Вязкость масла: что означают цифры, таблица вязкости по температуре, кинематическая вязкость

Физическая величина вязкость нефти

Это свойство жидкостей по-другому можно назвать внутренним трением. Другими словами, это способность текучих веществ  сопротивляться перемещению их частей одной относительно другой.

Это свойство, как правило, зависит от химического состава смеси,  молекулярных масс составляющих её компонентов и  от условий, при которых проводятся измерения.

По Ньютоновскому закону внутреннего трения сила внутреннего трения жидких веществ (обозначаемая как f ) находится в зависимости от следующих параметров:

• площадь соприкосновения составляющих жидкость слоев (обозначение – S);
• разность их скоростей (Δv);
• расстояние между этими слоями (Δh);
• молекулярные свойства жидкого вещества.

Формула этой зависимости такова: f = η * S * (Δv / Δh)

η – это коэффициент пропорциональности, который зависит от сил молекулярного сцепления и называется он коэффициентом внутреннего трения (по-другому –  динамической вязкостью нефти).

Классификация вязкости моторных масел

Вязкость (другое название — внутреннее трение) в соответствии с официальным определением — это свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. При этом выполняется работа, которая рассеивается в виде тепла в окружающую среду.

Вязкость — величина непостоянная, и она меняется в зависимости от температуры масла, имеющихся в его составе примесей, значения ресурса (пробега мотора на данном объеме). Однако эта характеристика определяет положение смазывающей жидкости в определенный момент времени. А при выборе той или иной смазывающей жидкости для двигателя необходимо руководствоваться двумя ключевыми понятиями — динамической и кинетической вязкостью. Их еще называют низкотемпературной и высокотемпературной вязкостью соответственно.

Исторически так сложилось, что автолюбители по всему миру определяют вязкость по так называемому стандарту SAE J300. SAE — это аббревиатура названия организации Сообщества автомобильных инженеров, которое занимается стандартизацией и унификацией различных систем и понятий, используемых в автомобилестроении. А стандарт J300 характеризует динамическую и кинематическую составляющие вязкости.

В соответствии с этим стандартом существует 17 классов масел, 8 из них зимних и 9 летних. Большинство масел, используемых в странах СНГ имеют обозначение XXW-YY. Где XX — обозначение динамической (низкотемпературной) вязкости, а YY — показатель кинематической (высокотемпературной) вязкости. Буква W означает английское слово Winter — зима. В настоящее время большинство масел являются всесезонными, что и находит отражение в таком обозначении. Восемь же зимних — это 0W, 2,5W, 5W, 7,5W, 10W, 15W, 20W, 25W, девять летних — 2, 5, 7,10, 20, 30, 40, 50, 60).

В соответствии со стандартом SAE J300 моторное масло должно соответствовать следующим требованиям:

• Прокачиваемость. Особенно это актуально для работы двигателяпри низких температурах. Насос должен без проблем качать масло по системе, а каналы не забиваться загустевшей смазывающей жидкостью.
• Работа при высоких температурах. Тут обратная ситуация, когда смазывающая жидкость не должно испаряться, угорать, и надежно защищать стенки деталей за счет образования на них надежной защитной масляной пленки.
• Защита двигателя от износа и перегрева. Это касается работы во всех температурных диапазонах. Масло должно обеспечивать защиту от перегрева двигателя и механического износа поверхностей деталей во время всего эксплуатационного периода.
• Удаление продуктов сгорания топлива из блока цилиндров.
• Обеспечение минимальной силы трения между отдельными парами в двигателе.
• Уплотнение зазоров между деталями цилиндро-поршневой группы.
• Отведение тепла от трущихся поверхностей деталей двигателя.

На перечисленные свойства моторного масла динамическая и кинематическая вязкости влияют каждая по своему.

Динамическая вязкость

В соответствии с официальным определением, динамическая вязкость (она же абсолютная) характеризует силу сопротивления маслянистой жидкости, которая возникает во время движения двух слоев масла, удаленных на расстояние один сантиметр, и движущихся со скоростью 1 см/с. Единица ее измерения — Па•с (мПа•с). Имеет обозначение в английской аббревиатуре CCS. Тестирование отдельных образцов выполняется на специальном оборудовании — вискозиметре.

В соответствии со стандартом SAE J300 динамическая вязкость всесезонных (и зимних) моторных масел определяется так (по сути, температура проворачиваемости):

• 0W — используется при температуре до -35°С;
• 5W — используется при температуре до -30°С;
• 10W — используется при температуре до -25°С;
• 15W — используется при температуре до -20°С;
• 20W — используется при температуре до -15°С.

Также стоит отличать температуру застывания и температуру прокачиваемости. В обозначении вязкости речь идет именно о прокачиваемости, то есть, состоянии. когда масло может беспрепятственно распространиться по масляной системе в допустимых температурных рамках. А температура его полного застывания обычно на несколько градусов ниже (на 5…10 градусов).

Как вы можете видеть, для большинства регионов Российской Федерации масла со значением 10W и выше НЕ могут быть рекомендованы к использованию как всесезонное. Это находит прямое отражение в допусках различных автопроизводителей для машин, реализуемых на российском рынке. Оптимальными для стран СНГ будут масла с низкотемпературной характеристикой 0W или 5W.

Кинематическая вязкость

Другое ее название — высокотемпературная, с ней разбираться гораздо интереснее. Здесь, к сожалению, нет такой же четкой привязки, как у динамической, и значения имеют другой характер. Фактически эта величина показывает время, за которое некоторое количество жидкости выливается через отверстие определенного диаметра. Измеряется высокотемпературная вязкость в мм²/с (другая альтернативная единица измерения сантистокс — сСт, существует следующая зависимость — 1 сСт = 1 мм²/c = 0,000001 м²/c).

Наиболее популярные коэффициенты высокотемпературной вязкости по стандарту SAE — 20, 30, 40, 50 и 60 (перечисленные выше меньшие значения используются редко, например, их можно встретить у некоторых японских машинах, использующихся на внутреннем рынке этой страны). Если сказать в двух словах, то чем меньше этот коэффициент, тем масло жиже, и наоборот, чем выше — тем оно гуще. Лабораторные тесты проводят при трех температурах — +40°С, +100°С и +150°С. Прибор, при помощи которого проводят опыты — ротационный вискозиметр.

Три эти температуры выбраны не случайно. Они позволяют увидеть динамику изменения вязкости при различных условиях — нормальных (+40°С и +100°С) и критических (+150°С). Испытания проводятся и при других температурах (а по их результатам строятся соответствующие графики), однако эти температурные значения приняты за основные точки.

И динамическая и кинематическая вязкости напрямую зависят от плотности. Зависимость между ними следующая: динамическая вязкость является произведением кинематической вязкости на плотность масла при температуре +150 градусов по Цельсию. Это вполне соответствует законам термодинамики, ведь известно, что при повышении температуры плотность вещества уменьшается. А это значит, что при постоянной динамической вязкости кинематическая при этом будет снижаться (о чем соответствуют и ее низкие коэффициенты). И наоборот при снижении температуры кинематические коэффициенты увеличиваются.

Прежде чем перейти к описанию соответствий описанных коэффициентов, остановимся на таком понятии как High temperature/High shear viscosity (сокращенно — HT/HS). Это отношение температуры работы двигателя к высокотемпературной вязкости. Оно характеризует текучесть масла при испытуемой температуре, равной +150°С. Это значение было введено организацией API в конце 1980-х годов для лучшей характеристики выпускаемых масел.

Таблица высокотемпературной вязкости

Обратите внимание, что в новых версиях стандарта J300 масло с вязкостью SAE 20 имеет нижнюю границу, равную 6,9 сСт. Те же смазывающие жидкости, у которых это значение ниже (SAE 8, 12, 16), выделены в отдельную группу под названием энергосберегающие масла. По классификации стандарта ACEA они имеют обозначение A1/B1 (устаревший после 2016 года) и A5/B5.

Что такое вязкость масла?

Это достаточно сложное понятие. С теоретической точки зрения – это сопротивление течению жидкости (антипод текучести). С точки зрения практической физики – сопротивление формируется силой трения между частицами, из которых состоит масло.

Демонстрация зависимости вязкости масла от температуры

В первую очередь, от вязкости зависят смазывающие свойства моторного масла. Благодаря правильному балансу, смазка равномерно распределяется и удерживается на поверхности деталей. Снижается трение, механизмы меньше изнашиваются, на их движение тратится меньше энергии. Побочный эффект – экономия топлива.

Поскольку вязкость масла зависит от температуры и давления, необходимо придать химическому составу такие характеристики, которые позволят моторному маслу сохранять параметры при любых условиях эксплуатации.

Нельзя допускать, чтобы в пределах рабочей температуры двигателя, свойства технических жидкостей менялись. Для уточнения этого параметра, рядом с числовым значением вязкости так или иначе указывается условие, при котором производится измерение. Это информация для лаборантов. а не покупателей смазки.

При использовании моторного масла с нарушениями заводских рекомендаций, вязкость либо не будет соответствовать температурным условиям, либо ее значение будет непредсказуемо меняться.

Это может привести к следующим неприятностям:

1. Смазка загустеет и затруднится её перемещение по масляным каналам;
2. Толщина рабочей пленки не будет соответствовать требованиям мотористов-изготовителей;
3. Масло не удержится в рабочей зоне, металл останется «голым».

В результате возникнет масляное голодание, и эффект сухого трения. Детали будут перегреваться и ускоренно изнашиваться, что неминуемо приведет к поломке двигателя.

Последствия масляного голодания двигателя

Как не ошибиться в подборе масла

При выборе расходных материалов лучше всего, конечно, придерживаться рекомендаций производителя. При производстве авто в лабораторных условиях происходит расчёт индекса вязкости, оптимально соответствующий параметрам работы конкретного силового агрегата.

Согласитесь, вряд ли вязкость турбинного масла подойдёт вместо вязкости обусловленной для легкового авто. Если пробег авто превысил половину от планового ресурса, то следует заливать с повышенным индексом вязкости.

В любом случае для правильного распределения смазки между соприкасающимися деталями, антикоррозийной защиты, а также охлаждения производить подбор придётся, ориентируясь на:

• Погодные температуры конкретного региона;
• Параметры работы двигателя;
• Подходящий класс вязкости;
• Степень износа внутренних узлов и деталей;
• Особенности строения силовых агрегатов.

В заключении хочется сказать, что смазочные жидкости для авто, тоже самое, что кровь в жилах человека: как от густоты крови в теле людей, так и от вязкости масла в авто зависит здоровье и работа всего «организма».

Другая классификация моторных масел

Помимо классификации по SAE существует классификация моторных масел по качеству. Данные характеристики определяет индекс API или ACEA. Индекс по классификации API имеет вид для бензиновых моторов SA, SB, …, SF (устаревшие классы моторных масел), и далее SG, SH, SJ, SL, SM – действующие классы. Индекс для дизелей вместо буквы S имеет в своем составе литеру C. На данный момент максимальным действующим классом является CI-4 plus. В магазинах канистры с индексом ниже SG и CF найти практически невозможно.

Индексы в классификации ACEA записываются по-другому. Смазочные материалы для бензиновых моторов обозначаются A1, A2, и т.д. для дизелей – B1, B2, … Высшие индексы – A5 и B5.

Расшифровка качественных характеристик масел по спецификациям API и ACEA в рамках данной статьи приводиться не будет. Эта тема подробно освещается на специализированных ресурсах в интернете, где приводятся как сравнительные данные, так и многочисленные таблицы с измерениями.

Методики измерения кинетической вязкости масла

1. Низкотемпературная вязкость – способность прокачиваться через систему маслопроводов после запуска двигателя. Определяется по универсальным (для всех участников SAE классификации) методике ASTM D 4684 и ASTM D 5293. В стендовых условиях имитируется холодный пуск мотора и прогон технической жидкости по тарированным трубкам. Можно использовать ротационный вискозиметр, но в нем не учитываются силы поверхностного натяжения. При этом определяется минимально возможная температура, при которой сохраняются заявленные показатели вязкости. Кроме того, проверяется способность жидкости уверенно проходить через масляный фильтр. Силы давления насоса вполне достаточно, чтобы порвать загустевшим маслом мембрану. Методика проверки принята стандартом GM 9099 P.
2. Высокотемпературная вязкость оценивается на образцах из той-же партии. Кинематические характеристики проверяются с помощью капиллярного вискозиметра при типичной температуре прогретого двигателя: 100°С. Методика имеет название ASTM D 445. Затем жидкость прогревается до температуры 150°С. Это пиковые значения, когда масло касается раскаленной нижней части поршня. В этом диапазоне скорость сдвига (один из показателей кинематической вязкости) не должен выходить за установленный стандарт. Верхний предел оценивается по методике ASTM D 4683 или ASTM D 4741.

Существует еще оценка стабильности к сдвигу при одновременном воздействии температуры и механики. Проверка производится на специальной тарированной форсунке, в течение 10 симулированных рабочих часа.

Кроме того, для полного соответствия допуску, любой автопроизводитель может предложить собственный тест, который моделирует температурные и нагрузочные ситуации, характерные для конкретного двигателя.

И если производитель смазки хочет получить дополнительный сертификат, он вынужден проходить все испытания. Это влечет за собой определенные затраты, зато открывает дорогу к новым рынкам и потребителям.

Наиболее успешные тесты учитываются при выборе ОЕМ поставщика расходных материалов.

Можно ли смешивать масла разной вязкости

Смешивать разные вязкости нежелательно, как нежелательно доливать масло другой марки или типа – синтетику в минералку и так далее. Но если другого выбора нет, то можно долить, но учитывать, что полученная смесь будет чем-то средним между той вязкостью, которая уже была в картере, и той, которую вы туда добавите. Рекомендую после этого как можно быстрей заменить все масло на новое и не испытывать свой мотор.

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.

Видео по теме:

Что происходит в момент запуска двигателя?

Если ваш «железный друг» простоял всю ночь на морозе, то наутро показатель вязкости залитого в него масла будет в несколько раз выше расчетной рабочей величины. Соответственно, толщина защитной пленки будет превышать зазоры между элементами. В момент запуска холодного мотора происходит падение его мощности и повышение температуры внутри него. Таким образом, возникает прогрев мотора.

Важно! Во время прогрева нельзя давать ему повышенную нагрузку. Слишком густой смазочный состав затруднит движение основных механизмов и приведет к сокращению срока эксплуатации автомобиля.

Вязкость моторного масла в рабочих температурах

После того, как двигатель прогрелся, активируется система охлаждения. Один цикл работы двигателя выглядит следующим образом:

1. Нажим на педаль газа повышает обороты мотора и увеличивает нагрузку на него, в результате чего увеличивается сила трения деталей (т.к. слишком вяжущая жидкость еще не успела попасть в междетальные зазоры),
2. температура масла повышается,
3. степень его вязкости снижается (увеличивается текучесть),
4. толщина масляного слоя уменьшается (просачивается в междетальные зазоры),
5. сила трения снижается,
6. температура масляной пленки снижается (частично с помощью охлаждающей системы).

По такому принципу работает любая двигательная система.

Вязкость моторных масел при температуре — 20 градусов

Зависимость вязкости масла от рабочей температуры очевидна. Так же, как очевидно то, что высокий уровень защиты мотора не должен снижаться в течение всего периода эксплуатации. Малейшее отклонение от нормы может привести к исчезновению моторной пленки, что в свою очередь негативно отразится на «беззащитной» детали.

Каждый двигатель внутреннего сгорания, хоть и имеет схожую конструкцию, но обладает уникальным набором потребительских свойств: мощностью, экономичностью, экологичностью и величиной крутящего момента. Объясняются эти различия разницей моторных зазоров и рабочих температур.

Для того, чтобы максимально точно подобрать масло для транспортного средства, были разработаны международные классификации моторных жидкостей.

Предусмотренная стандартом SAE классификация информирует автовладельцев об усредненном диапазоне рабочих температур. Более четкие представления о возможности использования смазочной жидкости в определенных автомобилях дают классификации API, ACEA и т.д.

График вязкости масла от температуры

Основополагающим фактором зависимости густоты лубриканта от температуры окружающей среды является индекс вязкости. Параметр указывает, как работает субстанция на холодную или горячую.

Показатели кинематической вязкости при 100 градусах Цельсия у каждого лубриканта индивидуальны. Также и при порогах +20, +40 °С. Наиболее точно можно увидеть изменения на графике.

Как видно из графика каждая основа по своему реагирует на морозы и жару. При этом на синтетике холодный пуск пройдет легче.

Присадка для повышения вязкости масла

В 2020 году на рынке присутствуют специальные стабилизаторы и сгустители автомасел. Продукты способны повысить густоту смазки без негативных последствий, либо нормализовать ее поведение при перепадах температур. Обычно к формулам прибегают автолюбители при чрезмерном износе ДВС, когда повышается угар лубриканта и идет усиленное выделение дыма. В этом случае чтобы не менять полностью всю порцию смазки, имеет смысл купить средство, повышающее ее естественные параметры.

Прозондировав отзывы покупателей можно выделить три популярные жидкости:

• XADO Oil Treatment Complex;
• HIGEAR Motor Medik;
• Carbonfox VI 80.

Однако, согласно рекомендациям специалистов не стоит излишне увлекаться подобной продукцией.

Стабилизаторы густоты масла

Из-за постоянных температурных перегрузок вязкость масла постепенно начинает уменьшается. И помочь восстановить ее могут специальные стабилизаторы. Их допустимо использовать в двигателях любого типа, износ которых достиг среднего или высокого уровня.

Стабилизаторы позволяют:

Стабилизаторы

• увеличивать вязкость защитной пленки,
• снижать количество нагара и отложений на цилиндрах мотора,
• сокращать выброс вредных веществ в атмосферу,
• восстанавливать защитный масляный слой,
• достигать «бесшумности» в работе двигателя,
• предотвращать процессы окисления внутри корпуса мотора.

Использование стабилизаторов позволяет не только увеличить срок между «масляными» заменами, но и восстановить утраченные полезные свойства защитного слоя.

Разновидности специальных смазок, применяемых на производствах

Смазка веретенного машинного вида обладает низковязкостными свойствами. Использование такой защиты рационально на моторах, имеющих слабую нагрузку и работающих на больших скоростях. Чаще всего, применяется такая смазка в текстильном производстве.

Турбинная смазка. Ее главная особенность заключается защите всех работающих механизмов от окисления и преждевременного износа. Оптимальная вязкость турбинного масла позволяет использовать его в турбокомпрессорных приводах, газовых, паровых и гидравлических турбинах.

Гидравлический насос

ВМГЗ или всесезонное гидравлическое загущенное масло. Такая жидкость идеально подходит для техники, используемой в районах Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Предназначено такое масло двигателям внутреннего сгорания, оборудованным гидравлическими приводами. ВМГЗ не подразделяется на летние и зимние масла, потому что его применение подразумевает только низкотемпературный климат.

В качестве сырья для гидромасла выступают маловязкие компоненты, содержащие минеральную основу. Для того, чтобы масло достигло нужной консистенции, в него добавляют специальные присадки.

Вязкость гидравлического масла представлена в таблице ниже.

Таблица вязкости гидравлических масел

ОйлРайт — еще одна смазка, применяемая для консервации и обработки механизмов. Она имеет водостойкую графитовую основу и сохраняет свои свойства в диапазоне температур от минус 20 градусов Цельсия до плюс 70 градусов Цельсия.

Можно ли смешивать масла одинаковой вязкости

Здесь еще проще, при использовании одной основы и соблюдении допусков API, ACEA мешать жидкости можно вообще без чувствительных последствий.

Главным аргументом здесь является то, что при полной замене масла, в картере остается в среднем 10-12% отработки.

Выводы

Однозначного ответа на вопрос: «какая вязкость моторного масла самая хорошая?» нет и не может быть. Все дело в том, что нужная степень тягучести для каждого механизма — будь то ткацкий станок или мотор гоночного болида — своя, и определить ее «наобум» нельзя. Требуемые параметры смазывающих жидкостей вычисляются производителями опытным путем, поэтому при выборе жидкости для своего транспортного средства в первую очередь руководствуетесь указаниями разработчика. А уже после этого вы можете обратиться к таблице вязкости моторных масел по температуре.

Как определить вязкость моторного масла по формуле

Определение вязкости лубриканта по стандартной формуле SAE не вызывает затруднений даже у начинающих автомобилистов. Для этого организация создала специальную таблицу, где уже все просчитано.

Расчет вязкости смеси масел

Процедура выполняется по стандартной схеме, где учитывается вязкость обоих компонентов и пропорция смеси. Для примера можно взять типичную ситуацию, в моторе залита смесь 0W30, при доливке было использовано 25% лубриканта 5W40, в картере образуется смесь 2W34. При обратном соотношении (3:1) получится примерно 4W38.

Как проверить вязкость масла в двигателе

Точно измерить вязкость лубриканта, уже залитого в силовую установку, в домашних условиях невозможно. Это аргументировано тем, что для выполнения работы потребуется лабораторное оборудование и специальные приспособления.

Однако имеется способ измерения с помощью эталонной пробы – методика подойдет, если после заливки в канистре осталось немного неиспользованной жидкости. Последовательность действий такова:

• слить с ДВС шприц смазки и взять аналогичное количество свежего продукта;
• подвесить вертикально воронку с отверстием 1-2 мм на конце и влить в нее эталонный образец;
• измерить количество упавших капель за определенный промежуток времени с помощью секундомера;
• повторить процедуру с отработкой;
• установить разницу показателей двух проб.

Измерение поможет установить, насколько выработалось масло, обычно при разнице более 25% — жидкость уже требуется менять.

Изменение вязкости масла от наработки

При выработке ресурса номинальная вязкость автомасла изменяется. Метаморфозы происходят в двух направлениях.

1. Уплотнение субстанции при нормальной температуре. Вызывается появлением посторонних примесей, сажи в составе, что провоцирует сгущение лубриканта. Это особенно чувствуется во время заморозков – усложняется холодный пуск ДВС.
2. Разжижение при нагреве. Включения серной кислоты и воды минимизируют высокотемпературную вязкость продукта, вызывая стекание защитной пленки и износ нагруженных частей.

Этим объясняется густота жидкости при сливе из картера и отсутствие необходимой защиты во время активной эксплуатации ДВС.

Нужно ли промывать двигатель при смене вязкости масла

Рекомендации заводов говорят о необходимости промывки при каждом переходе с одного типа лубриканта на другой. Это аргументируется тем, что для смесей, каждый изготовитель применяет уникальные формулы, способные вызвать непредвиденную реакцию при контакте. Однако факт нивелируется спецификациями ACEA и API. При получении сертификата жидкости проходят обязательное тестирование на совместимость. Иными словами, если синтетика одного бренда 0W30 меняется на аналог 5W30, промывку можно не делать, но и лишней она не будет.