В'язкість масла - це основний показник якості, який є загальним для всіх масел. Для двигуна або будь-якого іншого механізму необхідно застосовувати масла з оптимальною в'язкістю, величина якої залежить від конструкції, режиму роботи і ступеня зносу, температури навколишнього середовища та інших факторів.
Ступеня в'язкості SAE
В даний час єдиною визнаною в зарубіжних країнах системою класифікації автомобільних моторних масел є специфікація SAE J300. SAE - це абревіатура Товариства Автомобільних Інженерів США (Society of Automotive Engineers). В'язкість масла за цією системою виражається в умовних одиницях - ступенях в'язкості SAE (SAE Viscosity Grade - SAE VG). Чисельні значення ступенів є умовними символами комплексу вязкостних властивостей (див. Табл. 1).
У таблиці вказані два ряди ступенів в'язкості: зимовий - з буквою "W" (Winter), і річний - без літерного позначення. Сезонні (моновязкіе) масла (single viscosity grade oils) зимового ряду розрізняються за максимальними вязкостям низькотемпературної проворачиваємості і прокачуваності, і за мінімальною кінематичної в'язкості при 100 ° С. Ступінь в'язкості сезонних масел річного ряду визначається за мінімальною і максимальною кинематическим вязкостям при 100 ° С, і за мінімальною в'язкості при 150 ° С і швидкості зсуву 106 с-1.
Всесезонні масла (multiviscosity-grade oils) повинні задовольняти одночасно двом наступним критеріям:
1. Максимальним вязкостям низькотемпературної проворачиваємості і прокачуваності зі ступенем зимового ряду (W).
2. Максимальної і мінімальної кінематичними вязкостямі при 100 ° С і мінімальної в'язкості при 150 ° С і швидкості зсуву 106 с-1 відповідно до ступеня літнього ряду (без букви W).
Класифікація SAE J300 використовується виробниками двигунів для визначення ступенів в'язкості моторних масел придатних для використання в їхніх двигунах і виробниками масел при розробці нових складів, виробництві та маркування готових продуктів.
Стандартні ряди в'язкості:
зимовий ряд: SAE 0w, 5w, 10w, 15w, 20w, 25w;
річний ряд: SAE 20, 30, 40, 50, 60.
Всесезонні (multigrade) масла, складаються з комбінації зимового і літнього ряду розділені знаком "тире" (наприклад, SAE 10w40), інші види запису є невірними, і використання абревіатури SAE для них неприпустимо (наприклад SAE 10w / 40 або SAE 10w40) .
Серія всесезонних масел: SAE 0w-20, 0w-30, 0w-40, 0w-50, 0w-60, 5w-20, 5w-30, 5w-40, 5w-50, 5w-60, 10w-30, 10w -40, 10w-50, 10w-60, 15w-30, 15w-40, 15w-50, 15w-60, 20w-30, 20w-40, 20w-50, 20w-60.
зміни
Зміни торкнулися тільки лімітів в'язкості провертання, яка визначається на "імітаторі холодного пуску" CCS (Cold Cranking Simulator). Згідно з новою специфікації, температура при якій проводять вимірювання в'язкості провертання, знижена на 5 ° С, а граничні значення в'язкості провертання значно збільшені для всіх w-ступенів.
Нові граничні значення в'язкості вибиралися не випадково. Для виробництва моторних масел 10w / 15w / 20w / 25w-XX найчастіше застосовують базові масла з індексами в'язкості менше 120 одиниць. Низькотемпературна в'язкість таких масел підвищується приблизно в 2 рази, при кожному зниженні температури вимірювання на 5 ° С. Граничні значення нової специфікації для цих ступенів збільшені в два рази, в порівнянні з колишніми. При виробництві всесезонних моторних масел 0w / 5w-XX, все більше застосування знаходять синтетичні і високоочищені гидрокрекинговиє базові масла з високими індексами в'язкості. Низькотемпературні в'язкості таких масел кожен раз підвищуються менш ніж в два рази при зниженні температури вимірювання з кроком 5 ° С. Граничні значення для цих ступенів збільшені менш ніж в два рази.
Нові ліміти в'язкості підібрані таким чином, щоб зменшити ймовірність того, що моторні масла раніше класифіковані за специфікацією SAE J300 APR97 отримають більш низькотемпературну ступінь в'язкості W виключно завдяки змінам в специфікації SAE J300.
причини зміни
Відомо, що обмеження по максимальній в'язкості провертання включені в набір вимог стандарту SAE J300 не випадково. Виробники двигунів отримували інформацію про температурах, при яких динамічна в'язкість масел різних ступенів досягає значень 3250-6000 мПа * с (діапазон вязкостей обумовлений різницею температур випробувань від - 30 ° С до - 5 ° С, що істотно впливає на потужність акумуляторної батареї і займистість палива ). За результатами попередніх випробувань на повнорозмірних двигунах було встановлено, що при таких в'язкість і соответвуют температурах ще можливо проворачивание колінчастого вала стартером зі швидкістю, яка забезпечує успішний запуск двигуна.
На відміну від двигунів, які використовувалися при визначенні колишніх лімітів, сучасні двигуни демонструють успішний запуск при більш високих значеннях в'язкості і при більш низьких температурах. Після проведення необхідних випробувань, відділ палив і мастильних матеріалів SAE затвердив нові значення лімітів температур і вязкостей:
Таблиця 1. Ступені в'язкості моторних масел SAE J300 DEC99 (1)
Примітки: 1 cP = 1 мПа с; 1 cSt = 1 мм 2 / с
(1) Усі значення є граничними за визначенням ASTM D3244 (Section 3)
(2) ASTM D5293
(3) ASTM D4684. Присутність будь-якої напруги зсуву виявляється даним методом означає непроходження тесту незалежно від значення в'язкості.
(4) ASTM D445
(5) ASTM D4683, CEC-L-36-A-90 (ASTM D4741іASTM D5481).
Мал. 1. Залежність в'язкості моторного масла від температури (сезонних SAE 10w і SAE 40 і всесезонного SAE 10w-40)
За специфікації SAE J300, в'язкості масел визначаються за умов, близьких до реальних. Літнє масло має достатню в'язкість, щоб забезпечити надійне змащування при високій температурі, але воно занадто в'язке при низькій температурі, в результаті чого при низькій температурі повітря утрудняється пуск двигуна. Малов'язке зимовий масло полегшує холодний пуск двигуна при низькій температурі, але не забезпечує його змазування влітку, коли температура масла в двигуні перевищує 100 ° С. Саме з цих причин найбільшого поширення сьогодні отримали всесезонні сорти масел, мають меншу залежність в'язкості від температури.
Таким чином ступінь в'язкості SAE допомагає визначити діапазон температури навколишнього середовища, при якому масло забезпечить нормальну роботу двигуна - його провертання стартером, прокачування масла насосом по мастильної системі при холодному пуску і надійне змащування влітку при тривалій роботі в режимі максимальних швидкостей і навантажень.
Показники низькотемпературної в'язкості
максимальна допустима в'язкість масла при запуску холодного двигуна, що забезпечує проворачиваємості колінчастого вала зі швидкістю, необхідної для успішного запуску двигуна, а також температура, відповідна такий в'язкості;
прокачиваемость масла визначається як найменша температура, при якій в'язкість не перевищує певної величини (60 000 мПа с), що забезпечує прокачування по масляній системі.
Максимальна низькотемпературна в'язкість проворачиваємості визначається на імітаторі запуску холодного двигуна (CCS) за стандартом ASTM D 5293 і вимірюється в сантіпуаз (мПа с). Встановлено, що від цієї в'язкості залежить число оборотів коленвала двигуна під час "зимового пуску".
В'язкість прокачуваності визначається за стандартом ASTM D 4684 і характеризує можливість припливу масла в масляний насос і створення потрібного тиску в системі змащення при запуску двигуна. Визначення в'язкості прокачуваності було введено після того, як було відмічено, що деякі масла (SAE 10w-30 і SAE 10w-40) після перебування певного часу (понад 24 годин) при низькій температурі, втрачають плинність і стають желеподібними.
Виробники масел часто приводять порівняння легкості запуску двигуна і швидкості досягнення маслом віддалених точок змащування при різних ступенях в'язкості застосовуваних масел. Подібні аргументи дозволяють переконати споживачів в необхідності застосування нових високоякісних продуктів з поліпшеними низькотемпературними властивостями (рис. 2).
Малюнок 2 наочно показує, що масла зимового ряду з більш низьким ступенем низькотемпературної в'язкості (SAE 5w. SAE 10w.) Вигідно застосовувати для полегшення запуску двигуна і істотного зниження його зносу, оскільки в перші секунди роботи двигуна, при недостатньому надходженні масла до віддалених точок змащування , проявляється найбільш сильне зношування.
Мал. 2. Порівняння в'язкості при 0 ° С масел з різним ступенем в'язкості по SAE
В якості додаткової інформації про низькотемпературної в'язкості при створенні нового масла або при зміні рецептури, SAE рекомендує визначати деякі нові характеристики: температуру прокачуваності згідно з ASTM D 3829, в'язкість при низькій температурі і низькій швидкості зсуву (тенденцію до желеобразования або індекс желатинизации) на скануючому вискозиметре Брукфільда згідно з ASTM D 5133, 5133, а також фільтрованість моторних масел при низькій температурі, яка показує тенденцію утворення твердих парафінів або інших неоднор дностей, здатних до закупорювання масляного фільтра.
Показники високотемпературної в'язкості
Показники високотемпературної в'язкості моторних масел оцінюються на основі наступних значень:
• мінімальної та максимальної в'язкості масла (сСт) при температурі 100 ° С (за стандартом ASTM D 445);
• мінімальної в'язкості при температурі 150 ° С і високій швидкості зсуву (106 з-1) (метод ASTM D 4683 або, в Європі, метод СЕС L-36-А-90).
При експлуатації двигуна особливо важлива високотемпературна в'язкість при великій швидкості зсуву, яка показує поведінку масла в вузьких вузлах тертя двигуна - в підшипниках колінчастого і розподільного валів, кривошипно-шатунного механізму і т.д.
Необхідна ступінь в'язкості
Необхідна в'язкість масла визначається на підставі наступних факторів:
• особливості конструкції;
• ступінь зносу двигуна;
• Температура навколишнього середовища;
• режим роботи двигуна.
При виборі ступеня в'язкості моторного масла, слід керуватися рекомендаціями виробника конкретного двигуна. Ці рекомендації ґрунтуються на конструктивних особливостях двигуна - ступінь навантажень на масло, гідродинамічний опір масляної системи, продуктивність масляного насоса, максимальні температури масла в різних зонах двигуна в залежності від температури навколишнього середовища (особливості систем охолодження).
За старою системою API, основні властивості і призначення масла позначалися прийнятими термінами і буквами. На сьогодні ця система скасована, але в назвах сучасних марок масел іноді зустрічаються застосовувалися рані терміни. Основні позначення:
• Regular oil - мінеральне масло без присадок, отримане шляхом вакуумної дистиляції без подальшої обробки (straight mineral oil);
• Premium oil - мінеральне масло з протиокислювальними присадками;
• Heavy Duty oil, HD oil - масло з протиокислювальними, миючими та диспергуючими присадками для потужних двигунів;
• ML - масло для бензинових двигунів, що працюють в легких умовах (L - light);
• ММ - масло для бензинових двигунів, що працюють в помірно важких умовах (М - moderate);
• MS - масло для бензинових двигунів, що працюють у важких умовах (S - severe);
• DG - масло для дизельних двигунів, що працюють в легких умовах (G - general);
• DM - масло для дизельних двигунів, що працюють в помірно важких умовах (М - moderate);
• DS - масло для дизельних двигунів, що працюють у важких умовах (S - severe).
Детальніше з поточною ситуацією і прогнозом розвитку ринку мастильних масел можна познайомитися в звіті в звіті Академії кон'юнктури Промислових Ринків «Ринок масел в Росії».