Как рассчитывается температурный коэффициент вязкости масла

Определение вязкостно-температурных свойств моторных масел

Определение вязкостно-температурных свойств моторных масел проводится в соответствии с ГОСТ 33-2000 «Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости» и ГОСТ 25371-97 «Нефтепродукты. Расчет индекса вязкости по кинематической вязкости».

Смазочные материалы – это вещества, используемые в узлах трения машин и механизмов для снижения износа, вызванного трением.

По агрегатному состоянию смазочные материалы подразделяются на:

— жидкие, называемые маслами;

— пластичные, называемые смазками;

— твердые или сухие.

По роду исходного сырья смазочные материалы подразделяются на:

По целевому назначению смазочные материалы подразделяются на:

— компрессорные и др.

Моторные масла предназначены для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Они работают в исключительно тяжелых условиях, но при этом должны в течение длительного времени выполнять возложенные на них функции, а именно:

· образовывать прочную пленку на поверхностях трущихся деталей, исключая тем самым прямой контакт деталей и, как следствие, задир поверхностей, снижая износ деталей двигателя;

· уплотнять зазоры, в первую очередь, между деталями цилиндро-поршневой группы, не допуская или сводя к минимуму прорыв газов из камеры сгорания;

· отводить тепло, образующееся в результате сгорания топлива и трения, охлаждая детали двигателя;

· предотвращать образование нагара, лаковых и шламовых отложений;

· предотвращать коррозию деталей двигателя;

· выносить продукты износа из зоны трения;

· нейтрализовывать кислоты, образующиеся при окислении масла и сгорании топлива.

Вязкостно-температурные свойства моторного масла являются важным показателем его работоспособности и его качества.

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.

Динамическая вязкость служит мерой сопротивления жидкости течению. За единицу динамической вязкости в системе СИ принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление в 1 Н взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 м 2 , находящихся один от другого на расстоянии 1 м и перемещающих с относительной скоростью 1 м/с (рис. 4).

Рис. 4. К определению единицы динамической вязкости – пуаза.

Единица динамической вязкости в системе СИ – Паскаль-секунда (Па·с). На практике применяют миллипаскаль – секунда (мПа·с или 10 -3 Па·с), а также сантипуаз (1сП = 1мПа·с). Между динамической и кинематической вязкостью жидкости при одинаковых температурах существует следующая зависимость:

η_t — динамическая вязкость, Па·с;

ν_t — кинематическая вязкость, м 2 /с;

ρ_t — плотность жидкости, кг/м 3 .

Кинематическая вязкость определяется скоростью истечения жидкости через калиброванное отверстие (капилляр) вискозиметра под действием сил гравитации. Размерность кинематической вязкости в системе СИ – м 2 /с. На практике чаще всего применяют меньшую единицу – мм 2 /с (или 10 -6 м 2 /с) или сантистокс (1сСт = 1мм 2 /с).

Динамическую вязкость определяют на ротационных вискозиметрах при различных градиентах скорости сдвига, а кинематическую вязкость – на капиллярных вискозиметрах.

Для каждого конкретного применения моторное масло выбирают по возможности с небольшой вязкостью, но такое, чтобы оно гарантировало жидкостное трение в подшипниках скольжения коленчатого вала двигателя при максимальных рабочих температурах и нагрузках. Условно за среднюю рабочую температуру масла принята температура 100 0 С. Во всех технических характеристиках и паспортах на моторное масло указывается кинематическая вязкость масла при 100 0 С – ν₁₀₀.

Вязкость моторного масла существенно зависит от температуры. По мере понижения температуры вязкость масла значительно увеличивается(так, например, при изменении температуры на 100 о С вяз­кость масла может измениться в 250 раз). Для уменьшения потерь на трение желательно, чтобы вязкость масла как можно меньше изменялась в рабочем интервале температур (40-100 0 С).

Степень изменения вязкости оценивают стандартизированным показателем – индекс вязкости (ИВ).

Чем выше ИВ, тем меньше вязкость изменяется с изменением температуры и тем выше качество масла. Индекс вязкости определяют по специальным номограммам по значениям кинематической вязкости масла, измеренными при 50 и 100 о С или рассчитывают по значениям кинематической вязкости масла при 40 и 100 о С. Индекс вязкости также обязательно указывается во всех технических характеристиках и паспортах на моторное масло.

Всё о вязкости моторного масла: таблица температур и стандарты

Однако, не все понимают значение цифр, которые имеются на канистрах.

Моторная смазка подвергается воздействию довольно высокой температуре как внутри самого двигателя, так и извне.

Вязкость как один из важнейших параметров моторного масла

Всю необходимую информацию производители указывают на этикетке, поэтому необходимо уметь ее читать и анализировать.

Кроме всего прочего, следует различать саму вязкость, которая бывает как кинематической, так и динамической. Типы вязкости имеют определенные различия. Они заключаются в плотности, отличающихся методах измерения и предназначены для определения показателей различных классов смазки.

Кинематическая вязкость моторного масла определяет его текучесть при нормальной (стандартной) рабочей температуре, а также максимальной. За основу проведения испытаний берут 40 и 100 градусов по Цельсию, а измерения проводятся в сантистоксах.

По полученным результатам осуществляются расчеты индекса вязкости, поэтому, если вы хотите приобрести действительно хорошее масло — выбирайте, чтобы индекс превышал значение 200. Чаще всего наиболее подходящий индекс имеют всесезонные масла.

Что касается динамической вязкости — то она отображает силу сопротивления в ходе перемещения жидкостей, которая от плотности никак не зависит. Единицей измерения динамической вязкости является сантипуаз.

Ниже приведена таблица вязкости моторного масла для работы двигателя в холодных условиях.

Основные параметры вязкости

Одним из основных параметров являются низкотемпературные показатели.

К данным показателям относятся следующие:

• проворачиваемость;
• прокачиваемость.

Первый определяет диапазон текучести при низких температурах и указывает на то, какой должна быть максимально допустимая динамическая вязкость. Последняя позволяет коленчатому валу вращаться с такой скоростью, которая обеспечивает хороший запуск двигателя.

Прокачиваемость всегда имеет значение, которое на 5˚С ниже необходимой. Это нужно для того, чтобы масляный насос не начал закачивать воздух вследствие чрезмерного загустевания смазочной жидкости. Параметры прокачиваемости не должны превышать значения в 60000 мПа*с.

Если вы хотите разобраться в том, как определить вязкость моторного масла — следует познакомиться с таким понятием, как спецификация SAE. Это принятый в большинстве стран стандарт, определяющий необходимый уровень вязкости смазки при том или ином температурном режиме.

Вот таблица, где показано, какая классификация соответствует определенной температуре воздуха.

Международный стандарт вязкости масел

О важности такого свойства, как вязкость масла, стало известно еще с тех времен, как был выпущен первый автомобиль. С тех самых времен инженеры пытались произвести классификацию смазочных материалов. Основываясь на определенных качествах, все имевшиеся масла были разделены на следующие типы:

• маловязкие смазки
• средневязкие
• тяжелые

После того, как были изобретены подходящие для определения вязкости приборы — американским обществом автомобильных инженеров (SAE) была разработана наиболее точная классификация — SAE J300.

Данная классификация моторных масел в процессе своего развития претерпевала определенные изменения и сегодня представляет 11 классов вязкости.

Их полный список выглядит следующим образом:

1. SAE 0W;
2. SAE 5W;
3. SAE 10W;
4. SAE 15W;
5. SAE 20W;
6. SAE 25W;
7. SAE 20;
8. SAE 30;
9. SAE 40;
10. SAE 50;
11. SAE 60.

В связи с этим, классы вязкости моторных масел стали в спецификации SAE по степени вязкости, которая определяется условиями, близкими к реально существующим. Вследствие этого и произошло разделение масел на летние и зимние виды.

Летние смазки не имеют буквенного обозначения и обладают более высокой вязкостью, вследствие чего обеспечивают качественную смазку всех деталей двигателя при высокой температуре окружающей среды.

Однако, при низких температурах такие масла становятся чересчур плотными и создают серьезную проблему при запуске холодного двигателя.

Зимнее масло является менее вязким, благодаря чему проблем при холодном пуске двигателя не возникает. Зато в жаркое время года оно становится слишком текучим, поэтому не в состоянии обеспечить детали силового агрегата должной защитой.

Благодаря изобретению всевозможных присадок, появилась новая категория масел, объединивших в себе хорошее соотношение зимних и летних характеристик. Такие смазывающие материалы получили название всесезонных.

Виды масел в зависимости от температурного режима

Вязкость определяется по международному стандарту SAE J300 и подразделяет все смазочные материалы на три основных вида — летние, зимние и всесезонные.

К летним относятся масла, имеющие следующий показатель SAE:

• 20;
• 30;
• 40;
• 50;
• 60.

Зимние смазки имеют свои преимущества:

• невысокая стоимость;
• невысокая вязкость, благодаря которой запуск холодного двигателя при минусовой температуре происходит лучше, чем с применением всесезонных жидкостей;
• высокая стойкость к деструкции.
• К ним относятся следующие виды:
• SAE 0W;
• SAE 5W;
• SAE 10W;
• SAE 15W;
• SAE 20W.

Самыми распространенными являются всесезонные жидкости. Они также имеет свои достоинства, а наиболее главным следует считать его использование в любое время года. Благодаря имеющимся в составе полимерным присадкам, оно способно изменять степень вязкости относительно окружающей температуры. Кроме того, оно имеет хорошие энергосберегающие свойства, благодаря которым силовой агрегат работает в жаркую погоду более экономичней, чем при использовании летнего типа масел.

Всесезонные:

• SAE 0W-30;
• SAE 0W-40;
• SAE 5W-30;
• SAE 5W-40;
• SAE 10W-30;
• SAE 10W-40;
• SAE 15W-40;
• SAE 20W-40.

Благодаря прекрасно сбалансированным показателям, всесезонки показывают хорошие результаты в работе с критическими температурами.

Для того, чтобы подобрать для двигателя своего автомобиля наиболее подходящее по вязкости масло — следует опираться на два основных показателя:

• в каких климатических условиях эксплуатируется автомобиль;
• сколько лет эксплуатируется двигатель.

Опираясь на первый показатель, для регионов с высокой температурой воздуха следует выбирать жидкости с более высоким показателем вязкости. Данный параметр представлен цифрой, находящейся перед буквой «W».

Так, к примеру, при эксплуатации транспортного средства при температуре воздуха от -10 и до +45 следует выбирать SAE 20W-40.

Второй параметр: в этом случае следует выбирать смазку согласно выработанному ресурсу двигателя. Так для нового двигателя следует подбирать меньшую вязкость, а для мотора постарше — более вязкое масло. Это необходимо для того, чтобы более выработанные детали, имеющие между собой значительно увеличенные зазоры, могли более или менее нормально функционировать.

Помните, что любая смазка содержит показатели вязкости как при низких, так и при высоких температурах, поэтому при выборе это следует обязательно учитывать. Чем выше первая цифра (стоящая перед буквой W), тем рабочий диапазон на низких температурах будет меньше. Чтобы произвести расчеты — необходимо от цифры 40 отнять первый показатель смазки.

К примеру, жидкость со значением 5W20 имеет температурный диапазон -35˚ С и -30˚ С.

Второе число, расположенное после буквы «W», дает понятие высокотемпературной вязкости. Если не вдаваться в технические тонкости, то можно сказать так — чем больше второе значение — тем выше будет вязкость масла при высоких температурах.

Диапазоны рабочих температур для разных масел по SAE

Основываясь на спецификацию SAE, все смазывающие жидкости можно расшифровать по температурному режиму и определить для себя диапазон их использования.

По классу вязкости и температурному режиму жидкости имеют следующий диапазон:

• 5 W-30 — предназначена для работы при температуре от -25˚ С и до +20˚ С;
• 5 W-40 — предназначена для работы от -25˚ С и до +35˚ С;
• 10 W-30 — предназначена для работы от -20˚ С и до +30˚ С;
• 10 W-40 — предназначена для работы от -20˚ С и до +35˚ С;
• 15 W-30 — подходит для работы при температуре воздуха от -15˚ С и до +35˚ С;
• 15 W-40 — подходит для работы при температуре воздуха от -15˚ С и до +45˚ С;
• 20 W-40 — подходит для работы при температуре воздуха от -10˚ С и до +45˚ С;
• 20 W-50 — подходит для работы при температуре воздуха от -10˚ С до +45˚ С и более.

Однако, в подборе наиболее подходящего масла для своего транспортного средства, в первую очередь необходимо руководствоваться информацией, которую предоставляет завод изготовитель.

Выбор моторного масла по его вязкости

Подбор необходимого масла строго индивидуален и направлен на определенный двигатель. Поэтому в первую очередь следует ориентироваться на те указания и рекомендации, которые сделал производитель в технической документации к тому или иному автомобилю.

Помните, что только оригинальное масло либо его качественный аналог способны обеспечить двигатель хорошей работой и максимальным износом деталей.

В том случае, если данного рода документация отсутствует — ориентироваться следует на указанные допуски масла в отношении определенных двигателей, которые, чаще всего, имеются на этикетке производителя.

Индекс вязкости масла: что это и для чего нужен?

Подавляющее большинство автовладельцев имеет общее представление о вязкости смазочных материалов. Как минимум, всем знакома классификация по SAE. Однако единицы понимают достаточно глубоко в этом вопросе, чтобы осознанно подбирать моторные и трансмиссионные смазки для своих автомобилей.

Одной из ключевых категорий, определяющих эксплуатационные свойства смазочного материала, это индекс вязкости масла. Что это такое, на что влияет и насколько в целом этот индекс является важным параметром – попробуем разобраться в материале статьи.

Что такое вязкость смазочного материала в целом

Для определения характеристик любого масла в общем случае используются три общепринятые категории вязкости:

• кинематическая;
• динамическая;
• техническая.

Касаемо автомобилей актуально рассматривать только две категории: кинематическую и динамическую.

Динамическая вязкость – наиболее понятный параметр. Она определяет силу внутреннего трения между слоями смазочного материала. Этот показатель не привязан к внешним условиям и просто указывает на силу трения в масле без точки привязки к какой-либо величине. Измеряется в пуазах (П).

Кинематическая вязкость рассчитывается на основе динамической. Но здесь расчеты проводятся уже с учетом плотности.

То есть кинематическая показывает, как изменяются вязкостные свойства смазочного материала при изменении плотности масла. Эта категория более объективна и применима для описания работы смазки в двигателе внутреннего сгорания.

Чем больше значение этого параметра, тем лучше защитный слой держится на поверхности деталей, менее охотно стекает и требует больше внешних усилий для разрушения образованной пленки.

Это в общем случае, без учета модификаторов. С другой стороны, густые смазки плохо прокачиваются по системе и требуют большей энергии на преодоление силы трения внутри них. То есть влияют на расход топлива.

Ранее считалось, что именно более густые смазочные материалы лучше всего справляются с защитой двигателей от износа. Однако сегодня эта тенденция изменилась. И главную роль стали играть присадки.

То есть даже легкотекучие смазки из полиальфаолефинов отлично справляются с защитой современных двигателей, при этом, не требуя больших усилий на прокачку и смазывание разбрызгиванием. А это существенно сказывается на экономии топлива.

Как рассчитывается и на что влияет индекс вязкости

Для многих автовладельцев чаще трехзначная (реже двухзначная, для дешевых минеральных масел, которые сегодня почти нигде не используются) цифра на канистре не несет в себе смысловой нагрузки.

Большинство автомобилистов традиционно смотрят лишь на тип базы (синтетика, полусинтетика, минералка), назначение (бензиновое или дизельное) и класс по SAE. Однако мало кто знает, что означает индекс вязкости.

О чем говорят цифры на канистре с моторным маслом — видео

Или знают, но не придают этому параметру большого значения. А зря. Именно эта категория может многое сказать о качестве и технологичности смазки.

То есть этот параметр косвенно указывает на стабильность смазки при изменении температурного режима, что определяет его технологичность.

Чтобы рассчитать индекс вязкости смазочного материала, необходимо знать две величины: кинематическую вязкость при 40 и при 100 °C. Путем введения этих данных в не самую простую формулу, которая строится на основе эмпирических расчетов, выведенных из двух эталонных смазок, просчитывается искомый индекс.

В интернете в свободном доступе на многих ресурсах представлены бесплатные калькуляторы индекса вязкости масла. Достаточно два указанных выше параметра – и программа автоматически произведет расчет.

На практике большинство производителей смазочных материалов упростили эту задачу для настолько глубоко интересующихся характеристиками смазки покупателей. Рассматриваемый индекс иногда указывается на канистре (чаще всего в таблице с второстепенными значениями на обороте тары).

Как стоит рассматривать индекс вязкости масла

Расшифровка индекса вязкости масла в практическом ее применении довольно проста: чем выше этот параметр, тем стабильнее ведет себя смазка при изменении температуры. У подавляющего большинства современных смазок этот параметр находится в пределах от 140 до 180 единиц.

Существуют отдельная категория маловязких смазочных материалов, в основном японского производства, в которых этот показатель может переваливать за 200.

В основном эти масла созданы на основе технологичных баз, таких как полиальфаолефинов или сложных эфиров, с добавлением особых присадок, увеличивающих температурную стабильность.

Какой индекс вязкости масла лучше?

Это сложный и неоднозначный вопрос. В общем случае лучше тот индекс, который больше. Однако для каждой отдельно взятой категории существуют некоторые рамки. И назвать оптимальное число для этого параметра, охватывающее все смазочные материалы для ДВС, сложно.

Например, для традиционных синтетических и полусинтетических смазок класса 10W-40 по SAE вполне нормальным можно считать 150-160 единиц. Для менее густых масел типа 5W-30 это параметр будет несколько выше, в среднем 160-180 единиц.

Маловязкие смазочные материалы могут иметь до 240 единиц. А ультра новые маловязкие смазки класса 0W-16 или 0W-10 даже больше. Однако на рынке их почти нет. Да и сфера применения у настолько маловязких продуктов пока еще очень узка.