Классы вязкости моторного масла
Вязкость воспринимается людьми на бытовом уровне как сравнительная характеристика – густое, как мед, жидкая, как вода. Какое масло будет лучше для двигателя – жидкое или густое? Вопрос некорректный, т.к. вязкость всегда связана с температурой определения. Вязкость любого масла при понижении температуры возрастает и, наоборот, при повышении температуры падает. Давайте разберемся в основных понятиях о вязкости и ее влиянии на работу в двигателе.
Что такое вязкость масла?
Вязкость – это свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению условных слоев масла.
Вязкостно-температурные свойства моторных масел - одна из важнейших характеристик для работы масла в двигателе. От вязкости зависит, при каких температурах будет возможен запуск двигателя, и его безопасность. Высокотемпературная вязкость влияет на смазывание деталей двигателя при рабочей температуре, а также работу устройств, зависящую от масла: гидрокомпенсаторы, гидронатяжитель цепи и другие
Различают два типа определения вязкости масла: кинематическая и динамическая.
Кинематическая вязкость
Кинематическая вязкость определяется в вискозиметрах, работающих по простому принципу: измеряется время, за которое определенный объем масла пройдет через капилляр заданного диаметра под действием силы тяжести. Вискозиметры помещают в термостатированные бани при поддержании определенной температуры. Для моторных масел измеряется кинематическая вязкость при 40 °С и при 100 °С. Единица измерения сантиСтокс (сСт) или мм²/с.
Рис.1 Схематический рисунок капиллярного вискозиметра
Динамическая вязкость
С динамической вязкостью все сложнее. Измерение проводят при приложении внешних сил и замеряют, насколько масло сопротивляется этим внешним силам. Для моторных масел измеряют три типа динамической вязкости:
- Имитация холодной прокрутки (Cold Cranking Simulator) – симуляция запуска двигателя от стартера при низких температурах по методу ASTM D5293. Другими словами, измеряется, насколько сильно масло оказывает сопротивление при проворачивании. Масло наливается в зазор между статором (цилиндрическая емкость) и ротором, приводимым электромотором. Температуру испытания измеряют около внутренней стенки статора и поддерживают регулируемым потоком хладагента, протекающим через статор. Включают электромотор и замеряют скорость вращения. Затем по специальным таблицам высчитывается вязкость (мПа∙с или сантиПуаз) в зависимости от скорости вращения. Т.е. чем масло гуще, тем медленнее скорость вращения, и в реальной жизни стартеру будет сложнее развить стартовые обороты двигателя с таким маслом.
- Низкотемпературная прокачиваемость (MRV) – имитируется испытание, при котором масло будет прокачиваться в двигателе масляным насосом для дальнейшей подачи к парам трения. Т.е. эта характеристика указывает на безопасность пуска двигателя при низких температурах. Вязкость прокачивания определяется на мини-ротационном вискозиметре по методу ASTM D 4684. Масло находится в цилиндрической ёмкости, куда погружен цилиндр, приводимый во вращение от груза нитью, намотанной на ось цилиндра. Масло перед этим охлаждается с определённой скоростью и выдерживается при исследуемой температуре 45 ч. Это требуется для того, чтобы парафины и другие вещества успели создать структуру в масле, влияющие на вязкость не только от температуры, но и от времени выдержки при этой температуре. Измеряется скорость вращения цилиндра и пересчитывается вязкость в мПа·с или сПз.
Рис.2 Схематический рисунок измерения MRV
Высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига (HTHS) – вязкость измеряется при температуре 150 °С и высокой скорости сдвига 10⁶ с-1. Измерение HTHS проводят в ротационном вискозиметре по методу ASTM D4683, единица измерения мПа·с.
Масло наливают между конусными статором и ротором устройства, нагревают до температуры 150 °C. Ротор вращается от электродвигателя с определенной скоростью, и крутящий момент передается через масло к статору. Вискозиметр измеряет крутящий момент от передаваемого вращения и уровень отклика крутящего момента. Этот параметр создан для косвенного определения достаточности вязкости для создания масляного клина (гидродинамического режима трения) в двигателе. Также косвенно параметр определяет толщину масляной пленки в подшипнике коленчатого вала. Но много нюансов для понимания. Что такое скорость сдвига 10⁶ с-1? Это относительная скорость перемещения поверхностей трения, зависящая от истинной скорости перемещения в м/с и расстояния между поверхностями. Например, если взять подшипник коленчатого вала с зазором 0,03 мм, то скорость перемещения поверхностей между друг другом будет 30 м/с (108 км/ч).
Высокая вязкость HTHS будет создавать толстую масляную пленку, что хорошо для защиты пар трения, но и создавать лишние потери на трение, т.е. расход топлива. Низкая вязкость HTHS способствует снижению трения, но повышает износ. О HTHS написано много научных статей, но нет универсальной рекомендации, какое значение HTHS лучше – разные двигатели, разные условия эксплуатации и т.д.
Автопроизводители указывают свои требованиям к моторным маслам в виде допусков или спецификаций, в которых заложены уже нужные значения HTHS. Например, ACEA A3/B4, С3, MB 229.5, 229.51, VW 502 00/505, 504 00/507 00, BMW LongLife-01, LongLife-04 и другие требуют HTHS ≥3,5 мПа·с. А более современные спецификации, связанные с новыми конструкциями двигателей и экологическими требованиями, имеют пониженный HTHS от 2,9 или даже от 2,6 мПа·с: ACEA A5/B5, A7/B7, С5, C6, MB 229.61, 229.71, VW 508 00/509 00, BMW LongLife-14 FE+ и другие
Что показывают цифры обозначения вязкости масла на этикетке? Классификация вязкости по стандарту SAE
Чтобы не усложнять выбор вязкости масла для автовладельцев, общество автомобильных инженеров (SAE) создали объединяющую таблицу SAE J300 с классами вязкости моторных масел. Классы вязкости указываются в описании масел и на канистре, например, 5W-30, 0W-20.
Существуют два типа классов вязкости:
Низкотемпературные классы, обозначаемые буквой W от слова Winter – зима. Их шесть: 0W, 5W, 10W, 15W, 20W и 25W. Для низкотемпературных классов регламентируются динамические вязкости проворачивания (CCS) и прокачивания (MRV). Для класса вязкости 0W вязкость проворачивания не может превышать 6200 мПа∙с при температуре -35 °С, вязкость прокачиваемости - не более 60000 мПа∙с при -40 °С. Практически это означает, что масло с классом вязкости 0W должно обеспечивать пуск двигателя от стартера до -35 °С при исправных системах двигателя, а безопасный пуск двигателя возможен до -40 °С. Для класса вязкости 5W требования аналогичные, но с повышением температуры испытаний на 5 °С – проворачиваемость при -30°С, прокачиваемость при – 35 °С. И так далее для остальных классов идет повышение температуры испытаний с шагом 5 °С.
Выбор низкотемпературного класса вязкости зависит в основном от региона эксплуатации в зимний период и от его суровости. Обычно автопроизводители указывают в инструкциях по эксплуатации требуемую вязкость в зависимости от температур эксплуатации. Если зимы в регионе до -30 °С, то подойдут и 5W, и 0W, но с маслом класса 0W стартеру будет все же легче провернуть коленвал. В летний период в целях экономии не обязательно применять более дорогие масла класса 0W, главное соблюдать требуемые допуски и спецификации автопроизводителя к моторному маслу.
Высокотемпературные классы вязкости - это вторая цифра в обозначении вязкости масла. Их тоже шесть: 16, 20, 30, 40, 50 и 60. Недавно появился новый класс с еще более низкой вязкостью – класс SAE 8, но его пока нет как рекомендованного автопроизводителями. Для высокотемпературных классов вязкости регламентируются диапазоны кинематической вязкости при 100 °С и минимальная динамическая вязкость HTHS при 150 °С.
Высокотемпературный класс вязкости рекомендуется только самим автопроизводителем, т.к. только он закладывает характеристики правильной работы двигателя с нужной вязкостью масла.
Стоит упомянуть нюанс, связанный с HTHS. Классы вязкости от 20 и ниже однозначно будут иметь пониженную вязкость HTHS менее 3,5 мПа∙с. Т.е. если автопроизводитель рекомендует масла вязкости xW-20 и ниже, то двигатель рассчитан на маловязкое масло и может надежно эксплуатироваться на моторном масле с пониженной вязкостью HTHS. Вязкости xW-40 и выше физически имеют вязкость HTHS ≥3,5 мПа∙с. А вот c маслами xW-30 есть «хитрость». Его можно назвать переходным с точки зрения HTHS. Т.к. для класса SAE 30 есть диапазон кинематической вязкости при 100 °С от 9,3 до 12,5 сСт, то масла с кинематической вязкостью ближе к нижней границе этого диапазона будут иметь пониженный HTHS менее 3,5 мПа∙с, а масла с вязкостью ближе к верхней границе - HTHS ≥3,5 мПа∙с.Определить, является ли масло xW-30 маловязким или нет, достаточно просто по спецификациям и допускам моторного масла, которые это регламентируют. В качестве примера можно привести два полностью синтетических моторных масла Volume Synline FE 5W-30 и Volume Synline 5W-30 - оба продукта имеют SAE 5W-30, но Volume Synline FE 5W-30 является маловязким, разработанным под определенные спецификации для экономии топлива, а Volume Synline 5W-30 имеет обычную вязкость HTHS, на что также указывают конкретные допуски и спецификации.
При выборе высокотемпературного класса вязкости следует соблюдать важное правило: повышать на один класс, например, SAE 30 вместо рекомендованного SAE 20 технически безопасно, может только малозначительно возрасти расход топлива. А понижение класса вязкости (примение SAE 20 вместо минимально рекомендуемого автопроизводителем SAE 30) может привести к нерасчетному бОльшему износу двигателя. Моментально двигатель не выйдет из строя, но теоретически его ресурс может снизиться.
Все современные моторные масла являются всесезонными, поэтому в указании вязкости масла фигурируют как низкотемпературный класс вязкости, так и высокотемпературный – 5W-30, 0W-20, 10W-40 и т.п.
Важно отметить, что низкотемпературный класс вязкости не связан с высокотемпературным и наоборот.Если сравнить масла 5W-40 и 15W-40, то отличие будет только в низкотемпературных свойствах. При выходе на рабочую температуру класс из-за одинакового класса SAE 40 у обоих масел кинематическая вязкость при 100 °С должна находится в диапазоне 12,5-16,3 сСт согласно стандарту. Другой пример – 5W-20 и 5W-40 - будут иметь похожие пусковые свойства, а при прогреве масло 5W-20 будет иметь уже меньшую вязкость, чем 5W-40.
Таблица SAE J300
| Класс вязкости | Динамическая вязкость, сПз, не выше, при ºC | Кинематическая вязкость, мм²/с, при 100 ºC | Динамическая вязкость HTHS, сПз, не ниже, при 150 ºC и 10⁶ с-1 | ||
| Имитация холодного пуска (CCS) | Прокачиваемость (MRV) | Не ниже | Не выше | ||
| 0W | 6200 при -35 | 60000 при -40 | 3.8 | - | - |
| 5W | 6600 при -30 | 60000 при -35 | 3.8 | - | - |
| 10W | 7000 при -25 | 60000 при -30 | 4.1 | - | - |
| 15W | 7000 при -20 | 60000 при -25 | 5.6 | - | - |
| 20W | 9500 при -15 | 60000 при -20 | 5.6 | - | - |
| 25W | 13000 при -10 | 60000 при -15 | 9.3 | - | - |
| 16 | - | - | 6.1 | <8.2 | 2.3 |
| 20 | - | - | 6.9 | <9.3 | 2.6 |
| 30 | - | - | 9.3 | <12.5 | 2.9 |
| 40 | - | - | 12.5 | <16.3 | 3.5* |
| 40 | - | - | 12.5 | <16.3 | 3.7** |
| 50 | - | - | 16.3 | <21.9 | 3.7 |
| 60 | - | - | 21.9 | 26.1 | 3.7 |
*Для классов SAE 0W-40, 5W-40, 10W-40.
**Для классов SAE 15W-40, 20W-40, 25W-40, 40.
Какую вязкость моторного масла выбрать?
Выше были изложены основные понятия о вязкости и классах вязкости. Лучше подходит та вязкость, которая указана автопроизводителем в книге по эксплуатации.
В холодный зимний период следует применять, как минимум, тот низкотемпературный класс вязкости, который будет соответствовать низким температурам для пуска двигателя согласно таблице SAE J300. Например, если зимой может быть до -25 °С, то минимально следует применять масла класса 10W-х, но чем ниже класс (5W, 0W), тем легче будет стартеру запустить двигатель и насосу прокачивать холодное масло. Дополнительным плюсом будет являться снижение расхода топлива при прогреве двигателя, когда масло еще не вышло на свою рабочую температуру.
Выбор второй цифры – высокотемпературного класса полностью зависит от рекомендаций автопроизводителя. С той поправкой о безопасности повышения вязкости на один класс и негативных последствиях при применении менее вязкого масла от рекомендованного. Повышение класса вязкости, допустим, с 5W-30 на 5W-40 имеет смысл, если двигатель изношен, и повышенная вязкость будет компенсировать бОльшие зазоры в двигателе.
Прогрев двигателя и вязкость моторного масла
Тут однозначная зависимость, что чем ниже низкотемпературный класс SAE xW, тем меньше вязкость масла при прогреве и меньше тратится топлива на преодоление внутреннего жидкостного трения. Конечно, в летний период это не будет заметно - двигатель и масло очень быстро прогреваются, но в зимний период, когда изначально масло и двигатель имеют низкие температуры, дополнительно тепло отбирается на прогрев салона — все это замедляет прогрев масла до рабочих температур, и экономия топлива в этот период более заметна.
Вязкость моторного масла при рабочих температурах
Современные двигатели оснащаются теплообменником масло-антифриз, который помогает маслу быстрее выйти на рабочую температуру при прогреве, а затем за счет системы охлаждения температура масла уже поддерживается на оптимальном уровне независимо от нагрузок на двигатель. С такой терморегуляцией масло сложно перегреть при исправной системе охлаждения.
Но если есть проблемы (грязные радиаторы, неисправный термостат или насос охлаждения и другие), то помимо перегрева двигателя, особенно в жаркий период, температура масла может стать высокой, а вязкость ниже расчетной, что чревато негативными последствиями с точки зрения защиты двигателя. В этом случае или при отсутствии теплообменника для масла в жаркий период имеет смысл применять высокотемпературный класс вязкости на один класс выше. Обычно автопроизводители указывают несколько классов, и если рекомендован и SAE 20, и 30, то стоит отдать предпочтение последнему.
Что происходит, когда вязкость моторного масла выше нормы?
Если говорить о низкотемпературных свойствах масла, то несоответствующий внешней температуре низкотемпературный класс вязкости при пуске может привести минимум к невозможности прокрутки стартером, а в худшем - отсутствию прокачки масла и проворота вкладышей подшипников коленвала с последующим дорогостоящим ремонтом.
При применении моторного масла с более высоким высокотемпературным классом, чем рекомендован (допустим SAE 60 вместо 30), моментальных негативных последствий не будет. Более густое масло при рабочих температурах вызывает бОльшее сопротивление на трение, а это расход топлива, также образуется более толстая пленка масла, что может повлечь, как ни странно, повышенный расход масла.Связано это с простой физикой устройства двигателя. При проектировании двигателя конструкторы закладывают определенную производительность маслосъемных колец. Если толщина пленки выше расчетной, то маслосъемное кольцо «не справляется» и оставляет более толстую пленку масла на зеркале цилиндра, попадающую под компрессионные кольца, и далее масло сгорает в цилиндре и потенциально закоксовывает компрессионные кольца. А для двигателей с турбонаддувом более густое масло еще более нежелательно. Подшипники турбины смазываются и охлаждаются подводимым моторным маслом. У более густого масла будет меньший проходящий поток, что потенциально хуже охлаждает подшипники, повышая их температуру и интенсифицируя отложения. Поэтому не следует бездумно повышать вязкость масла.
Однако в определенных случаях необходимо повышать вязкость масла. Речь идет не о гражданских автомобилях, а сильно доработанных, тюнингованных, участвующих в гонках и соревнованиях. Для компенсации нерасчетных нагрузок в парах трения доработанного двигателя применяются смазочные материалы с более толстой масляной пленкой. Учитывается и температура масла в двигателе гоночного автомобиля, которая намного выше, чем при гражданских режимах эксплуатации. Зачастую форсированные двигатели для максимальных мощностных показателей имеют настройки с богатой топливно-воздушной смесью, что вызывает разжижение масла топливом. Все эти негативные факторы и объясняют переход на более вязкие масла в автоспорте.
Заниженная вязкость масла
Как говорилось ранее, выбор более низкого высокотемпературного класса вязкости в сравнении с рекомендованным производителем техники может повлечь повышенный износ двигателя, особенно в сложных нагрузочных режимах двигателя: малые обороты при полной нагрузке двигателя, максимальные обороты, перегрев масла и т.д.
Заключение
При выборе правильной вязкости моторного масла для своего автомобиля проще всего ориентироваться на рекомендации автопроизводителя для определенного температурного диапазона эксплуатации автомобиля.Но в данной статье мы попытались рассказать о теоретических основах понятия вязкости, чтобы выбор вязкости был более понятен и обоснован. Такие знания помогут автовладельцам не тратиться без необходимости, учитывая климат и температуру эксплуатации, на более дорогие моторные масла. Также правильно выбранная вязкость облегчит работу и продлит ресурс двигателя.
Полностью синтетические линейки моторных масел Volume Synline и IQ Racing предлагают широчайший выбор вязкости от 0W-20 до 10W-60, который закрывает все требования автопроизводителей, индивидуальных предпочтений автовладельцев и гоночных особенностей эксплуатации.
Публикуемые материалы являются интеллектуальной собственностью ООО «Валволин Евразия». Все права защищены ©
