Что такое вязкость моторного масла: на что влияет

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, кинематическая вязкость 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.

American Petroleum Institute (Американский институт нефти)

API – ещё одна важная классификация, которая показывает, к двигателю какого года выпуска подойдут те или иные виды моторных масел. API состоит из 2 букв. Расшифровка первой – тип двигателя, для которого предназначено масло: S – бензиновые, C – дизельные. Вторая буква означает характеристики и особенности двигателя, для которого подойдет вещество. Чем она дальше по алфавиту – к тем более новому мотору применим состав. Также иногда классификация включает цифры, которые обозначают улучшение версии масла по какому-то признаку.

Разбираться во всех тонкостях долго и сложно, поэтому организация на основании полученных данных предоставляет рекомендации. К примеру, характеристики моторных масел SN должны быть следующими: оседание пены происходит за 1 минуту, содержание фосфора – от 0,06 до 0,08, стойкость эмульсии определяется только для SN + RС – оно не разделяется водой.

Также классификация API связана с SAE – их классы зависят друг от друга. Другими словами, каждая марка по API включает определенные марки, которые предусматривает классификация SAE. Например, SN соответствуют 0W20, 0W30, 5W20, 5W30, 10W-30, остальные есть в классе SN + RC – 0W40, 5W40, 5W50, 10W-40, 10W-60 и т. д.

Классы

Существуют следующие классы по API для бензиновых двигателей:

• SC – для бензиновых моторов до 1964 г. выпуска.
• SD – 1964-1968 гг.
• SE – 1969-1972 гг.
• SF – 1973-1988 гг.
• SG – для бензиновых моторов1989-1994 гг., вещества этой маркировки подходят для жестких условий эксплуатации.
• SH – 1995-1996 гг., составы этой маркировки подойдут для жестких условий эксплуатации.
• SJ – 1997-2000 гг., вещества этой маркировки имеют лучшие энергосберегающие свойства по сравнению с группой автомобильных моторных масел предыдущей маркировки.
• SL –2001-2003 гг., маркировка SL обозначает, что состав способствует повышению срока эксплуатации. Также есть версия SL+ – с повышенной стойкостью к окислению.
• SM – 2004-2010 гг.
• SN – самая современная модификация, предназначена для машин от 2010 года. В SN применяются современные присадки, которые позволяют продлить срок службы мотора, экономить топливо, снижать уровень вредных выбросов в атмосферу.

• CB – 1961 г., высокое содержание серы в топливе.
• CC – 1983 г., для моторов, работающих в тяжелых условиях.
• CD –1990 г., для силовых агрегатов, работающих на топливе с высоким содержанием серы.
• CE – автомобили до 1990 г., для двигателей с турбиной.
• CF – машины с 1990 г. выпуска, для моторов с турбиной. CF на сегодня – один из самых популярных классов.
• CG-4 – транспортные средства с 1994 г., для силовых агрегатов с турбиной.
• CH-4 – авто с 1998 г., к которым предъявляются высокие требования нормами США.
• CI-4 – современные дизельные автомобили, на которых установлена турбина, с клапаном EGR.
• CI-4 plus – аналогично предыдущему, под высокие нормы токсичности США.

На сегодня самым популярным маслом является CF. Масла CF предназначены для моторов с разделенным впрыском топлива, использующих дизель с большим количеством серы (более 0,5%). Класс CF подразумевает наличие присадок, которые эффективнее (по сравнению с классами CD и CE, применяемыми перед появлением CF) предотвращают появление отложений и нагар на поршневой группе, обеспечивают высокую защиту подшипников скольжения, содержащих медь. В большинстве спецтехники сегодня распространено использование автомасел API CF.

Смена составов

При смене масел по API рекомендуется идти по возрастающей. Например, с моторных масел SL на SM или SN, с CF – на CH. Это связано с тем, что более поздние версии содержат все необходимые присадки, которые были в предыдущих, поэтому имеют такие же или лучшие свойства. Однако переходить с очень ранних версий моторных масел на поздние не стоит. Например, после масел SD не нужно использовать SL, SN или после CB применять CF – они могут оказаться слишком кислотными для двигателя. Если по каким-либо причинам возникла необходимость смены, лучше делать это постепенно.

Вязкость меда

Очень вязкой жидкой средой является мед. Его вязкость зависит от зрелости, то есть от содержания в продукте воды. Так, при содержании 25 % воды коэффициент вязкости меда равен 1,051, а при 16,6 % — 9,436 (при температуре 45 °С). Кроме того, этот показатель увеличивается в результате кристаллизации. Вязкость продукта повышают декстрины и коллоиды.

Зрелость меда определить несложно. Нужно зачерпнуть ложкой продукт и быстро поворачивать ее: незрелый мед будет стекать.

Хотя состав меда не особо влияет на его вязкость, некоторые сорта в этом отношении отличаются. В связи с этим выделяется 5 групп продукта:

• очень жидкий (акациевый, клеверный).
• жидкий (гречишный, липовый, рапсовый);
• густой (одуванчиковый);
• клейкий (падевый);
• студнеобразный (вересковый).

В промышленных условиях мед перекачивают кулачковыми и винтовыми насосами.

Как выбирать моторное масло?

Основными критериями при выборе технические показатели:

• тип – синтетические, полусинтетические и минеральные;
• сертификация моторных масел по степени вязкости (SAE);
• классификация по эксплуатационным качествам (API и ACEA);
• классификация по стандартам качества ILSAC.

В нашей статье вы подробно узнаете об особенностях и преимуществах жидкостей различных категорий и научитесь читать этикетку смазочного материала правильно.

Синтетические моторные масла считаются одними из лучших, а минеральные – более доступными. Полусинтетические сочетают в себе сильные стороны масел двух предыдущих категорий

Но при выборе важно учитывать не известность бренда и стоимость, а другие, более важные технические параметры

Сравнительная таблица классификации смазочных материалов поможет разобраться, какой вариант подходит именно вашему автомобилю:

У синтетических масел однородные молекулы, а у минеральных – неоднородные. В случае с первыми трение умеренное, а в случае со вторыми – повышенное. Вот как работает синтетическое моторное масло в двигателе и какие преимущества обеспечивает механизму:

Также, для примера приведены сравнительные графики, с учетом течения времени в моточасах, некоторых параметров для синтетических и минеральных масел (кинематическая вязкость, щелочное и кислотное число):

Перечисленные особенности, свойства и преимущества синтетических смазочных материалов делают их наиболее востребованными как для новых, так и для б/у двигателей автомобилей разных производителей. Выбирать полусинтетические либо минеральные масла следует в том случае, если они рекомендованы производителем. 

Вязкость трансмиссионных масел

Напоследок прольём свет на ситуацию с вязкостью трансмиссионных масел. Ведь параметр вязкости классифицируется SAE и для них тоже. Наверняка каждый встречался с обозначениями вида 75w-90, 80w-90, 85w-140 и другими вариантами. Казалось бы, раз цифры выше, то и вязкость выше. Однако на самом деле вязкость у них такая же, как и у моторки, а цифры изменили, чтобы эти масла не путали друг с другом. Например, трансмиссионное масло 75w-90 по вязкости соответствует моторному маслу 10w-40.Одно время ВАЗ даже прописывал в тех.документации на машины заливку моторного масла в коробку передач. Можно было бы, конечно, оставить вязкость в покое (на мой взгляд, для исключения путаницы вполне достаточно надписи на банке «трансмиссионное масло»), однако на этот шаг пошли, видимо для того, чтобы исключить возможность заливки трансмиссии в мотор. Если моторка, в принципе, может удовлетворительно работать в коробке, то обратная замена крайне нежелательна (я бы сказал, противопоказана), поскольку у трансмиссионного масла гораздо меньший запас антиокислительных, детергентных и дисперсантных присадок. В коробке нет такой высокой температуры и взаимодействия с продуктами горения топлива, поэтому они там просто не нужны. Так что в моторе срок жизни трансмиссионки будет в разы меньше, нежели у моторного масла.

Определение вязкости масла

О том, что любой смазочный материал должен препятствовать такому явлению, как сухое трение между движущимися и соприкасающимися деталями, знают даже школьники. В отношении автомобильного двигателя задача масла соответствующая – уменьшить силу трения в цилиндропоршневой группе при обеспечении максимальной герметичности цилиндров. Решение этой задачи не выглядит тривиальным, поскольку силовой агрегат вынужден работать в очень широком температурном диапазоне, от минусовых (холодный двигатель, пуск зимой) до плюс 300ºС – такой режим характерен для некоторых узлов прогретого мотора.

Отметим, что многие водители убеждены, что та температура, которая отображается на шкале прибора, измеряет температуру самого двигателя. Это, конечно же, заблуждение – датчик измеряет только температуру тосола. А она действительно на прогретом моторе практически одинакова во всём контуре и составляет примерно 90 градусов. Узлы же силового агрегата греются по-разному. Соответственно, и температура моторного масла тоже «гуляет», причём в достаточно широких пределах, доходя до значений порядка 150ºС.

А поскольку современные двигатели представляют собой достаточно сложную конструкцию, их производители рекомендуют использовать смазочные жидкости с вполне определёнными эксплуатационными характеристиками. Именно они обеспечивают максимально возможный КПД двигателя за счёт уменьшения силы трения, способствуя снижению износа трущихся деталей при среднестатистических нагрузках на мотор.

И важнейшей из этих характеристик является вязкость ММ. Самое простое и понятное определение вязкости следующее: это способность масла сохранять свою текучесть в заданных условиях работы, оставаясь на поверхности трущихся деталей. Добиться этого не сложно, если бы не динамически изменяемый температурный режим: на непрогретом двигателе он один, при работе в штатном режиме – другой – при повышенных нагрузках – третий.

Понятно, что изобрести некий универсальный состав, который бы одинаково хорошо работал независимо от внешних условий, невозможно.

А чтобы и автопроизводители, и потребители имели возможность как-то оценивать вязкость конкретных масел, Ассоциация автоинженеров США (SAE) разработала и внедрила классификацию ММ по их вязкости, в соответствии с определёнными температурными режимами работы. Другими словами, классификация упрощает выбор масла в зависимости от предпочтительного режима эксплуатации автомобиля.

У многих водителей вызывает затруднение расшифровка вязкости масла, указываемая на маркировке смазочных жидкостей для мотора в соответствии с классификацией по SAE. Как правило она начинается с одной или двух цифр, за которыми следует буква W, а через тире следует ещё одна пара цифр.

Рассмотрим на простом и доступном уровне, что означают эти цифры в отношении вязкости масла. То, что стоит до буквы W – так называемая низкотемпературная вязкость, указывающая на возможность запуска мотора при определённой отрицательной температуре (вычислить её можно, отняв от указанной цифры значение 40). То есть 5W обозначает, что такая жидкость обеспечивает беспроблемный пуск двигателя при температуре не ниже минус 40 градусов.

Отметим, что данный показатель касается только нижнего порога температур для холодного мотора, не влияя на рабочие характеристики масла, используемого на горячем силовом агрегате. Но опять же, производители масел рассчитывают этот параметр на основании испытаний на конкретных моторах, поэтому он является, так сказать, усреднённым. В действительности всё зависит от конкретного мотора, поэтому ориентироваться нужно на рекомендации автопроизводителя, а не на маркировку. Отметим, что, если в конкретном регионе максимальные морозы не превышают -20°С, можно использовать ММ с практически любым префиксом, поскольку масла с индексом, большим 20W, встречаются на рынке очень редко.

Вторая группа цифр указывает на высокотемпературный показатель вязкости, однако здесь нет прямой зависимости от температуры. Он обозначает некий обобщённый параметр, характеризующий минимальную/максимальную вязкость ММ при функционировании в рабочем диапазоне температур (а это в среднем 100-150 градусов). Чем выше этот показатель, тем больше вязкость масла при работе в более высоком температурном режиме. А слишком жидкое масло не сможет обеспечить выполнение своих непосредственных обязанностей – смазывать трущиеся поверхности. Так что интерпретация второго пары цифр даже среди специалистов вызывает определённые разногласия, и совет придерживаться рекомендаций автопроизводителей здесь ещё более актуален.

Какую вязкость лучше выбрать?

По этому поводу есть много суждений, и большинство из них – ошибочные. Например:

• «Чем больше вязкостный показатель, тем лучше будет работать двигатель». Оправдывают этот тезис утверждениями, что вязкие смазки используются в спортивных гонках на авто. Если такой состав (к примеру, 10W60) заливать в двигатели серийных автомобилей, их ждёт печальная участь. Сначала произойдет падение мощности и возрастание потребления топлива. Чуть позже придётся делать капремонт.
• «Вязкая смазка создаёт прочную плёнку, которая не разорвётся даже на предельных режимах работы мотора». Такое суждение верно. Но при этом забывают, что в моторах предусмотрены определённые зазоры между трущимися поверхностями деталей. Они совсем небольшие, особенно в новых двигателях. Толстая плёнка не сможет поместиться между соприкасающимися поверхностями. Таким образом, в этих зонах появится «сухое» трение. Причём таких зон будет довольно много.

Как же определить, какую вязкость лучше всего использовать для своего авто? В технической документации для всех автомобилей есть рекомендации производителей о том, какими должны быть вязкостные значения моторного масла. При первом ознакомлении может возникнуть недоумение – почему, например, производитель допускает применение масел с параметрами 5w20, 5W30 и 5W40? Какое же лучше заливать?

1. Если авто ещё новое и не прошло 25% от заявленного ресурса до первого капремонта – следует применять маловязкие смазывающие составы. Такие как 5W20 или 5W30. Кстати, именно малая вязкость (5W20) рекомендуется для сервисной заливки во многие марки японских гарантийных авто.
2. Если пробег составляет от 25 до 75%, должны использоваться составы с вязкостями 5W В зимний период рекомендуется также применять 5W30.
3. Если мотор уже изношен и проехал более 75% от своего ресурса – для таких автомобилей рекомендуют летом использовать 15W50, а зимой подойдёт 5W

Исходя из всего вышеизложенного, подбор наилучшего моторного масла для тех или иных марок автомобилей – не такая простая задача, как кажется на первый взгляд. Кроме вязкостных показателей следует учесть ещё много других качественных параметров.

В заключении

Подобрать оптимальное моторное масло просто, если вы знаете, как изучать этикету и на что смотреть в первую очередь. Главное – не ошибиться в основных моментах. Вот что мы рекомендуем:

Выбирайте масло с вязкостью, рекомендованной производителем. Не ниже и не выше. Если выберете вариант с низкими значениями, получите высокий расход материала и увеличение нагара. А если решите залить масло с высокими значениями, то обеспечите маслосъемным кольцам преждевременный износ. 

Какая спецификация моторного масла правильная? Безошибочный выбор по API такой: для дизеля – не ниже СL-4 PLUS или СJ-4, для б/у иномарки с бензиновым мотором – SМ или SN

Но стоит обращать внимание на допуски производителей.
Следите, чтобы смазочные материалы были оригинальными. Иначе на механизме образуются отложения, что спровоцирует сбои в работе, преждевременный износ, дорогостоящий ремонт или затраты на покупку и установку нового ДВС

Последнее особенно неприятно, если у мотора небольшой пробег. 

Чтобы окончательно разобраться в кодах и цифрах на канистрах, изучайте расшифровки спецификации моторных масел и требования производителя вашего автомобиля к смазочным материалам. Вы быстро научитесь определять продукты с необходимой вязкостью, оптимальными допусками по API, ACEA, ILSAC и другими параметрами.

Вязкость газа

Газ — это такое агрегатное состояние вещества, при котором связи между его частицами очень слабые, а сами они подвижны, почти свободно, хаотически перемещаются в промежутках между столкновениями, при которых резко меняют характер своего движения.

За счет вязкости газа выравниваются скорости движения различных его слоев. Именно поэтому, например, ветер со временем затихает.

Примечательно, что при повышении температуры вязкость газов в отличие от жидкостей возрастает. Связано это с тем, что интенсивность беспорядочного теплового движения молекул при нагревании увеличивается, они перемещаются быстрее.

Динамическая вязкость основных газов имеет следующие показатели при 0 °С:

• воздух — 1,73•10-5 Па•с;
• аммиак — 0,92•10-5 Па•с;
• водород — 0,84•10-5 Па•с;
• углекислый газ — 1,36•10-5 Па•с;
• неон — 2,98•10-5 Па•с (самый вязкий газ);
• гелий — 1,8•10-5 Па•с;
• азот — 1,66•10-5 Па•с;
• кислород — 1,95•10-5 Па•с;
• ксенон — 2,12•10-5 Па•с;
• хлор — 1,23•10-5 Па•с;
• метан — 1,03•10-5 Па•с;
• пропан — 0,75•10-5 Па•с.

Значение вязкости автомобильного масла

Двигатель авто состоит из многих деталей, в ходе работы соприкасающихся между собой. В «сухих» двигателях их работа продолжается недолго, поскольку взаимное трение приводит к истачиванию и сравнительно быстрому выходу из строя. По этой причине в мотор заливается масло. Это техническая жидкость, покрывающая каждую трущуюся деталь специальной плёнкой и предохраняющая эти детали от износа вследствие истирания.

Каждая марка машинного масла имеет свою степень вязкости. Она характеризует состояние, когда масло остаётся в достаточной мере жидким, для выполнения своей основной функции — смазывание рабочих деталей мотора. Моторное масло подвергается влиянию как наружной, так и внутренней температуры, которые могут значительно колебаться (при эксплуатации в определённых условиях машинное масло внутри двигателя может нагреваться до +150), чего не происходит с другими жидкостями в автомобиле.

Закипание масла может повлечь ущерб для двигателя автомобиля. Для избежания этого специалисты по производству измеряют его вязкость, которая характеризует способность масла сохранять своё рабочее состояние в условиях критических температур.

Впервые вязкость машинного масла начали определять специалисты Американской ассоциации автомобильных инженеров (SAE). Данную аббревиатуру можно увидеть на упаковках машинного масла. После неё указываются цифры, которые разделяются буквой W (указывающей на способность моторного масла работать при низких температурах).

%rtb-4%

Если взять ряд цифр 10W-40, то 10W в нём является обозначением низкотемпературной вязкости — это уровень температуры, в условиях которой автомобильный двигатель после заправки его данным маслом заводится «на холодную» и масляный насос прокачивает техническую жидкость, не создавая риск сухого трения компонентов двигателя. В данном случае минимальная температура составляет -30 (от числа, указанного перед W, следует отнять 40), а при отъёме от числа 10 числа 35 получится -25. Именно -25 будет той критической температурой, в условиях которой возможно проворачивание стартером мотора для запуска двигателя. При данной температуре машинное масло сгущается, однако его вязкость остаётся достаточной для смазывания трущихся запчастей. Поэтому, чем выше число перед W, тем ниже отрицательная температура, при которой масло проходит сквозь насос, «поддерживая» стартер. В случае, когда перед W указан 0, масло прокачивается насосом при -40, тогда как стартер прокручивает мотор при температуре минимум -35 с учётом жизнеспособности АКБ и исправности стартера.

Число 40 после W в вышеприведённом случае указывает на высокотемпературную вязкость. Данная характеристика определяет минимальный и максимальный уровни вязкости машинного масла при условиях рабочих температур (+100…+150). Чем выше число после W, тем выше вязкость масла при данных рабочих температурах. Точную информацию относительно высокотемпературной вязкости масла, которая нужна для конкретного мотора, имеет только производитель данного авто. Потому рекомендуется соблюдение требований автомобильного производителя в отношении моторных масел, обычно указывающихся в инструкциях.

Вязкость масла определяется согласно номенклатуре SAE J300, подразумевающей подразделение всех масел по вязкости на 3 вида:

• Зимние масла — SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W, SAE 15W и SAE 20W.
• Летние — SAE 20, SAE 30, SAE 40, SAE 50 и SAE 60.
• Всесезонные — SAE 0W-30, SAE 0W-40, SAE 5W-30, SAE 5W-40, SAE 10W-30, SAE 10W-40, SAE 15W-40 и SAE 20W-40.

Всесезонные масла самые практичные, поскольку рабочие температуры их являются оптимально сбалансированными.

Для выбора масла с наиболее подходящей для конкретного мотора степенью вязкости следует придерживаться двух правил.

Выбор масла с вязкостью под климатические условия (внешние температуры использования)

Важно помнить, что средняя температура местности вашего проживания прямо определяет степень вязкости масла, обозначается цифрой стоящей перед W:

2. Выбор масла с учетом срока эксплуатации мотора. Чем машина старше, тем сильнее износ в ней трущихся пар — деталей, при работе двигателя соприкасающихся между собой с увеличением зазоров между ними. Чтобы избежать износа деталей, нужно обеспечить высокую вязкость масляной плёнки на поверхностях их. Таким образом, для мотора, который выработал свой ресурс наполовину, нужно приобрести масло, имеющее более высокую степень вязкости, для нового двигателя — масло с меньшей вязкостью.