 и даже 0W-16. Если исходить из таблицы, то использование этих смазок допустимо в летний период лишь до +25 °C (по другим источникам, подвергшимся локальной коррекции – до +35 °C).

То есть по логике получается, что автомобили японского производства с большой натяжкой могут ездить в самой Японии, где летом температура может достигать +40 °C. Это, само собой, не так.

Обратите внимание

Сейчас актуальность применения этой таблицы снижается. Использовать ее можно только в отношении европейских авто с возрастом более 10 лет. Выбирать же масло для автомобиля следует исходя из рекомендаций производителя.

Ведь только он точно знает, какие зазоры в сопряжениях деталей мотора выбраны, какой конструкции и мощности установлен масляный насос и какой пропускной способности созданы масляные магистрали.

Вязкость масла (текучесть) - параметр, влияющий на способность моторной смеси сохранять заданные свойства при разном температурном режиме. Для работы мотора этот показатель играет очень важную роль, от него зависит смазывание деталей привода, защита его от износа.

Выбирая автомобильное масло, учитывайте, что жидкости характеризуются двумя параметрами:

1. Кинематическая вязкость, обозначает текучесть смеси под действием силы тяжести, указывает насколько легко жидкость будет течь в различных узлах двигателя и смазочной системы, измеряется в мм 2 / с.

2. Динамическая вязкость - параметр, показывающий изменения прочности масляной пленки при нагрузке: при увеличении скорости движения смазанных элементов относительно друг друга, вязкость уменьшается, измеряется в Па*с.

Инженерами разработана классификация моторных смесей SAE. По указанной системе все автомасла разделены на три класса в зависимости от индекса вязкости (изменения свойств масла при различных температурах). Характеристики автомасел по SAE посмотрите в таблице 1.

Таблица 1. Спецификация по SAE.

Что означает вязкость масел, можно узнать, просмотрев видео:

Масла для разных сезонов

Первый класс - зимние жидкости, их маркировка состоит из цифры и буквы w, стоящей возле нее, например, 5w, 20w. Цифра указывает на показатель минусовой температуры, при которой жидкость не кристаллизуется, выполняет свои функции, буква w, значит зима (от англ.winter).

Эти автомасла характеризуются индексом кинематической вязкости при температуре 100 0 С и двумя низкотемпературными значениями динамической вязкости:

• проворачивания, означает температуру, при которой жидкость не загустеет, обеспечит пуск привода без прогрева;
• прокачивания - индекс, указывающий на температурный режим, при котором смесь будет нормально течь по смазочной системе и обеспечит образование защитной пленки на элементах силового агрегата.

Второй класс - летние смеси. Их маркировка состоит из аббревиатуры SAE и цифры возле нее, например, SAE 20, 40, 50. Цифра в маркировке значит показатель плюсовой температуры, при котором смесь будет иметь достаточную плотность, чтоб образовать пленку на элементах мотора для защиты его от износа. Чем больше цифра в обозначении, тем большим индексом вязкости обладает масло. Визуально разницу в этом параметре показано на рисунке 1, на нем изображены колбы с разными автомаслами, применяемыми летом и шарики с одинаковым весом, одновременно брошенные в колбы. Из картинки видно, что чем гуще жидкость, тем медленнее шарик окажется у дна тары.

Третий класс - всесезонные смеси. Их маркировка состоит из обозначения предыдущих двух классов, например, 10w - 30. 10w означает отрицательный показатель температуры, при котором смесь обеспечит пуск силового агрегата без прогрева и прокачку жидкости по смазочной системе. Цифра 30 значит плюсовый показатель температуры, при котором автомасло будет достаточно плотным, чтоб защитить мотор от перегрева. Определить максимальную минусовую температуру можно, если отнять от цифры в маркировке число 35,например для 10w - 30 это математическое действие будет выглядеть таким образом: 35-10=20 (значит, 20 – это отрицательная температура равная -20 0 С).

Температурный диапазон, при котором смеси не будут терять защитные и противоизносные свойства, показаны в таблице 2.

Всесезонные жидкости отличаются большим диапазоном температур, чем зимние или летние классы. Объясняется такое отличие базой автомобильного масла, жидкости с синтетической основой имеют в своей структуре одинаковые по величине молекулы, поэтому при воздействии температуры их вязкость практически не изменяется. У минеральных смесей нет однородности в строении молекул, при высоких температурах они быстрее разжижаются. Чтоб выбрать подходящую жидкость необходимо учитывать множество факторов.

Выбор автомасла

Подбирать машинную смесь необходимо с учетом ее структуры. Если выбрать масло слишком вязкое, то оно не сможет образовать защитную пленку на элементах привода, не заполнит зазоры в узлах трения. Плюс очень плотная жидкость создаст дополнительную нагрузку на мотор - это уменьшит его ресурс. Слишком жидкая смесь не заполнит зазоры в узлах трения должным образом, а образованная ею защитная пленка при нагрузке разорвется.

Определить нужную вязкость автомобильного масла для вашего авто, можно исходя из рекомендаций дилера машины (этот параметр указан в сервисной книге автомобиля). Если мотор прошел половину своего ресурса, то рекомендуется заливать более густую смесь, это объясняется увеличением зазоров в узлах трения мотора. Также необходимо обратить внимание на температуру за бортом машины, чем она выше, тем гуще нужно масло. Зависимость текучести моторной жидкости от температуры указана в таблице 2 и изображена на рисунке 2.

Определить наиболее подходящее масло можно с учетом пробега авто, технических характеристик мотора, диапазона рабочих температур, рекомендаций производителя машины.

Если вы подбираете автомасло для современного мотора, рассмотрите вариант энергосберегающих жидкостей. Они имеют очень низкую вязкость, уменьшают расход топлива, но лить их можно не во все типы моторов.

Выбирайте оптимальный параметр вязкости, при котором смесь выдержит нагрузку в экстремальных условиях работы мотора, защитит силовой агрегат от перегрева и не кристаллизуется при минусовых температурах за бортом машины в вашем регионе.

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:

1. кинематическая;
2. 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:

1. 0w-50;
2. 5w-30;
3. 15w-40;
4. 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.