Определение технических характеристик моторных масел.

Понимание роли моторного масла

Моторное масло снижает трение между поверхностями

Снижение износа

Снижение нагрева между скользящими частями

Снижение потерь энергии

Действует как охлаждающая жидкость для отвода тепла от зоны трения

Выполняет функцию уплотнения между цилиндром и поршневыми кольцами

Что такое вязкость моторного масла?

Вязкость - это показатель, характеризующий сопротивление жидкости течению. Однако, поскольку при нагревании масло разжижается, а при охлаждении загустевает, вязкость масла должна иметь температурную привязку. Существует также два типа измерения вязкости масла: кинематическая и абсолютная (также называемая динамической).

Кинематическая вязкость моторного масла измеряется в сантистоксах (cST) или мм2/с. Сантистокса равна 1/100 стокса. Стокс - это величина, определяемая тем, насколько определенная масса (плотность) жидкости перемещается (в сантиметрах) за определенный промежуток времени из расчета граммов на кубический сантиметр через отверстие.

Вот простой пример кинематической вязкости: просверлите в маленькой чашке отверстие заданного размера и закройте его пробкой. Затем наполните чашку моторным маслом при температуре 100°С (212°F). Открутите отверстие и измерьте, сколько граммов масла вытекает через отверстие за определенный промежуток времени. Теперь у вас есть кинематический показатель. К сожалению, двигатели так не работают. Измерить сопротивление течению масла в двигателе гораздо сложнее.сложно.

Во-первых, в двигателях не используется сила тяжести, масло циркулирует под давлением с помощью масляного насоса. Во-вторых, моторное масло не просто капает из отверстия в стакане. Оно должно перемещаться между подшипниками и вращающимися валами и по узким каналам масляной галереи. При скольжении масла между подшипниками и валами и по каналам оно испытывает сопротивление.

Зная это, вернемся к примеру с капающей чашкой. Вместо того чтобы оставить верхнюю часть чашки открытой для доступа атмосферы, закроем ее крышкой и создадим давление 10 psi. Затем прикрепим к отверстию на дне чашки соломинку длиной 12 дюймов. Если мы повторим тест при температуре -17,7°C (0°F), то получим совершенно другой результат, который и будет являться абсолютной или динамической вязкостью.

Другими словами, абсолютная вязкость моторного масла - это показатель того, как масло ведет себя при запуске двигателя и прокачке масла. Абсолютная/динамическая вязкость моторного масла действительно показывает, как масло будет вести себя при холодном запуске, когда вы запускаете двигатель, и насколько хорошо оно прокачивается в холодном состоянии.

Как выражается вязкость моторных масел?

Общество автомобильных инженеров (SAE) использует общепринятую классификацию "XW-XX", где число, стоящее перед буквой "W" (winter), представляет собой абсолютную/динамическую низкотемпературную характеристику масла (-17,7°C (0°F)), а другое число - кинематическую высокую температуру масла при 100°C (212°F).

Зимний показатель рассчитывается на специальном испытательном оборудовании, называемом симулятором холодного хода, и каждая марка масла измеряется в мПа. Высокотемпературный показатель масла измеряется в (сСт).

ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ: Представленные ниже марки масел испытываются при разных температурах! Масло 0W испытывается при -35°C, а масло 5W - при -30°C. Вязкость масел марки W является МАКСИМАЛЬНО допустимой, а вязкость масел для высоких температур - МИНИМАЛЬНО допустимой.

Таким образом, масло марки 5W-30 в холодную погоду густеет меньше, чем масло марки 10W-30. Это означает, что масло марки 5W-30 позволяет двигателю быстрее раскручиваться, а масляному насосу легче прокачивать масло, чем масло марки 10W-30 при той же холодной температуре.

При высоких температурах масло марки 5W-30 разжижается быстрее, чем масло марки 5W-40 при той же высокой температуре.

Индекс вязкости (VI)

Скорость разжижения масла при нагревании выражается его индексом вязкости. Если масло очень медленно разжижается при повышении температуры, значит, его VI высок. Другими словами, масло с высоким VI сохраняет более стабильную вязкость в широком диапазоне температур.

Влияние температуры на вязкость масла НЕ является равномерным

Например, кинематическая вязкость масла при температуре от 50 до 59°F изменяется БОЛЬШЕ, чем при температуре от 176 до 185°F.

"Индекс вязкости (VI) для базовых и смазочных масел был разработан Дином и Дэвисом из компании Standard Oil в 1929 г. В то время еще не было ни всесезонных, ни синтетических масел. Для шкалы VI были установлены две граничные точки. Масла с низким изменением вязкости в зависимости от температуры (масла HVI, очищенные из пенсильванской нефти, парафиновые масла) находились на высоком конце шкалы.

Масла со значительным изменением вязкости (LVI-масла, переработанные из техасских нефтей, нафтеновые масла) представляли собой нижний предел. Их VI обозначался 0 - это был наихудший возможный VI. Значения VI относились к минеральным маслам. Смазочные масла сравнивались с этими эталонами. Если масло было аналогично парафиновому, то VI составлял 100При этом, если оно было аналогично нафтеновому маслу, то присваивался VI 0. В середине - VI около 50. Для повышения VI до значений выше 100 в дальнейшем разрабатывались новые типы базовых масел и специальные присадки" -Антон Паар

VI моторного масла колеблется от -60 до 400, в зависимости от типа модификаторов вязкости, используемых на НПЗ или в смесителе масел. Обычно моторное масло содержит от 5% до 20% присадок, улучшающих вязкость.

Это очень важно. Люди часто думают, что первое и второе числа - это кинематические величины. Это не так. Число перед W - это абсолютная вязкость масла при пуске двигателя по ASTM TEST D5293 (симулятор холодного пуска) и вязкость при прокачке по ASTM D4684, ASTM D3829, ASTM D6821 или ASTM D6896 (мини ротационный вискозиметр). При холодном пуске имитируется холодный пуск двигателя при различных температурахисходя из прогнозируемой вязкости испытуемого масла. Другими словами, тестеры не используют одну и ту же температуру для каждого масла.

Например, для получения класса 0W масло не должно превышать максимальную вязкость при запуске 6200 мПа (мегапаскалей) при температуре -31°F (-35°C) и максимальную вязкость при прокачке 60 000 мПа при температуре -40°F/C.

Для понимания того, как два масла с одинаковым первым номером могут иметь две разные абсолютные вязкости, смотрите этот график.

Таким образом, масло 5W ВСЕГДА обеспечивает лучшую способность к запуску и прокачке, чем 10W, при любых температурах. Очевидно, что в более холодном климате для улучшения способности к запуску и прокачке важнее использовать масло 0W или 5W, но 0W или 5W также способствует запуску и прокачке и при более теплых температурах.

Теперь рассмотрим разницу в абсолютном/динамическом мПа двух масел с одинаковым первым номером: 10W40 и 10W-60

Динамическая вязкость масла 10W-40 составляет 735,42 мПа при 0°C. А динамическая вязкость масла 10W-60 составляет 1453,82 мПа при 0°C. Оба масла - 10W! Таким образом, несмотря на то, что оба масла - 10W, они имеют совершенно разные характеристики при пуске и прокачке.

Типы модификаторов индекса вязкости

В маслах прямого и многосортного назначения содержатся модификаторы вязкости как для обычных, так и для синтетических масел. Производители используют различные продукты, например, маслорастворимые полимеры или сополимеры.

Депрессанты точки застывания и точки застывания

Температура застывания масла - это температура, при которой масло перестает течь. Присадки, понижающие температуру застывания, замедляют загустевание масла при низких температурах за счет замедления кристаллизации парафиновых компонентов масла, что снижает температуру застывания.

Улучшители индекса вязкости (VII)

В холодном состоянии они плотно свернуты или свернуты в спираль. В холодном состоянии они не увеличивают вязкость масла. Однако при повышении температуры масла молекулы "разворачиваются/разворачиваются", занимая больше места и увеличивая трение моторного масла о масло.Иными словами, они выступают в качестве загустителя, снижающего разжижение масла.

- олефиновые сополимеры (OCP)

- полиалкилметакрилаты (ПАМА)

- полиизобутилены (ПИБ)

- стирольные блоксополимеры

- метилметакрилат (ММА)

- полибутадиеновый каучук (PBR)

- цис-полиизопрен (синтетический каучук)

- поливинилпальмитат

- поливиниловый каприлат,

- сополимеры винилпальмитата с винилацетатом,

Но у полимеров VII есть и обратная сторона. Чем выше молекулярная масса полимера, тем больше он расширяется. Но чем выше молекулярная масса, тем больше он подвержен "сдвигу" при движении между двумя движущимися частями. Если в нефтеперерабатывающем/блендерном производстве используется более высокая концентрация высокомолекулярных полимеров VII, то это позволяет предотвратить разжижение нефти, когда она новая. Но по мере переработки нефтиПоэтому длинноцепочечные полимеры довольно быстро разрушаются под воздействием сдвига между движущимися деталями. Фактически, за короткий период времени сдвиг, вызванный работой двигателя, может заставить масло 5w30 работать как масло 5w20 (или ниже), что приводит к снижению защиты двигателя.

С другой стороны, блендер/рафинер может добавлять высокомолекулярные полимеры наряду с низкомолекулярными полимерами в сочетании с более вязкой базовой массой для обеспечения баланса между разжижением при высоких температурах и увеличением срока службы масла. Другими словами, рецепт зависит от конкретного рафинера/блендера.

В целом

Современные моторные масла представляют собой смесь базового масла с присадками, снижающими разжижение при высоких температурах, и другими присадками, снижающими загустевание при более низких температурах. Кроме присадок, влияющих на вязкость, нефтепереработчики и производители добавляют антикоррозионные, модифицирующие трение, моющие и антипенные присадки.

Выбор вязкости и качества базовой массы, а также типов и количества добавок полностью зависит от нефтепереработчика или независимого блендера. Рецепт зависит от цены сырья и качества, которого хочет добиться нефтепереработчик или блендер.