Вязкость моторного масла: CCS, MRV, HTHS, кинематическая вязкость, индекс вязкости

Вязкость моторных масел

Вязкость моторного масла влияет на множество аспектов: количество отводимой от узла трения теплоты, износ вкладышей подшипников и шеек коленвала, способность обеспечивать гидродинамическое трение.

Один из способов понять, что такое вязкость — представить, что вы пытаетесь плыть. Если жидкость слишком густая, вам сложно двигаться и приходится тратить много энергии. И наоборот, если субстанция слишком жидкая, то вы будете опускаться на дно. Поэтому важен правильный баланс. Масло должно быть достаточно густым, чтобы выдерживать разделение движущихся частей, но достаточно тонким, чтобы обеспечивать топливную экономичность.

Молекулы жидких тел при перемещении вызывают трение. Это трение и называется вязкостью. При повышении давления, уменьшается объем и усиливается взаимное притяжение молекул и увеличивается сопротивление течению, вязкость масла увеличивается. При повышении температуры процесс прямо противоположный — вязкость уменьшается.

Работа, затрачиваемая на перемещение молекул, рассеивается в виде тепла. Если масляная пленка толще зазора, увеличивается сила трения, что приводит к повышению температуры и снижению КПД. Поэтому автопроизводители рассчитывают зазоры под рабочие температуры двигателя, специально заставляя его работать под повышенными нагрузками при прогреве.

Различают кинематическую и динамическую вязкость.

Кинематическая вязкость моторного масла

Кинематическая вязкость — это показатель, выражающийся в отношении динамической вязкости к плотности масла. Он характеризует текучесть масла при нормальной и высокой температуре. Измеряется в сантистоксах (1 сСт = 10-6 мм2/с). Для замера используется стеклянный вискозиметр. Принцип измерения достаточно прост: замеряется время вытекания определенного количества масла из сосуда с калиброванным отверстием на дне.

В отчете ASTM 1989 года сообщается, что стремительный рост неньютоновских всесезонных масел сделал кинематическую вязкость практически бесполезным параметром для определения реальной вязкости в критически важных зонах двигателя. Поэтому был разработан параметр HTHS, о котором мы расскажем далее.

Индекс вязкости

Индекс вязкости моторного масла (ИВ, Viscosity index, VI) — это показатель, характеризующий степень изменения вязкости в зависимости от температуры °C. Чем выше индекс вязкости, тем в более широком температурном диапазоне смазочный материал способен сохранять рабочие свойства. Наибольшим индексом вязкости обладают базовые масла III (VHVI — Very High Viscosity Index, очень высокий индекс вязкости), IV (PAO — ПАО, полиальфаолефины) и V групп.

Индекс вязкости определяется по методу ASTM D2270. Для расчета необходимы показатели кинематической вязкости при 40°C и 100°C.

Динамическая вязкость

HTHS

Создание полимерных загустителей позволило производить универсальные всесезонные масла, которые способны обеспечивать уверенный пуск двигателя при отрицательных температурах и сохранять рабочие параметры при высоких. Принцип их действия достаточно прост: при низких температурах они сжимаются, занимая меньше места и снижая вязкость, а при повышении температуры, наоборот, увеличиваются в размерах, увеличивая вязкость.

Принцип работы полимерных загустителей - модификаторов вязкости.

Однако, у полимеров есть одна интересная особенность. При высокой скорости сдвига полимеры выстраиваются в направлении потока и сжимаются (например, в очень маленьких зазорах, где толщина масляной пленки предельно мала, но скорость движения очень высокая), что приводит к потере вязкости. Она может быть как кратковременной (при снижении скорости сдвига полимер восстановится), так и необратимой (полимер разрушается).

Для определения стойкости полимера к деструкции используется тест Курта Орбана (ASTM D 6278), при котором загущенное масло прокачивается топливным насосом высокого давления под давлением 175 бар. Масла для легковых автомобилей должны выдерживать 30 циклов такого испытания, а для коммерческих — 90. Вязкость после теста должна оставаться в рамках стандарта SAE J300.

Загущенные масла не являются ньютоновскими жидкостями, т.е их характеристики не линейно зависимы от внешних факторов. Поэтому инженерами был разработан параметр HTHS, который определяет вязкость масла в условиях, похожих на условия работы в ДВС — при температуре 150°C и скорости сдвига 106 с-1.

В уже упомянутом отчете ASTM 1989 года говорится, что стандарт SAE J300 не совершенен и 12-летние усилия по разработке нового стандарта ни к чему не привели. Однако зафиксированных случаев поломок, связанных с недостаточной вязкостью HTHS, выявлено не было, поэтому редакция SAE J300 и по сей день является актуальной.

Бытует миф, что моторные масла с низким HTHS приводят к ускоренному износу двигателя. Низковязкие масла предназначены только для специально сконструированных двигателей с минимальными зазорами. Кроме того, высокое содержание модификаторов трения позволяет защищать двигатель даже в условиях граничного трения.

Наиболее вредны масла с низким HTHS для изношенных двигателей. Дело в том, что абразивные частицы, которые, как правило, присутствуют в неновом двигателе, могут привести к тому, что тонкая масляная плёнка разрывается и начинается незащищённое трение, которое потом приводит 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.

CCS

Параметр динамической вязкости, определяемый на имитаторе холодного пуска (Cold Cranking Simulator) по методу ASTM D 2983. Иногда его еще называют вязкость проворачивания. Он показывает, насколько двигателю будет трудно провернуть холодное масло в цилиндро-поршневой группе.

MRV

Вязкость прокачивания (pumping viscosity), определяемая на мини-ротационном вискозиметре по методу ASTM D 4684, говорит нам о способности масла течь и создавать необходимое давление в системе смазки в начальной стадии работы холодного двигателя. При испытании определяется либо напряжение сдвига, необходимое для разру­шения желе, либо вязкость при отсутствии напряжения сдвига. 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. Тест проводится при температуре на 5 градусов ниже, чем CCS

Стандарт SAE J300

Классификация моторных масел по SAE признана во всем мире. По ней все масла делятся на:

  • зимние (обозначаются литерой W: SAE 0W, SAE 5W и т.д.)
  • зимние
  • всесезонные.
Класс вязкости SAEПроворачиваемость (CCS), мПас-сПрокачиваемость (MRV), мПа-сКинеметическая вязкость при 100°C, не нижеКинеметическая вязкость при 100°C, не вышеВязкость HTHS, мПа-с
0W6200 при -35°C60000 при -40°C3.8
5W6600 при -30°C60000 при -35°CК
10W7000 при -25°C60000 при -30°C4.1
15W7000 при -20°C60000 при -25°C5.6
20W9500 при -15°C60000 при -20°C5.6
25W13000 при -10°C60000 при -15°C9.3
84.06.11,7
125.07.12,0
166.18.22,3
206.99.32.6
309.312.52.9
4012.516.32.9*
4012.516.33.7**
5016.321.93.7
6021.926.13.7

Вопросы и ответы

Как определить вязкость моторного масла?

Расшифровка вязкости — дело нехитрое. На канистре обязательно указывается класс вязкости по SAE. По нему можно определить низкотемпературные свойства, а также вязкость при рабочей температуре. Например, SAE 0W-40 означает, что масло гарантированно прокачается по системе при температуре вплоть до -40 градусов Цельсия, а вязкость при 100 градусах составит от 12,5 до 16,3 сСт.

Можно ли смешивать моторные масла разной вязкости?

Можно, но только в экстренных случаях. Не имея специального оборудования, сложно понять, какой вязкости в итоге получится микс смазочных материалов. Но такой микс все равно лучше, чем отсутствие масла в двигателе.

Shopping Cart
Пролистать наверх