Главная задача моторного масла – не допустить сухого трения движущихся деталей двигателя (заменить его гидродинамическим, т.е. жидкостным), а также обеспечить минимальную силу трения при максимальной герметичности рабочих цилиндров. Молекулы жидких тел при перемещении также вызывают трение, это сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой и называется вязкостью.
Вязкость масла является показателем смазывающих свойств, так как именно от вязкости масла зависит качество смазывания, распределение масла на парах трения и, тем самым, износ деталей. Кроме того, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя.
На определение вязкости моторного масла влияют два основных фактора — температура и скорость сдвига. Чистое базовое масло является т.н. ньютоновской жидкостью, т.е. его параметры линейно зависимы — при определенной температуре и давлении оно будет иметь определенную вязкость. Так, 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.
Создать смазочный материал, который способен сохранять весь спектр свойств неизменно в огромном диапазоне температур практически невозможно. При низких температурах масло становится более густым, при высоких, наоборот, более текучим.
Важно понимать, что температура прогретого двигателя нестабильна. Датчик температуры на приборной панели автомобиля показывает температуру антифриза, которая, остается практически неизменной при правильной работе системы охлаждения двигателя. Однако температура моторного масла может достигать 140 – 150 градусов.
Исходя из этого, для каждого отдельно взятого двигателя автопроизводитель определяет компромиссные оптимальные параметры моторного масла и самый главный из них — это вязкость.
При низкой температуре и высоком давлении вязкость масла, например, в зацеплении шестерен, может увеличиться настолько, что масло станет твердой пластичной массой. В трансмиссии это явление оказывает определенное положительное действие, так как масло в пластичном состоянии не вытекает из зазора сопряженных поверхностей и уменьшает влияние ударных нагрузок на детали.
Однако, в современные всесезонные масла, зачастую, добавляют полимерные загустители — модификаторы вязкости. При повышении температуры они расширяются, увеличивая тем самым вязкость, а при снижении — сжимаются, снижая ее.
Быстрое скольжение поверхностей трения вызывает высокую скорость течения масла в узких зазорах и проявляется высокая деформация сдвига, которая вызывает деструкцию молекул полимеров (загустителей), которые входят в состав масла. При высокой скорости сдвига они могут сжиматься, что приводит к снижению вязкости, хотя их основная задача — увеличивать вязкость при высоких температурах. При сравнительно небольшой деформации сдвига, полимерные молекулы только раскручиваются, а после снятия напряжения, со временем, могут восстановить свою конфигурацию и вязкость. Такое снижение вязкости называется временным. Именно из-за этого явления сообщество автомобильных инженеров и ввело параметр HTHS, о котором мы поговорим далее.
Кинематическая вязкость
Кинематическая вязкость — это отношение динамической вязкости к плотности. Этот параметр показывает его текучесть при нормальной и высокой температуре и низкой скорости сдвига. Показатель выражается в сантиСтоксах (1 сСт=1 мм2/с).
Для замера показателя используется стеклянный вискозиметр.
Индекс вязкости
Индекс вязкости (ИВ, VI — Viscosity Index) — это величина, которая показывает, как сильно меняется вязкость масла в зависимости от температуры. Чем он выше, тем лучше. Однако нетипично высокий ИВ может свидетельствовать о большом вовлечении полимерного загустителя и невысоком качестве базы.
Невысокий индекс вязкости у минеральных базовых масел (у парафиновых — около 100, нафтеновых — 30-60, а у ароматических он может быть меньше нуля), более высоким ИВ обладают масла III группы, произведенные по технологии гидрокрекинга (от 120). Лидерами являются ПАО, у которых этот показатель может превышать ИВ 130, а у полиалкиленгликолей он может доходить до 150.
Динамическая вязкость
HTHS (High Temperature High Shear) — вязкость при высокой температуре и скорости сдвига
Как уже описывалось выше, в настоящее время для производства смазочных масел широко используются полимерные загустители — модификаторы вязкости, из-за которых масло перестает себя вести как ньютоновская жидкость. Кинематическая вязкость стала практически бесполезным параметром для определения вязкости всесезонных моторных масел в критически важных зонах двигателя. Именно поэтому в стандарт SAE J300 был введен параметр HTHS — High Temperature High Shear. Он измеряется в условиях, близких к рабочим — при температуре 150°C и высокой скорости сдвига 106 С-1. Определение происходит на коническом имитаторе подшипника по методу ASTM D 4683.
Интересно, что в отчете ASTM 1989 говорится, что 12 лет усилий, приложенных к разработке нового стандарта вязкости при высокой температуре и высокой скорости сдвига, не увенчались успехом. Если взглянуть на таблицу SAE J300, то можно увидеть, что для всесезонных и сезонных масел параметр HTHS разный: для SAE 40 он больше 3,7 мПа*с, а для, SAE 5W-40 он составляет не более 3,5 мПа*с. Однако, от текущих стандартов не отказались, так как рынок смазочных материалов ни одной поломки, связанной с параметром HTHS.
CCS (Cold Cranking Simulator)
Показатель динамической вязкости моторного масла, определяемый на имитаторе запуска холодного двигателя (Cold Cranking Simulator, CCS). Выражается в мПа*с. Чем он меньше, тем легче провернуть масло в цилиндро-поршневой группе.
MRV (Mini Rotation Viscometer)
Низкотемпературная динамическая вязкость, определяемая на миниротационном вискозиметре (Mini Rotary Viscometer). Этот показатель свидетельствует о том, сможет ли маслонасос прокачать загустевшее масло. Измеряется в мПас*с.
Расшифровка маркировки моторных масел: что значат цифры?
Вышеперечисленные параметры (кинематическая вязкость, CCS, MRV и HTHS) используются для классификации моторных масел по стандарту SAE J300. Согласно нему, автомобильные масла делятся на:
- зимние (обозначаются буквой W, например, SAE 0W, 5W, 10W);
- летние (например, SAE 30, 40, 50, 60);
- всесезонные (например, SAE 0W-16, 0W-20, 0W-30, 0W-40, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 10W-30, 10W-40, 10W-60, 15W-40, 15W-50, 20W-50, 20W-60).
Расшифровать надпись можно по этой таблице.
| Класс вязкости SAE | Проворачиваемость (CCS), мПас-с | Прокачиваемость (MRV), мПа-с | Кинеметическая вязкость при 100°C, не ниже | Кинеметическая вязкость при 100°C, не выше | Вязкость HTHS, мПа-с |
|---|---|---|---|---|---|
| 0W | 6200 при -35°C | 60000 при -40°C | 3.8 | – | – |
| 5W | 6600 при -30°C | 60000 при -35°C | 3.8 | – | – |
| 10W | 7000 при -25°C | 60000 при -30°C | 4.1 | – | – |
| 15W | 7000 при -20°C | 60000 при -25°C | 5.6 | — | – |
| 20W | 9500 при -15°C | 60000 при -20°C | 5.6 | – | – |
| 25W | 13000 при -10°C | 60000 при -15°C | 9.3 | – | – |
| 8 | – | – | 4.0 | 6.1 | 1,7 |
| 12 | – | – | 5.0 | 7.1 | 2,0 |
| 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 | 2.9* |
| 40 | – | – | 12.5 | 16.3 | 3.7** |
| 50 | – | – | 16.3 | 21.9 | 3.7 |
| 60 | – | – | 21.9 | 26.1 | 3.7 |
Какую выбрать вязкость масла?
Заливать нужно масло именно той вязкости, которую рекомендует производитель автомобиля. Более густое, чем необходимо (как и менее вязкое) приведет к ускоренному износу деталей двигателя.
Нужно понимать, что автопроизводители рассчитывают зазоры в двигателе именно под рабочие температуры (для большинства моторов 100-150 градусов), специально заставляя двигатель работать при повышенных нагрузках. Именно поэтому более вязкое холодное масло помогает двигателю быстрее прогреться.
