Характеристики моторных масел по вязкости: Моторное масло ROLF – качество без компромиссов! / Страница не найдена (ошибка 404)

Содержание

Спецификация моторных масел по SAE (по показателю вязкости)

SAE (Society of Automotive Engineers – Общество Автомобильных инженеров). Спецификация SAE J300 является международным стандартом классификации моторных масел .

Вязкость масла – важнейшая характеристика моторного масла, определяющая способность масла обеспечивать стабильную работу двигателя, как в морозы (холодный пуск), так и в жаркую погоду (при максимальной нагрузке).

Температурные показатели моторного масла в своей основе содержат два главных значения: кинематическая вязкость (легкость текучести масла при заданной температуре под воздействием силы тяжести) и динамическая вязкость (показывает зависимость изменения вязкости масла от скорости перемещения смазываемых деталей относительно друг друга). Чем выше скорость, тем ниже вязкость, чем ниже скорость, тем выше вязкость.

Классы моторного масла

зимнее «W» – Winter-Зима ( SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Данные моторные масла характеризуются малой вязкостью, обеспечивают безопасный холодный пуск при температурах ниже ноля, но, не обеспечивают достаточно хорошее смазывание деталей летом.
летнее ( SAE 20, 30, 40, 50, 60). Масла данного класса отличаются высокой вязкостью.
всесезонное ( SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-20, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60). Сочетает в себе одновременно характеристики летнего и зимнего моторного масла.

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Проворачиваемость определяют при помощи имитатора холодного пуска двигателя ( холодная прокрутка от стартера) CCS (Cold Cranking Simulator). Показатель динамической вязкости масла и температуры, при которых масло обладает достаточной текучестью, способной обеспечить безопасный пуск двигателя.

Прокачиваемость

определяют, ссылаясь на показания мини-ротационного вискозиметра MRV(Mini-Rotary Viscometer) – на 5Со ниже.

Способность прокачиваемости масла насосом в двигателе по системе смазки, исключающая возможность сухого трения деталей.

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Кинематическая вязкость при температуре 100 градусов Цельсия. Показывает минимальные и максимальные значения вязкости моторного масла при условии прогретого двигателя.

Динамическая вязкость HTHS (High Temperature High Shear) при 150 градусах Цельсия, и скорости сдвига 106 с-1. Определяет свойства моторного масла по энергосбережению. Показатель стабильности характеристик вязкости при экстремальных температурах.

Вас заинтересуют

Ваш вопрос успешно отправлен. Спасибо!

Закрыть

Классы моторного масла

зимнее «W» – Winter-Зима ( SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Данные моторные масла характеризуются малой вязкостью, обеспечивают безопасный холодный пуск при температурах ниже ноля, но, не обеспечивают достаточно хорошее смазывание деталей летом.

летнее ( SAE 20, 30, 40, 50, 60). Масла данного класса отличаются высокой вязкостью.
всесезонное ( SAE 0W-20, 0W-30, 0W-40, 0W-50, 0W-60, 5W-20, 5W-30, 5W-40, 5W-50, 5W-60, 10W-20, 10W-30, 10W-40, 10W-50, 10W-60, 15W-30, 15W-40, 15W-50, 15W-60, 20W-30, 20W-40, 20W-50, 20W-60). Сочетает в себе одновременно характеристики летнего и зимнего моторного масла.

Свойства вязкости при заданных низких температурах

Прокачиваемость

определяют, ссылаясь на показания мини-ротационного вискозиметра MRV(Mini-Rotary Viscometer) – на 5Со ниже. Способность прокачиваемости масла насосом в двигателе по системе смазки, исключающая возможность сухого трения деталей.

Свойства вязкости при заданных высоких температурах

Технические характеристики моторных масел: HTHS, CCS, MRV, TBN

Технические характеристики моторных масел — это количественное выражение определенных свойств масла в физических величинах или коэффициентах. Эти данные обычно можно найти в листе технического описания (TDS, Technical Data Sheet).

Плотность при 15 градусах Цельсия

Плотность — это масса, имеющая определенный объем. Плотность смазочного материала напрямую не зависит от вязкости, однако по классу вязкости можно легко определить эти две величины. Так, например, класс вязкости SAE 10W соответствует плотности в 0,857 кг/л и вязкости в 32 сантистокса.

По плотности масла делят на легкие, средние и тяжелые:

легкие — до 0,88 кг/л
средние — 0,89-0,93 кг/л
тяжелые — 0,95-1,03 кг/л

Класс по SAE	Плотность
5W-30	0,863-0,868
5W-40	0,867-0,872
10W-30	0,865-0,868
10W-40	0,865-0,870
15W-40	0,910-0,915
20W-50	0,872-0,880

Таблица «Требования стандарта SAE J300 к моторным маслам»

Метод определения — ASTM D4052

Вязкость моторного масла

Вязкость — это свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении ее слоев под действием внешней силы. Это свойство является следствием трения, возникающего между молекулами жидкости. От вязкости масла зависит его способность обеспечивать гидродинамическое трение в подшипниках. Вязкость масла влияет на изнашивание шеек коленчатого вала и вкладышей подшипников. От вязкости масла зависит количество отводимой от узла трения теплоты. Чем меньше вязкость, тем лучше охлаждается подшипник, так как через него прокачивается больше масла, а следовательно, и больше теплоты отводится вместе с ним из зоны трения.

Кинематическая вязкость

Кинематическая вязкость показывает текучесть моторного масла при нормальной (40°C) и высокой (100°C) температуре. Для замера используют стеклянный вискозиметр: засекают время, за которое масло стекает по капиляру при заданной температуре. Единица измерения — мм

2 / с.

Индекс вязкости

Индекс вязкости (ИВ, Viscosity Index, VI) — это показатель, характеризующий изменение вязкости моторного масла в зависимости от температуры. Индекс вычисляется с помощью значений кинематической вязкости при 40 и 100 градусах Цельсия. Чем выше этот показатель, тем меньше масло теряет вязкость при изменении температуры и тем большим диапазоном рабочих температур оно обладает.

Динамическая вязкость

Динамическая вязкость – это уровень сопротивления на разном расстоянии при движении жидкости на определенной скорости. Измерения данного уровня вязкости происходит на специальных машинах, которые имитируют процесс работы масла в реальных условиях.

CCS (Cold Cranking Simulator)

Динамическая вязкость, показывающая возможность проворачивания коленвала двигателя при отрицательных температурах. Определяется на имитаторе холодного пуска. Метод измерения — ASTM D 2602, DIN 51 377.

MRV (Mini Rotary Viscometer)

Испытание проводится на миниротационном вискозиметре при температуре на 5 °С ниже, чем CCS, чтобы была уверенность в том, что масляный насос не будет качать воздух. Показатель говорит о том, сможет ли маслонасос прокачать загустевшее масло. Метод измерения — ASTM D 3829.

HTHS (High Temperature High Shear)

Вязкость масла зависит от большого количества внешних факторов, таких как давление, температура и скорость сдвига. HTHS определяет вязкость моторного масла при высокой температуре и высокой скорости сдвига (метод измерения — ASTM D4683).

Скорость сдвига — это интенсивность изменения скорости одного слоя потока относительно второго. Величина выражается во взаимно обратных секундах [1/s]. В двигателе моторное заполняет зазоры между двумя поверхностями, которые двигаются с большой скоростью относительно друг друга (например, поршень и цилиндр). При этом процессе происходит скольжение слоев жидкости (моторного масла).

Синтетические базовые масла достаточно жидкие. Они обеспечивают отличные показатели при низких температурах, но сильно разжижаются при высоких. Поэтому, от сильного разжижения при рабочей температуре в современные всесезонные моторные масла добавляют полимерные модификаторы вязкости, которые при изменении температуры сжимаются/расширяются, доводя характеристики базовых масел до требуемых значений. Само по себе масло является ньютоновской жидкостью, т.е его характеристики линейно зависимы. Однако, при добавлении модификаторов вязкости моторное масло перестает вести себя как ньютоновская жидкость. При высокой скорости сдвига полимеры выстраиваются в направлении потока и сжимаются, что приводит к разжижению масла. Кроме того, некоторые полимеры при высокой скорости сдвига просто разрушаются (звездообразные — меньше, линейные — больше), а характеристики текучести таких жидкостей несколько теряют «линейность» в зависимости от температуры.

Работа полимерных загустителей — модификаторов вязкости.

Озаботившись этой проблемой, инженеры решили ввести параметр, который бы показывал вязкость масла в динамических условиях. Так было введено понятие HTHS (high temperature high shear).

Параметр HTHS определяет вязкость масла при высокой температуре (150°C) и высокой скорости сдвига 106 с-1, т.е в условиях, приближенных к работе двигателя. Измеряется в мПа*с. Определяется на коническом имитаторе подшипника.

Значение HTHS	Категория масел по ACEA
HTHS ≤3,5 мПа-с	масло категории A3/B4, C3, C4, E4, E6, E7, E9
HTHS ≥2,9 и ≤3,5 мПа-с	масло категории A5/B5 и A1/B1 и вязкостью 5W-30 и 0W-30, а также С1 и С2.
HTHS ≥2,6 и ≤2,9 мПа-с	масла категории ACEA A1/B1 и вязкостью 0W-20 / 5W-20
HTHS ≥ 2,4 и ≤2,6 мПа-с	масла вязкости 0W-16 и 5W-16

Таблица «HTHS моторных масел»

Таким образом, чем выше параметр HTHS, тем гуще масло и толще масляная пленка.

Стоит заметить, что в отчете Американского общества испытаний и материалов (ASTM) 1989 года говорится, что его 12-летние усилия по разработке нового стандарта для высоких температур и высокого сдвига (HTHS) не увенчались успехом. Ссылаясь на SAE J300, основу действующих стандартов классификации, в отчете говорится:

Быстрый рост неньютоновских универсальных масел сделал кинематическую вязкость практически бесполезным параметром для характеристики «реальной» вязкости в критических зонах двигателя. Есть те, кто разочарован тем, что двенадцатилетние усилия не привели к переопределению документации по классификации вязкости моторных масел SAE J300, чтобы выразить высокотемпературную вязкость различных классов. По мнению автора, это переопределение не произошло, потому что рынок автомобильных смазочных материалов не знает ни одного полевого отказа, однозначно связанного с недостаточной вязкостью масла HTHS.

Что же лучше, резонно задаст вопрос рядовой потребитель. Ответа на этот вопрос не существует, так как он задан неверно. Вязкость масла прописывается инженерами в зависимости от зазоров между деталями ДВС. Если залить масло гуще, чем необходимо, маслонасос может просто не протолкнуть смазку в нужные полости, что приведет к клину (многим автомобилистам знакомо выражение «провернуло вкладыши»). И наоборот, слишком жидкое масло не создаст требуемой толщины пленку, что приведет к тем же последствиям.

Бытует мнение, что новейшие жидкие масла с низким HTHS и вязкостью 0w-16, 0w-20 приводят к ускоренному износу двигателя. Это заблуждение. Такие масла содержат большое количество противоизносных и противозадирных присадок (на основе молибдена, цинка и др.), которые исключают трение «металл-металл». Результаты лабораторных тестов отработок доказывают это. Однако, стоит заметить, что использовать эти масла можно только в тех двигателях и в тех режимах эксплутации, для которых они предназначены.

Интересный факт. В 1997 году научно-исследовательским центром Toyota было проведено исследование влияния вязкости HTHS на износ деталей ЦПГ при работе в разных температурных режимах. Масла проверялись на двигателе Toyota 1.6 DOHC. Исследование показало, что при использовании масел с HTHS ниже 2.4 мПа-С и при температуре масла 90 °С износ поршневых колес увеличивается только в том случае, если обороты двигателя превышают 5000 об/мин. А вот при температуре масла 130 °С резкое усиление износа поршневых колец происходит при использовании масла с HTHS от 2.6 мПа-С, начиная с 2000 об/мин, в то время как масла с вязкостью HTHS от 3 мПа-С и выше продолжают защищать кольца даже при такой высокой температуре.

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

* — для классов вязкости 0W-40. 5W-40, 10W-40. ** — для классов вязкости 15W-40, 20W-40, 25W-40, 40

Температура потери текучести (Pour point)

Температура застывания — это самая низкая температура, при которой масло еще сохраняет текучесть. Она показывает возможность переливания моторного масла без необходимости подогрева. Температура застывания, согласно стандартам, на 3°С выше температуры потери текучести. Метод измерения — ASTM D97.

Температура застывания (Solidification point)

Температура застывания — это температура, при которой масло теряет свою подвижность и тягучесть. Застывшим считается масло, которое удерживается в неподвижном состоянии 5 секунд под углом 90 градусов.

Производители снижают температуру застывания с помощью специальных присадок — депрессоров, которые не дают парафину укрупняться, увеличивать плотность, создавая псевдокристаллические структуры. Снижение динамической вязкости CCS добивается путем подбора нужного базового масла и полимера-загустителя. Поэтому температура застывания и низкотемпературная вязкость могут быть никак не связаны между собой. Кроме того, чрезмерное содержание депрессора может приводить к увеличению вязкости CCS.

Температура вспышки (Flash point)

Параметр характеризует наличие в масле легколетучих фракций, которые при смешивании с воздухом образуют горючую смесь. Чем меньше этот показатель, тем меньше расход на угар и выше качество базовых масел.

Испаряемость по методу Ноак (Noack Volatility)

Испаряемость обусловлена наличием в масле легких, летучих фракций. Чем их меньше, тем выше качество базового масла и тем меньше расход на угар.

Испаряемость по методу Ноака измеряется в процентах, регламентируются стандартами API, ACEA, а так же допусками автопроизводителей.

Метод определения — ASTM D 5800.

Щелочное число (Total Base Number, TBN)

Общее щелочное число — это показатель, характеризующий способность масла сопротивляться окислению. Выражается количеством гидроокиси калия (KOH) в мг на 1 г масла. Показатель косвенно влияет на срок службы масла.

Важно понимать, что о моющих способностях масла свидетельствует содержание нейтральных солей, а не общее щелочное число TBN. Нейтральные соли не повышают TBN, поэтому низкое содержание щелочи не является показателем низкого качества моторного масла.

В процессе работы ДВС образуются кислотные продукты горения, которые и нейтрализуют щелочные компоненты. Постепенно они вырабатываются, а кислотное число (TAN), наоборот, растет.

Для определения общего щелочного числа стандартизирован метод ASTM D 2896.

Зольность сульфатная (Sulphated Ash, SA)

Зольность — это показатель содержания в масле несгораемых неорганических примесей. Эти примеси являются следствием наличия в масле комплекса присадок.

В любом ДВС некоторое количество моторного масла уходит «на угар», т.е. испаряется при высокой температуре, в результате чего образуются твердые продукты сгорания, которые, смешиваясь со смолистыми отложениями, становятся абразивом. Кроме того, сульфатная зольность влияет на срок службы катализаторов и сажевых фильтров.

Для определения зольности используются такие международные стандарты, как DIN 51 575, ASTM D482, ISO 6245.

Полнозольные (Full SAPS) масла

По классификации ACEA — A1/B1, A3/B3, A3/B4, A5/
B5. Такие масла хорошо защищают двигатель от износа и коррозийного воздействия кислот, однако могут негативно сказываться на многоступенчатых катализаторах и сажевых фильтрах. Типичное значение зольности — 0,9 — 1,1%.

Среднезольные (Mid SAPS) масла

Согласно классификации ACEA имеют обозначения C2 и C3. Зольность таких масел колеблется в диапазоне 0,6-0,9%.

Малозольные (Low SAPS) масла

По классификации ACEA — C1 и C4. По стандарту содержание сульфатной золы не должно превышать 0,5%.

Это интересно

Wolflubes — The Vital Lubricant — Блог

Вязкость и индекс вязкости

Технические характеристики моторного масла во многом зависят от его вязкости.

Но что означает понятие «вязкость масла»? Вязкость — это внутреннее сопротивление жидкости перемещению. Приведем конкретный пример: если вы разольете на полу воду и мед, результаты будут совершенно различными. У воды низкая вязкость, т.е. низкое внутреннее сопротивление перемещению. Мед, напротив, обладает более высокой вязкостью, поэтому он будет растекаться медленнее, чем вода, поскольку обладает большим внутренним сопротивлением.

Моторные масла производятся с различными коэффициентами вязкости в зависимости от типа двигателя, для которого они предназначены. Сообщество автомобильных инженеров (SAE) разработало классификацию вязкости различных жидкостей — стандарт вязкости SAE. Чем выше номер по шкале, тем больше внутреннее сопротивление жидкости.

Вязкость представляет собой статическое значение, т.е. она обозначает текучесть жидкость в данный момент при данных обстоятельствах. Индекс вязкости указывает на изменение вязкости при изменении температуры. Масло с высоким индексом вязкости сохраняет свою вязкость лучше, чем масло с низким индексом вязкости. По мере роста температуры масло становится менее вязким.

Существует два типа моторных масел с совершенно разными индексами вязкости. В первой группе представлены сезонные масла. Эти масла имеют низкий индекс вязкости, а потому используются только в узкоспециальных сферах с нечастыми перепадами температуры. Сезонное моторное масло можно отличить по названию, где за аббревиатурой SAE следует соответствующий коэффициент вязкости, например, Wolf GuardTech SAE 40.

Всесезонные моторные масла относятся ко второй группе; эти масла с высоким индексом вязкости произвели настоящую революцию на рынке моторных масел. Масла такого типа сохраняют свою вязкость, а потому заменяют собой несколько сезонных масел сразу, тем самым расширяя возможности применения при различных температурах. Вязкость всесезонного масла можно определить по двум числам SAE, разделенным буквой W, например, 0W20.

Всесезонные масла быстро завоевали рынок за счет своих усовершенствованных свойств, постепенно вытесняя сезонные масла. Тем не менее, сезонные масла до сих пор используются в некоторых узкоспециальных сферах. Так, для поддержания оптимального состояния ряда старых моделей автомобилей требуются именно сезонные минеральные моторные масла — в противном случае сварочные швы и уплотнители быстро становятся хрупкими.

Регуляторы вязкости

Вязкость смазочного материала зависит от используемых базовых масел и присадок; одна из таких присадок называется регулятором вязкости. Секрет всесезонных масел, чья вязкость остается неизменной при перепаде температур, заключается в структуре регулятора вязкости, которая позволяет повысить индекс вязкости моторного масла. Это уникальное свойство достигается на молекулярном уровне, поскольку молекулы регулятора вязкости увеличиваются или уменьшаются в размере по мере изменения температуры. Когда температура растет, молекулы начинают расширяться, сцепляясь друг с другом и тем самым поддерживая вязкость жидкости на том же уровне. При снижении температуры молекулы уменьшаются в объеме, освобождая место для движения других молекул.

Инновация

Недавно на рынке появились регуляторы вязкости нового поколения; более того, мы уже активно используем их в нашей линейке продукции Dexos1Tm Gen 2! Эти усовершенствованные присадки обеспечивают значительные преимущества по сравнению с регуляторами вязкости предыдущих поколений. Все эти преимущества становятся возможными благодаря революционной структуре молекул новых присадок.

Старый регулятор вязкости	Новый регулятор вязкости

За счет своей структуры в форме звезды молекулы новых регуляторов вязкости расширяются более эффективно. Лучи звезды расширяются в разных направлениях, занимая пространство оптимальным образом. Кроме того, молекулы регуляторов вязкости нового поколения столь же эффективно уменьшаются в размерах, благодаря чему другие молекулы могут перемещаться еще свободнее. Это сочетание компактности при низких температурах и значительного увеличения размеров при нагреве заметно расширяет диапазон рабочих температур моторных масел.

Звездчатая структура также обеспечивает дополнительную устойчивость к деградации, поскольку большее число вершин в структуре снижает воздействие чрезмерного давления. Под воздействием давления регуляторы вязкости предыдущего поколения теряли свои свойства. При этом способность молекул увеличиваться и уменьшаться в размере снижалась, что вело к снижению вязкости моторного масла.

Регуляторы вязкости нового поколения не теряют своих свойств даже при высоком давлении. При разрушении одной из вершин звезды остальные вершины располагаются таким образом, чтобы компенсировать потери. Более высокая устойчивость к деградации позволяет увеличить интервалы замены смазки и обеспечивает оптимальную смазку в самых сложных условиях в течение большего времени.

Эти два преимущества открывают перед производителями моторных масел целый мир новых возможностей. Прежде всего, теперь становится возможным повысить текучесть моторных масел при низких температурах, не снижая защиту двигателя при рабочей температуре. Теперь клиентам, живущим или работающим в условиях крайне низких температур, не придется выбирать между защитой двигателя при рабочей температуре и быстрым холодным запуском.

Во-вторых, новые регуляторы вязкости можно комбинировать с самыми различными базовыми маслами, что также означает множество новых возможностей. Теперь синтетические базовые масла с более низким коэффициентом вязкости или минеральные базовые масла группы II в комбинации с инновационными регуляторами вязкости можно использовать там, где раньше требовались дорогостоящие синтетические масла с высоким коэффициентом вязкости.

Подводя итоги

Вязкость — это внутреннее сопротивление жидкости перемещению.
Индекс вязкости указывает на изменение этого сопротивления при изменении температуры.
Регуляторы вязкости влияют на индекс вязкости масел.
Регуляторы вязкости нового поколения позволяют использовать масла в более широком диапазоне температур, а также обеспечивают более высокую устойчивость к деградации.
Регуляторы вязкости нового поколения можно комбинировать с моторными маслами с более низкой вязкостью, тем самым расширяя возможности использования всех групп базовых масел.

Вязкость синтетического моторного масла 🚗 Какую вязкость масла выбрать

Содержание

Двигатель современного автомобиля – это сложный механизм, который состоит из множества узлов и деталей, подвергающихся множеству негативных воздействий. Это и попадание агрессивных продуктов сгорания, и высокие температуры, и трение, и ударные нагрузки. По мере усложнения конструкции двигателя возрастают и требования к смазочному материалу – моторному маслу. Большинство автомобилистов знают, что вязкость является одним из наиболее важных параметров при выборе моторного масла, однако далеко не всем известно, что означают цифры, указанные на канистрах. В этой статье мы расскажем подробно об этой важной характеристике смазочных материалов.

За что отвечает моторное масло

Масло для силового агрегата позволяет ему сохранять свою работоспособность. На это влияет сразу несколько характеристик:

устойчивость к высоким температурам, благодаря которой масло не сгорает и практически не испаряется;
прокачиваемость, при которой жидкость не будет забивать систему при низких температурах;
предотвращение чрезмерного износа деталей за счет покрытия их масляной пленкой;
защита от перегрева в разных температурных диапазонах;
высокая моющая способность для удаления продуктов сгорания.

Вязкость моторного масла как основная характеристика

Пожалуй, ключевым фактором, влияющим на итоговый выбор масла, можно считать его вязкость. Этот параметр является центральным в классификации SAE, которая подразумевает маркировку продукта в соответствии с тем, как оно ведет себя при температурах 40 ˚C и 100 ˚C. Почему это важно? Потому что слишком густое масло может забивать каналы, а жидкое может недостаточно эффективно защищать двигатель.

Какой бывает вязкость

Кинематическая. Она определяет текучесть масла при стандартной рабочей, а также максимальной температуре. Испытания проводятся при температуре 40 ˚C и 100 ˚C. Единица измерения – сантистокс. Из полученных результатов рассчитывается индекс вязкости (лучше, если он превышает значение 200). Обычно достаточный индекс имеют всесезонные масла.

Динамическая. Она определяет силу сопротивления при перемещении масла, которая не зависит от плотности. В данном случае единицей измерения вязкости является сантипуаз.

Основные параметры вязкости

Проворачиваемость. Она определяет диапазон текучести масла при низкой температуре и указывает на максимально допустимую динамическую вязкость, которая способна обеспечить правильный запуск двигателя.
Прокачиваемость. Она характеризует индивидуальные особенности масла в процессе перемещения (прокачки). Прокачиваемость должна иметь значение на 5 ˚С ниже необходимого, чтобы масляный насос не закачивал воздух вместо слишком густой смазочной жидкости. Значение прокачиваемости не должно превышать 60000 мПа*с.

Что такое индекс вязкости

Это число, которое указывает на степень изменения вязкости при изменении температуры. Чем выше индекс, тем меньшую зависимость проявляет вязкость масла от температуры. Для повышения индекса используются вязкостные присадки и синтетические масла.

Международный стандарт вязкости

Спецификация SAE – это стандарт, который определяет нужный уровень вязкости масла в различных температурных режимах. Они принят в большинстве стран мира. По классификации SAE J300 выделяется 11 классов вязкости моторного масла:

SAE 0W,
SAE 5W,
SAE 10W,
SAE 15W,
SAE 20W,
SAE 25W,
SAE 20,
SAE 30,
SAE 40,
SAE 50,
SAE 60.

В свою очередь, все масла в соответствии с классом вязкости делятся на летние, зимние и всесезонные.

Летние. Они не имеют обозначения буквой W и имеют наибольшую вязкость. Это обеспечивает качественную смазку деталей мотора при высокой температуре. Использовать такие масла при низкой температуре нельзя – они становятся слишком плотными и затрудняют работу двигателя. К летним относятся масла со следующим показателем вязкости SAE:

Зимние. Обозначены буквой W (winter) и являются менее вязкими. Это обеспечивает отсутствие проблем при холодном пуске двигателя. Однако их повышенная текучесть при высокой температуре не позволяет использовать такие масла в теплое время года – они не обеспечивают двигатель должной защитой. К зимним относятся масла следующих видов:

SAE 0W,
SAE 5W,
SAE 10W,
SAE 15W,
SAE 20W.

Всесезонные. Благодаря специальным присадкам они сочетают в себе характеристики зимних и летних. Это:

SAE 0W-30,
SAE 0W-40,
SAE 5W-30,
SAE 5W-40,
SAE 10W-30,
SAE 10W-40,
SAE 15W-40,
SAE 20W-40.

Как выбрать масло по вязкости

Чтобы подобрать подходящее по вязкости синтетическое мотороное масло, в первую очередь нужно опираться на следующие показатели:

в каком климате используется автомобиль;
как долго эксплуатируется двигатель.

Так, для регионов с высокой температурой воздуха стоит выбирать масла, имеющие более высокий показатель вязкости (цифра, находящаяся перед W,). Для нового двигателя нужно масло с меньшей вязкостью, а для мотора, который уже долго эксплуатируется, – с большей.

Диапазон вязкости

Любое масло имеет показатели вязкости при низких и при высоких температурах. Чем выше цифра, стоящая перед W, тем меньше рабочий диапазон на низких температурах. Число после W обозначает высокотемпературную вязкость: чем она больше, тем выше вязкость масла при высоких температурах. Приведем рекомендуемые диапазоны работы смазочных жидкостей с разными показателями вязкости.

5W-30 – от -25 ˚С и до +20 ˚С;
5W-40 – от -25 ˚С и до +35 ˚С;
10W-30 – от -20 ˚С и до +30 ˚С;
10W-40 – от -20 ˚С и до +35 ˚С;
15W-30 – от -15 ˚С и до +35 ˚С;
15W-40 – от -15 ˚С и до +45 ˚С;
20W-40 – от -10 ˚С и до +45 ˚С;
20W-50 – от -10 ˚С до +45 ˚С и более.

Можно ли смешивать моторные масла с разной вязкостью

Моторные масла разных классов могут иметь существенные отличия по характеристикам и составу, а каждый производитель автомобилей выдвигает свои требования к использованию того или иного класса моторного масла в зависимости от технических особенностей транспортного средства. Поэтому смешивание смазочных жидкостей разной вязкости допустимо только в экстренных ситуациях и только в том случае, если свойства изделий отличаются незначительно. Например, в двигатель, где использовалось масло 5W-40, можно долить жидкость 5W-30. Но смешивать зимние и летние составы, вязкость которых кардинально отличается, однозначно не следует. Также не стоит смешивать масла с синтетическим, полусинтетическим и минеральным составом.

Актуальные продукты

TAKAYAMA SAE 10W-40 API SL/CF – продукт с добавлением высококачественных и высокоэффективных присадок. Отличается высокой устойчивостью к окислительным процессам.
TAKAYAMA SAE 5W-40 API SN/CF – всесезонное моторное масло на синтетической основе. Подходит для бензиновых силовых агрегатов, в том числе турбированных, которые предназначаются для легковых автомобилей.

Исследование зависимости вязкости моторного масла от температуры

Томск — это город, в котором зима бывает очень суровой. И ежегодно среди автомобилистов возникает проблема сложного, а порой и невозможного, запуска двигателя автомобиля в зимних условиях. Эта проблема может возникнуть по ряду причин. Когда двигатель холодный, наоборот, масло обладает тенденцией сгущаться. И, как следствие, невозможность прокрутки вала двигателя. Моторное масло играет важнейшую роль в эксплуатации двигателя автомобиля. Его основная задача — это смазка. Моторное масло разных видов и сортов отличается по характеристикам, определяющим сферу их применения. В зависимости от характеристик, масло рекомендуется для использования в разных типах двигателей, работающих в различных условиях и температурных режимах. Для покупателей наибольшую важность представляют два показателя: вязкость (позволяет определить, подойдет ли масло для определенного сезона и климата) и допуск (подходит ли масло для данного автомобиля). Причем даже для одного и того же типа масла, но разных марок показатель вязкости может отличаться в зависимости от температурных условий. Исходя из этого, нами была поставлена следующая цель: исследование зависимости вязкости моторных масел различных марок от температуры.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

Изучить классификацию моторных масел;
Изучить характеристики моторных масел;
Определить вязкость моторных масел при различных (низких) температурах;
Сформулировать рекомендации автомобилистам по применению различных масел при низких температурах.

Объект исследования: моторное масло.

Предмет исследования: вязкость.

Методы исследования.

Теоретические: анализ информации по темам “Моторные масла”, “Характеристики моторных масел”, “Вязкость и способы ее измерения”.

Практические: эксперимент по определению вязкости (кинематической и динамической) моторных масел при различных температурах.

В ходе исследования были получены следующие результаты.

Моторное масло — это смазочный материал, который используется с целью уменьшения трения в движущихся частях двигателей внутреннего сгорания.

Первое в мире моторное масло было запатентовано в 1873 году американским доктором Джоном Эллисом. В 1866 году Эллис изучал свойства сырой нефти в медицинских целях, но обнаружил, что сырая нефть обладает хорошими смазочными свойствами. Джон Эллис зарегистрировал Valvoline — первый в мире бренд моторного масла.

Моторное масло разделяется на три типа: минеральное, синтетическое и полусинтетическое.

Существует классификация масел по вязкостно-температурным свойствам и классификация масел по эксплуатационным свойствам (назначению и качеству). В настоящее время единственной признанной во всем мире системой классификации транспортных масел по вязкости является спецификация SAE (Американская ассоциация автомобильных инженеров).

Норма SAE J 300 определяет степень вязкости для каждого смазочного материала.

SAE J-300 содержит 6 зимних классов и 5 летних классов моторных масел.

Классы вязкости SAE OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W относятся к зимним, а SAE 20, 30, 40, 50, 60 — к летним.

Надежность работы двигателя во многом определяется выбором масла с оптимальной вязкостью.

Вязкость — это одна из важнейших характеристик масел, которая характеризует внутреннее трение, определяет текучесть и способность обеспечить жидкостной режим смазывания. Различают кинематическую и динамическую вязкость.

Кинематическая вязкость, характерная для простых масел при положительных температурах, определяется в капиллярных вискозиметрах, а динамическая — для загущенных (всесезонных) масел и масел при отрицательных температурах, определяется в ротационных вискозиметрах, ее величина зависит не только от температуры, но и от градиента скорости сдвига.

Динамическую вязкость представляет собой произведение кинематической вязкости на плотность жидкости, в технической системе ее измеряют в сантипуазах (сП), а в системе СИ — в миллиПаскаль-секундах (мПа-с), где 1 сП= 1 мПа-с. Это сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев поверхностью 1 м², находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся под действием внешней силы в 1 Н со скоростью 1 м/с.

Кинематическую вязкость в технической системе единиц измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт), а в системе СИ в м²/с или в мм²/с. Кинематической вязкостью [ν] называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости [μ] к ее плотности [ρ] при той же температуре: ν = μ/ρ.

В ходе эксперимента была измерена динамическая (методом Стокса) и кинематическая (вискозиметром ВПЖ-2, d=1,77 мм) вязкость при различных температурах для следующих марок масла:

ZIC XQ 5w40
Helix HX7 5w40
Castrol Magnatec 5w40

Кинематическая вязкость определялась по следующей формуле:

K — постоянная вискозиметра (1,022 )

T — время истечения жидкости, с

ν — кинематическая вязкость жидкости, мм²/с

g — ускорение свободного падения (м/с²)

Результаты измерений показаны в таблице 1.

Таблица 1. Кинематическая вязкость (вискозиметр)

Масло	t = +21⁰С		t = -7⁰С		t = -14⁰C		t = -18⁰C		t = -21⁰C
Масло	Т_ср, с	ν, мм²/с	Т_ср, с	ν, мм²/с	Т_ср, с	ν, мм²/с	Т_ср, с	ν, мм²/с	Т_ср, с	ν, мм²/с
ZIC XQ 5w40	143	146,04	153	156,25	192	196,08	198	202,21	241	246,13
Helix HX7 5w40	139	141,957	188	191,99	199	203,23	224	228,76	246	251,24
Castrol Magnatec 5w40	128	130,723	176	179,74	230	234,89	236	241,02	239	244,08

Таким образом, можно сделать следующие выводы: 1) вязкость масла увеличивается с понижением температуры; 2) Из всех марок масел меньше всего увеличилась вязкость Castrol Magnatec.

Динамическая вязкость (Па*с) определялась по следующей формуле:

t – время падения, с

r – радиус шарика, м

R₀– радиус сосуда, м

l – высота падения, м

ρ – плотность шарика, кг/м³

ρ₀ – плотность жидкости, кг/м³

Для измерения вязкости использовалась следующая установка (рис. 1).

Значения динамической вязкости представлены в таблице 2.

ρ = 8900 кг/м³

l = 0,14 м

r = 2 мм

R₀ = 0,015 м

Значения плотности масел:

Плотность масла ZIC XQ (при всех температурах): 1660 кг/м³.

Плотность масел Helix HX7 и Castrol Magnatec (при всех температурах): 1760 кг/м³.

Таблица 2. Динамическая вязкость (метод Стокса)

Масло	t = +21⁰С		t = -7⁰С		t = -14⁰C		t = -18⁰C		t = -21⁰C
Масло	, cм/с	μ, Па·с	, cм/с	μ, Па·с	, cм/с	μ, Па·с	, см/с	μ, Па·с	, см/с	μ, Па·с
ZIC XQ 5w40	4,59	0,503	9,59	0,838	11,13	1,07	15,01	1,109	17,65	1,305
Helix HX7 5w40	1,73	0,34	4,83	0,81	7,53	0,996	10,35	1,505	13,12	2,103
Castrol Magnatec 5w40	2,56	0,34	6,36	0,76	9,48	0,859	12,15	1,370	15,95	2,59

Таким образом, можно сделать вывод, что при понижении температуры динамическая вязкость увеличивается. Причем у масла Castrol Magnatec интенсивнее, чем у ZIC и Helix.

Динамическая вязкость важна при определении низкотемпературных свойств смазок, но её редко применяют при анализе масла или для определения класса вязкости. По многим разным причинам, исследователя масла интересует кинематическая вязкость. А по этому показателю лучшие свойства показало масло Castrol Magnatec. Но сказать, что остальные масла более худшего качества нельзя. Их показатели вязкости незначительно отличаются от Castrol Magnatec и все значения укладываются в рамки допустимых производителем.

Следует отметить, что эффективность работы мотора зависит не от абсолютного значения вязкости при определенных температурах, а от динамики ее изменений при работе в определенных диапазонах рабочих температур, а также соответствие этой динамики конструкции данного двигателя. Если двигатель рассчитан на параметры авто-масла 5w30, тогда моторное масло с маркировкой 0w20 не подходит и его заливать нельзя, а с маркировкой 5w40 не рекомендуется. Значит, использовать то авто-масло, которое подходит согласно требованиям производителя двигателя, но ни в коем случае не рекомендациям изготовителя авто-масла.

В целом по маслам можно дать следующие рекомендации:

− перечень марок масел, допущенных к применению, постоянно изменяется, получают допуск новые марки, некоторые его теряют;

− температурный диапазон применения, указанный на упаковке масла, носит лишь рекомендательный характер;

− не стоит оценивать масла по цвету, большинство вводимых в него присадок делают его более темным;

− замену масла при тяжелых условиях эксплуатации необходимо производить в 1,5—2 раза чаще, тоже рекомендуется делать для автомобилей со значительным пробегом, так как условия его работы в изношенных двигателях более жесткие, в частности из-за окисляющего действия сгоревших газов, попадающих в масляный катер;

− быстрое (через 1—2 тыс. км пробега) почернение масла не обязательно указывает на потерю его эксплуатационных свойств;

− доливать следует тот же сорт масла, который залит в двигатель, так как масла разных производителей содержат различные пакеты присадок и смешивание может ухудшить их свойства;

− нежелательно смешивать минеральные и синтетические масла, а также доливать минеральное в полусинтетическое из-за разной растворимости присадок в минеральной и синтетической основах;

− если неизвестно, что использовал прежний владелец автомобиля, перед заменой желательно промыть систему смазки;

− добавление в моторное масло различных препаратов может улучшить одни его свойства и резко ухудшить другие.

Моторное масло SW-30 — экспертиза четырех образцов — журнал За рулем

Пытку российским двигателем и российским топливом прошли четыре образца импортных масел вязкостью SAE 5W‑30 от ведущих производителей, занимающих львиную долю отечественного рынка. Исследуем, на какие приоритеты ориентируются производители моторных масел. А главное — как уживаются импортные моторные масла с отечественным бензином и как этот симбиоз сказывается на состоянии двигателя?

SONY DSC

Материалы по теме

Принято считать, что без маловязкого масла современный мотор станет кушать много бензина, а из выхлопной трубы будет дурно пахнуть. Но говорят, что для России всё должно быть другим, в том числе и масло.

Мы взяли три полностью синтетических импортных моторных масла с вязкостью SAE 5W‑30 от ведущих производителей, занимающих львиную долю отечественного рынка, — ExxonMobil, Shell и Castrol. К этой троице присовокупили не столь распространенное, но не менее известное масло Motul.

Как испытывали? На каждом из масел специально подготовленный стендовый двигатель крутился в заданных режимах сто двадцать часов, при этом сравнивались его характеристики на различных стадиях испытаний. Мотор — отечественный восьмиклапанник ВАЗ‑21114 с впрыском, с измененной программой управления и системой масляного охлаждения поршней.

Почему двигатель не иномарочный? Условия испытаний не позволяют. Методика требует до начала испытаний и после них вскрывать мотор, обмерять, дефектовать, фотографировать и взвешивать детали. А современные ненашенские моторы разборке-сборке не подлежат — коленчатый вал там снять нельзя. Точнее, снять можно, а вот ставить обратно уже запрещено.

7Y1A8936

Через фиксированное время мы отбирали — три раза — пробы масла для оценки темпа его старения. Отслеживали изменение физико-химических показателей масла, а также содержание в нем продуктов износа. А вскрытие мотора уточняло представление об отложениях и износе.

Чтобы отсеять сомнения насчет возможных подделок, свежие пробы масел мы отдали в лабораторию для определения базовых физико-химических показателей и сравнили их с указанными производителями. Если совпадают — стало быть, масла настоящие, не поддельные. Удивило другое: начальные параметры всех четырех масел практически одинаковые. Уж не из одной ли они бочки? Из разных! Это выяснилось после измерений динамической вязкости во всем диапазоне температур. Но сначала вспомним, какие вообще бывают вязкости.

table-01

Материалы по теме

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ, ДИНАМИЧЕСКАЯ И HTHS

Имеется прямая связь между вязкостью масла, потерями на трение и скоростью износа узла трения. В классической гидродинамике различают две характеристики вязкости — динамическую и кинематическую. Для мотора важна именно динамическая вязкость масла, поскольку она учитывает изменение плотности в зависимости от температуры. А кинематическая вязкость важна для масленщиков; она может быть точно определена капиллярным вискозиметром. Ранее параметры вязкости, предписанные классом SAE, ограничивали лишь возможный диапазон изменения кинематической вязкости масла при температуре 100 °C. Диапазон этот для масел SAE 30 составляет 9,3–12,6 сСт; для масел SAE 40 он шире12,6–16,3 сСт.

Сейчас классификация по SAE дополнена ограничениями по динамической вязкости при 150 °C. Это так называемая высокотемпературная вязкость HTHS (High-Temperature, High- Shear).

Прежде считалось, что для подбора масла достаточно классификации по SAE, а потом выяснилось, что ее мало. Масла из одной группы при рабочих температурах могут различаться по вязкости на десятки процентов, а это существенно для работы мотора. Потому и ввели дополнительное ограничение.

table-02

Динамика изменения кинематической вязкости в процессе испытаний отражает темп старения масла. Это один из основных браковочных параметров масла.

Производители современных масел ориентируются на противоположные приоритеты. Так, фирма Shell заявляет о малой вязкости масла Helix Ultra, которая предопределяет низкие потери на трение. А компания Motul специально разработала масло 8100 X‑сlean FE, у которого заявлено высокое значение HTHS. Кто же прав?

Для полноты картины пройдем по всем температурам — от зимнего холодного пуска до вполне рабочих режимов, как у полностью прогретого мотора. Наивысшие значения высокотемпературной вязкости HTHS при первой пробе — у масла Motul 8100 X‑сlean FE, как и было обещано производителем: 3,2 мПа·с против 2,7 мПа·с у Mobil. Разбег — почти под 20%! Значит, это масло снизит на 20% нагрузку на подшипник — либо позволит увеличить давление на подшипник на те же 20% без ухудшения условий его работы. Плата за это — самые высокие значения динамической вязкости при отрицательных температурах: 8330 мПа·с у масла Motul против 6220 мПа·с у масла Mobil. Значит, в арктиках и антарктиках запустить мотор с маслом Motul будет сложнее.

table-03

Содержание продуктов износа в образце масла, отобранном после цикла испытаний, хорошо иллюстрирует защитные свойства масла.

Впрочем, интереснее проследить динамику изменения этого параметра в течение всего срока проведения испытаний. Масла Mobil 1 ESP Formula и Motul 8100 X‑clean FE за 120 часов пытки российским двигателем и российским же (не самым лучшим, как все говорят) топливом изменили свои параметры несильно и вполне предсказуемо. В ходе испытаний динамическая вязкость во всем диапазоне температур увеличилась лишь на 3–5%.

А вот масла Castrol Edge FST и Shell Helix Ultra изменили свою вязкость на 21–28%! Причем рост вязкости у масла Castrol начался практически сразу — такая динамика нехарактерна для обычного поведения масла. А масло Shell до середины испытаний держалось молодцом, но сдалось во второй половине цикла. В итоге к концу испытаний то преимущество, которое было у этих масел перед маслом Motul по вязкости при отрицательных температурах, полностью растаяло. Тем, кто планирует использовать эти масла в суровых северных условиях, есть о чем задуматься.

Еще более выразительную картину, отражающую темпы старения масел, дает анализ динамики изменения кинематической вязкости при 100 °C.

table-04

Материалы по теме

И снова: у масла Motul вязкость практически не изменяется. У масла Mobil изменение вязкости более заметно, причем к концу срока испытаний она вышла на пороговое значение. А вот Castrol выдал очень существенное увеличение вязкости при 100 °C, далеко выскочив за допустимые пределы. Самое интересное, что вязкость при 40 °C к концу испытаний стала уменьшаться — это можно увидеть из данных в итоговой таблице. Индекс вязкости улетел аж за 210!

Индекс вязкости — это важный параметр моторного масла, который характеризует темп изменения вязкости при росте температуры. Чем он выше, тем меньше разница между вязкостями при высокой температуре и при низкой. Для полных синтетик он обычно лежит в диапазоне 160–180.

И еще одна странность масла Castrol. Обычно щелочное число постепенно снижается: срабатывается комплекс моющих присадок. А тут наоборот — рост!

Возможно, из отложений, формируемых в двигателе, в масло возвращается кальций или другой элемент, на который и реагирует прибор. Кстати, для остальных трех масел тот же метод дал ожидаемый результат.

table-05

Энергосбережение масел мы оценивали дважды, сопоставив расход топлива в режимах нашего цикла как со свежим маслом, так и с отработавшим 120 моточасов. Эти результаты также сведены в таблицах.

Здесь вновь уместно вернуться в разговору об HTHS. Масло с самым высоким значением HTHS — Motul 8100 X‑clean FE — и здесь показало лучший результат. Впрочем, все испытанные масла, судя по результатам, вполне могут быть отнесены к энергосберегающим. Но те, у которых темп роста вязкости ниже, в наименьшей степени изменили расход топлива и мощность мотора после цикла длительных испытаний. Наиболее наглядно влияние высокотемпературной вязкости проявилось при анализе защитных функций масла. Анализ содержания продуктов износа в пробах масел, отобранных на итоговой стадии испытаний, четко выявляет безоговорочное лидерство масла с высоким HTHS. Это Motul 8100 X‑clean FE. Вполне объяснимо: выше вязкость — больше толщина разделяющего слоя и меньше износ деталей двигателя.

Вскрытие мотора после циклов испытаний показало примерно одинаковый итоговый уровень высоко- и низкотемпературных отложений, при этом более стабильные масла дали чуть лучший результат. Но в целом все масла по этим параметрам показали высокий результат, характерный для высококачественных синтетик.

table-06

Высокотемпературные отложения на боковых поверхностях поршней, оставленные современными синтетическими маслами, не должны выходить за 1,5 балла шкалы ПЗВ. И не вышли. Шкала ПЗВ — это шкала экспертных оценок уровня отложений: абсолютно чистый поршень — 0 баллов, черный и грязный — 6 баллов.

Материалы по теме

НЕ ДЛЯ РОССИИ?

Почему масла по-разному проявили себя в ходе испытаний? Два из них — Motul 8100 X‑сlean FE и Mobil 1 ESP Formula — отработали без замечаний, а два других показали не столь оптимистичный результат. Сам характер старения масла, когда вязкость начинает гулять, а другие параметры в целом остаются в норме, чаще всего свидетельствует о том, что полимерные загустители масла, входящие в использованный пакет присадок, с чем-то конфликтуют.

Затевая эту экспертизу, мы хотели продолжить поднятую нами три года назад тему «масляной чумы» — непредсказуемого разложения масла, при котором образуется черный гудрон в каналах системы смазывания, масляном поддоне, клапанном механизме. Эта болезнь убила не одну сотню моторов. И масленщики в качестве одного из возможных виновников этой беды называли российский бензин. Тогда мы нашли и другие причины «чумы», причем подтвержденные экспериментом. Но надо было проверить и версию о влиянии плохого бензина.

Решение нашлось после нашей экспертизы дешевых 95‑х бензинов (ЗР, 2015, № 5), в ходе которой выяснилось, что большинство из них содержит запрещенный метанол. Именно такой бензин мы и использовали для наших испытаний

table-07

Испытанные синтетики дали сравнительно тонкие слои (в целом — близкой толщины) низкотемпературных отложений.

Таким образом, наши исследования подтвердили, что плохой бензин реально способен испортить масло, а вместе с ним и мотор. Да, но ведь масла Motul 8100 X‑сlean FE и Mobil 1 ESP Formula, работая на таком же бензине, никаких претензий к нему не высказали! Значит, пакет присадок можно скорректировать таким образом, чтобы и в наших условиях масло работало нормально.

Другое дело, что не всем это удается.

А пока повторяем: широким кругом объезжайте непроверенные АЗС! Что касается выбора моторного масла, то мы советуем отдавать предпочтение продуктам с более высоким значением HTHS.

Целее будут мотор, нервы и кошелек!

Как оценивали

01_MASLO

Полученные нами результаты носят относительный характер, применимый только к сопоставлению четырех испытанных синтетик. При сравнении моторных характеристик двигателя в тест включали еще одно масло — относительно простую анонимную полусинтетику того же класса вязкости, взятую как базу для сравнения. Стендовые испытания полностью исключают неопределенность, неизбежную при проверке на реальном моторе в обычных условиях эксплуатации. В последнем случае многое зависит от режимов работы двигателя, его технического состояния, стиля вождения, качества топлива, погоды за бортом и ряда случайных факторов.

SONY DSC

Примененная методика позволяет оценить сравнительное качество моторного масла по признакам, которые обычно учитываются при их допуске к применению различными автопроизводителями. Перечислим эти признаки.

Энергосбережение определяется по изменению среднего удельного расхода топлива при работе на испытывающемся масле по сопоставлению с базовым.

Защита от износа определяется по изменению массы контрольных деталей (вкладыши подшипников коленчатого вала и поршневые кольца), изменению размера деталей, содержанию продуктов износа в пробе моторного масла, отобранной после испытаний.

02_MASLO

Материалы по теме

Склонность к образованию высокотемпературных отложений определяется визуальной оценкой уровня загрязненности боковых поверхностей поршней. Склонность к образованию низкотемпературных отложений определяется по изменению массы контрольных весовых элементов — деталей двигателя, устанавливаемых в клапанной крышке (сетка маслоотделителя) и в масляном поддоне (приемный грибок масляного фильтра).

Экологические показатели определяются по изменению токсичности отработавших газов при работе двигателя по стандартному циклу испытаний на испытывающемся масле по сравнению с базовым.

Кроме того, оценивали сравнительный темп старения моторного масла и его влияние на показатели двигателя. Ресурсные показатели масла характеризовались динамикой изменения его вязкости, щелочного и кислотного чисел, изменением диспергирующей способности.

В качестве браковочных параметров, на основании которых производилась оценка сохранения работоспособности масла, применяли границы вязкости, определяемые его классом по SAE. Для масла класса SAE 5W‑30: кинематическая вязкость, замеренная при температуре 100 °C, должна быть в диапазоне 9,3–12,6 сСт. Кроме того, масло выбраковывали в том случае, если на каком-то этапе испытаний его щелочное число падало более чем на 50% от начального значения.

Высокотемпературная вязкость масла

table-08

В современных двигателях температура масла в рабочей зоне может доходить до 180–200 °C, особенно в паре трения поршневое кольцо — цилиндр двигателя. Вязкость масел даже одной группы по SAE при таких температурах может существенно различаться. Так, ранее проведенные нами экспертизы показали, что для масел группы «сороковок» при 150 °C кинематическая вяз‑ кость может меняться в диапазоне 5,4–6,8 сСт, то есть разбег достигает 25%! Для «тридцаток» относительная разница может быть еще больше.

Материалы по теме

Именно поэтому в редакциях правил SAE J300 начиная с 2001 года появилось понятие высокотемпературной вязкости HTHS. Это динамическая вязкость масла, определяемая на ротационном вискозиметре при фиксированных условиях — при скорости сдвига 106 1/с.

У производителей современных масел одинаковая цель — оптимизация работы двигателя, но для ее достижения они выбирают взаимоисключающие способы. Так, например, в описании масла Shell Helix Ultra говорится, что благодаря малой вязкости оно снижает потери на трение. А фирма Motul специально разработала масло 8100 X‑clean FE с высоким значением HTHS.

Кто же прав? Обратимся к теории. Любая пара трения в двигателе — это своеобразный подшипник: цилиндрический, если это подшипник коленчатого вала, или плоский (ползун), если это, допустим, пара трения поршневое кольцо — цилиндр. Так вот, одним из важнейших показателей качества работы подшипника является коэффициент нагруженности. Он определяется как отношение средней нагрузки на подшипник к рабочей вязкости масла, умноженной на скорость сдвига, и всё это умножается на квадрат отношения величины рабочего зазора к диаметру подшипника. Значение коэффициента нагруженности должно лежать в определенных пределах. Превышение влечет за собой резкое увеличение скорости износа и потерь на трение, но и слишком низкий коэффициент нагруженности приводит к росту потерь на трение.

Нагрузка и скорость в подшипнике — параметры режимные, их не трогаем. Если уменьшаем HTHS, то автоматически увеличиваем нагруженность подшипника. И компенсировать это можем только величиной рабочего зазора — его надо уменьшать. Но и тут есть свой лимит! Значит, для каждого мотора, с его особенностями конструкции и режимов работы, есть своя оптимальная высокотемпературная вязкость HTHS.

Более того, даже в случае одного мотора для каждого из режимов его работы будет своя оптимальная HTHS. И закон простой — чем выше нагрузка, тем выше должна быть вязкость.

А что говорят правила SAE J300? В них оговорена лишь зависимость от класса вязкости. Для «двадцаток» — не менее 2,6 мПа·с, для «тридцаток» и части «сороковок» — не менее 2,9 мПа·с, для остальных — не менее 3,7 мПа·с. Заметьте — не менее! А потому, в свете современных тенденций создания моторов, позиция бренда Motul нам все-таки ближе. Результаты проведенных испытаний укрепляют нас в этом мнении.

Редакция благодарит сотрудников лаборатории фирмы ВМПАВТО и лично ее директора В.Н. Кузьмина за техническую помощь в подготовке материала.

Характеристики моторных масел — RIXX Corporation

Технические характеристики моторных масел показывают, при каких условиях они способы защищать двигатель от износа, коррозии, загрязнений, возникающих в ходе работы. Информацию о типовых характеристиках можно найти в листе технического описания (TDS, Technical Data Sheet).

Основные технические характеристики моторных масел

Динамическая вязкость

Динамическая вязкость показывает зависимость изменения вязкости масла от скорости перемещения смазываемых деталей относительно друг друга. Определяется на имитаторе холодной прокрутки (CCs) при -30°С.

Вязкость кинематическая

Кинематическая вязкость показывает текучесть моторного масла при нормальной и высокой температуре. Равна отношению динамической вязкости к плотности масла. Для замера используют стеклянный вискозиметр: засекают период, за который масло стекает по капиляру.

Индекс вязкости

Индекс вязкости — это коэффициент изменения вязкости между двумя температурами. Чем выше коэффициент, тем меньше падение вязкости при нагревании масла. Масло с более высоким ИВ обладает лучшей текучестью при низких температурах и более высокую вязкость при рабочих температурах.

Температура вспышки (flash point)

Температура вспышки — самая низкая температура, при которой пары смазочного материала образуют смесь с воздухом, воспламеняющуюся при контакте с огнем. Само масло при этом еще не воспламеняется. Определяют в открытом или закрытом тигле, в последнем случае она на 20-25 градусов ниже..

Температура застывания (por point)

Температура застывания — самая низкая температура, при которой масло еще сохраняет текучесть. Температура застывания, согласно стандартам, на 3°С выше температуры застывания.

Температура застывания показывает возможность переливания моторного масла без необходимости подогрева.

Общее щелочное число (Total Base Number, TBN)

Показатель, характеризующий способность масла нейтрализовать кислоты, называется TBN (общее щелочное число). В процессе сгорания топливно-воздушной смеси образуются кислоты, которые негативно влияют на моторное масло — окисляют его. Чтобы противостоять этому процессу, в моторное масло добавляют специальные моющие и диспергирующие присадки, которые и повышают общую щелочность.

Широко используется метод ASTM D2896, при котором щелочность определяется путем титирования хлорной и уксусной кислотами.

Кислотное число (TAN)

TAN — показатель, характеризующий наличие в масле кислот, которые приводят к коррозии металлов. По этому показателю можно косвенно судить о качестве базового масла. В хорошо очищенных маслах II и III группы, например, TAN будет меньше, чем в I группе. Стандартный метод измерения — ASTM D664

Зольность

Зольность — это показатель количества несгораемых примесей, которые являются следствием наличия в масле комплекса присадок с металлическими и органическими компонентами. Для разных категорий масел существуют свои норматвы содержания сульфатной золы.

Полнозольные (Full SAPS) масла

По классификации ACEA — A1/B1, A3/B3, A3/B4, A5/
B5. Такие масла могут негативно сказываться на многоступенчатых каталитических нейтрализаторах и фильтрах DPF. Типичное значение зольности — 0,9 — 1,1%.

Среднезольные (Mid SAPS) масла

Согласно классификации ACEA имеют обозначения C2 и C3. Зольность таких масел колеблется в диапазоне 0,6-0,9%.

Малозольные (Low SAPS) масла

По классификации ACEA — C1 и C4. По стандарту содержание сульфатной золы не должно превышать 0,5%.

Испаряемость по методу Ноака

Испаряемость — это показатель, характеризующий склонность масла к угару. Выражается в процентах. Для качественных масел показатель не должен превышать 14%.

Выводы

Характеристики моторных масел довольно сложны и непосвященным людям, зачастую, не понятны. Поэтому мы рекомендуем подбирать масло согласно рекомендациям производителя.

Французские моторные масла RIXX полностью соответствуют требованиям ведущих автопроизводителей.

Серия

VM Часть 1 Основные сведения о модификаторах вязкости моторных масел

Серия из трех частей, посвященных модификаторам вязкости, посвященная основам модификаторов вязкости, описывающая преимущества модификаторов вязкости для характеристик моторного масла, спрос на моторные масла, которые могут помочь улучшить экономию топлива и снизить выбросы, а также подробно изучить меняющиеся тенденции в области высокоэффективных моторных масел, специально предназначенных для дизельных автомобилей большой грузоподъемности. В этой первой статье дается подробное представление о вязкости, о том, как вязкость контролируется с помощью различных классов вязкости моторных масел и как вязкость измеряется.

Что такое вязкость?

Вязкость — это показатель сопротивления жидкости потоку. Когда один слой жидкости скользит по другому слою той же жидкости, всегда присутствует определенный уровень сопротивления. Когда величина этого сопротивления высока, считается, что жидкость имеет высокую вязкость и обычно является более густой жидкостью, такой как мед. Когда сопротивление жидкости течению низкое, считается, что жидкость имеет низкую вязкость и, как правило, является более жидкой жидкостью, такой как оливковое масло.Поскольку вязкость многих жидкостей будет изменяться при изменении температуры, важно учитывать характеристики характеристик, которые жидкость должна демонстрировать от одного экстремального значения температуры к другому для конкретных применений.

Вязкость моторных масел

Моторные масла должны смазывать критически важные компоненты при всех температурах в пределах нормального рабочего диапазона двигателя. Низкие температуры приводят к сгущению моторного масла, что затрудняет его перекачку. Если смазка медленно достигает ключевых деталей двигателя, масляное голодание может вызвать чрезмерный износ.Кроме того, холодное густое масло может затруднить холодный запуск из-за вязкого сопротивления. И наоборот, нагрев приводит к разжижению моторного масла и, в крайних случаях, может снизить способность масла обеспечивать адекватное защитное покрытие на критически важных деталях. Это может привести к преждевременному износу и механическому выходу из строя поршневых колец и стенок цилиндров. Хитрость заключается в том, чтобы найти правильный баланс вязкости между толщиной и текучестью, и модификаторы вязкости являются решением. Модификаторы вязкости, которые представляют собой полимеры, специально разработанные для контроля вязкости смазочного материала в заданном диапазоне температур, помогают смазке обеспечивать адекватную защиту и текучесть.

Регулировка вязкости с помощью полимеров

Любой, кто вспоминает школьную химию, знает, что полимер — это большая молекула, состоящая из множества повторяющихся субъединиц, известных как мономеры. Натуральные полимеры, такие как янтарь, каучук, шеллак, шелк и дерево, являются частью нашей повседневной жизни. Искусственно созданные полимеры впервые стали широко использоваться в 1930-х годах для изготовления синтетических каучуков и нейлоновых чулок. К 1960-м годам было признано преимущество добавления полимеров на углеродной основе, часто называемых модификаторами вязкости, в моторное масло.На протяжении всего этого периода Lubrizol был лидером в области химии полимеров для моторных масел для легковых и грузовых автомобилей, предлагая, исследуя, тестируя и подтверждая свои преимущества благодаря усилиям сотрудников по всему миру.

Сегодня модификаторы вязкости (VM) являются ключевыми ингредиентами большинства моторных масел. Их роль заключается в том, чтобы помочь смесителям смазочных материалов достичь желаемых вязкостных (реологических) свойств, в основном снижая тенденцию к изменению вязкости смазочного материала при колебаниях температуры.Это эффективно достигается за счет использования определенных классов вязкости.

Классы вязкости

Проще говоря, класс вязкости означает толщину масла или вязкость. Есть два типа степени вязкости: моносорт и универсальный. Моносортные масла, такие как SAE 30, обычно предназначены для защиты двигателя при нормальной рабочей температуре, но могут терять текучесть при более низких температурах. В универсальных маслах обычно используются модификаторы вязкости для достижения большей гибкости, и их можно определить по диапазону вязкости, например SAE 10W-30.Буква «W» означает, что масло было протестировано на работоспособность как в холодную погоду, так и при нормальных рабочих температурах двигателя.

Чтобы лучше понять классы вязкости, полезно использовать примеры. Поскольку всесезонные масла сегодня являются стандартным моторным маслом для большинства легковых, легких и тяжелых грузовиков во всем мире, мы начнем с этого. Всесезонное моторное масло SAE 5W-30, наиболее широко используемое моторное масло для легковых автомобилей в Северной Америке, работает как класс вязкости SAE 5 зимой и как класс вязкости SAE 30 летом.5W (W означает зима) обозначает более жидкое масло и облегчает запуск при низких температурах. Масло быстро течет ко всем частям двигателя, и экономия топлива повышается, поскольку вязкое сопротивление масла на двигателе меньше. Компонент 30 SAE 5W-30 обеспечивает защиту более вязкого (более густого) масла для защиты от высоких температур во время вождения в летнее время, предохраняя масло от чрезмерного разжижения при контакте металла с металлом внутри двигателя.

Масла для тяжелых дизельных двигателей в настоящее время имеют более высокий класс вязкости SAE, чем моторные масла для легковых автомобилей.Во всем мире наиболее широко используемым классом вязкости SAE является SAE 15W-40, который является более вязким (более густым), чем SAE 5W-30, как зимой (части 5W и 15W в обозначении класса вязкости), так и летом (30 и 40 часть спецификации степени вязкости). Как правило, чем выше класс вязкости по SAE, тем более вязкое (густое) масло.

Хотя моносортные масла, такие как классы SAE 30 и 40, все еще распространены на некоторых рынках, они не содержат полимеров, изменяющих вязкость в зависимости от температуры.Использование всесезонного моторного масла, содержащего модификаторы вязкости, позволяет потребителю пользоваться двойными преимуществами простоты перекачки масла и запуска при сохранении высокотемпературной защиты от чрезмерного разжижения моторного масла. Кроме того, в отличие от моносортных моторных масел, потребителю не нужно беспокоиться о переходе с летнего на зимнее масло при сезонных колебаниях температуры.

Полимеры, не только загущающие свойства

На протяжении десятилетий испытания и исследования Lubrizol продемонстрировали эффективность виртуальных машин для повышения эффективности, чистоты и низкотемпературных характеристик смазочных масел, при этом обеспечивая долговечность и защищая оборудование от сильного износа.Начиная с 1970-х годов, Lubrizol владеет сотнями патентов на виртуальные машины, а ее ученые предоставили много сотен статей SAE и другим профессиональным организациям о преимуществах виртуальных машин. Lubrizol — признанный мировой лидер в этой области.

Типы и типичное использование виртуальных машин:

Полиизобутилен (ПИБ) был преобладающим ВМ для моторного масла 40–50 лет назад. ПИБ по-прежнему используются в трансмиссионных маслах из-за их выдающихся характеристик несущей способности.PIB были заменены олефиновыми сополимерами (OCP) в моторных маслах из-за их превосходной экономической эффективности и рабочих характеристик.
Полиметакрилатные (ПМА) полимеры содержат боковые алкильные цепи, которые препятствуют образованию кристаллов парафина в масле, обеспечивая отличные низкотемпературные свойства. ПМА используются в составе моторных масел для сверхэкономичных двигателей, трансмиссионных масел и трансмиссионных жидкостей. Как правило, они стоят дороже, чем OCP.
(OCP) широко используются в моторных маслах из-за их низкой стоимости и удовлетворительных характеристик двигателя.На рынке представлено много ХОП, различающихся по молекулярной массе и соотношению содержания этилена и пропилена. OCP являются доминирующим полимером, используемым в качестве модификаторов вязкости моторных масел.
Гидрогенизированные сополимеры стирола и диена (SBR) характеризуются преимуществами экономии топлива, хорошими низкотемпературными свойствами и превосходными характеристиками контроля отложений по сравнению с большинством других полимеров.
Гидрогенизированные радиальные полимеры полиизопрена обладают хорошей стабильностью к сдвигу при относительно низких скоростях обработки по сравнению с некоторыми другими типами ВМ.Их низкотемпературные свойства аналогичны OCP.

Измерение вязкости

В индустрии смазочных материалов созданы и усовершенствованы лабораторные испытания, с помощью которых можно измерить параметры вязкости и предсказать, как будут работать моторные масла с модифицированной вязкостью. Испытания соответствуют стандартам ASTM, и Lubrizol имеет собственные возможности для проведения всех испытаний, необходимых для разработки и оценки моторных масел с модифицированной вязкостью. Полный перечень характеристик вязкости моторного масла см. В Таблице 1 стандарта SAE J300, пересмотренного в апреле 2013 г.

Кинематическая вязкость — это наиболее распространенное измерение вязкости, используемое для моторных масел, и это мера сопротивления потока жидкости под действием силы тяжести. Кинематическая вязкость традиционно использовалась в качестве ориентира при выборе вязкости масла для использования при нормальных рабочих температурах.

Капиллярные вискозиметры измеряют расход фиксированного объема жидкости через небольшое отверстие при контролируемой температуре. Одним из распространенных тестов является капиллярный вискозиметр высокого давления, который используется для моделирования вязкости моторных масел в работающих подшипниках коленчатого вала для измерения вязкости при высоких температурах и сдвиге (HTHS).HTHS может быть связан с долговечностью двигателя в тяжелых условиях эксплуатации с высокими нагрузками и со вкладом моторного масла в топливную экономичность.

Ротационные вискозиметры измеряют сопротивление жидкости потоку, используя крутящий момент на вращающемся валу при постоянной скорости вращения. Один из типов — имитатор холодного пуска (CCS). В этом тесте измеряется вязкость при низких температурах, чтобы имитировать запуск двигателя при низких температурах. Масла с высокой вязкостью CCS могут затруднить запуск двигателя стартера в автомобиле.

Другой распространенный тест с роторным вискозиметром — это мини-роторный вискозиметр (MRV). Этот тест изучает способность масла перекачиваться после заданной термической истории, которая включает циклы нагрева, медленного охлаждения и выдержки в холоде. MRV полезны для прогнозирования моторных масел, склонных к отказу в полевых условиях в условиях медленного охлаждения (в течение ночи) в холодном климате.

Моторное масло иногда оценивают путем измерения температуры застывания (ASTM D97) и точки помутнения (ASTM D2500). Температура застывания — это самая низкая температура, при которой наблюдается движение масла при наклоне образца в стеклянной пробирке.Точка помутнения — это температура, при которой впервые наблюдается облако от образования кристаллов парафина. Эти методы больше не используются и были заменены спецификациями для низкотемпературной откачки, запуска и индекса гелеобразования.

Изменения вязкости могут иметь вредные для работы двигателя последствия, такие как чрезмерный износ, низкое давление масла, высокий расход масла, затрудненный запуск, а также низкий поток или его отсутствие во время холодного запуска. Влияние вязкости на характеристики двигателя и то, как модификаторы вязкости улучшают рабочие характеристики, будет подробно обсуждаться во второй части этой серии.

OELCHECK: Вязкость

В отличие от воды, которая имеет почти такую же текучесть в диапазоне от 0 ° C до 100 ° C, вязкость масла сильно зависит от температуры. Кроме того, на вязкость также влияют рабочее давление или такие факторы, как окисление или примеси. К сожалению, это становится еще более сложным, потому что текучесть масла не изменяется равномерно, то есть линейно, с температурой.

Вязкостно-температурные характеристики

Когда температура падает, масло всегда становится гуще, т.е.е. будет иметь более высокую вязкость. Когда в конечном итоге достигается точка затвердевания, масло становится настолько густым, что больше не может двигаться. С другой стороны, при повышении температуры вязкость значительно падает. Масло может стать очень жидким. Эти температурно-зависимые изменения необходимо учитывать при выборе смазочного материала. Необходимо соблюдать особую осторожность, поскольку вязкостно-температурные характеристики зависят от типа масла. Даже масла с одинаковой вязкостью, например, при 40 ° C, могут вести себя совершенно по-разному при 0 ° C или 100 ° C.

Изменение вязкости в зависимости от температуры не будет линейным, но может быть рассчитано «двойным логарифмическим способом». Температурные перепады, например, 10 ° C, не приводят к одинаковым скачкам изменения вязкости. Индекс вязкости (VI), который рассчитывается с помощью кинематической вязкости, измеренной при 40 ° C и 100 ° C, используется для описания вязкостно-температурного поведения масла. Этот параметр позволяет лучше сравнивать вязкость различных масел в зависимости от температуры.Метод расчета, описанный в ISO 2909, был разработан примерно 60 лет назад. Что касается индекса вязкости, худшим минеральным маслам, известным в то время, был присвоен индекс вязкости 0, а минеральным маслам с лучшими вязкостно-температурными характеристиками был присвоен индекс вязкости 100. В то время не существовало синтетических или всесезонных. масла. В настоящее время на вязкость могут влиять так называемые улучшители вязкости или синтетические масла до такой степени, что индекс вязкости выходит далеко за пределы 100. Следующие стандартные значения показывают, насколько высокий индекс вязкости может быть достигнут с помощью современных масел:

Тип масла или жидкости	Индекс вязкости
Минеральное масло	~ 95-105
900 Всесезонное масло 140-200
ПАО масло	~ 135-160
Сложный эфир	~ 140-190
Растительное масло	~
Гликоль	~ 200-220
Силиконовое масло	~ 205-400

Простым и широко используемым методом визуализации вязкостно-температурного поведения является диаграмма вязкость-температура (VT-диаграмма) по Уббелоде / Вальтеру.Используя математическое преобразование (двойной логарифмический расчет), поведение VT можно аппроксимировать до такой степени, используя прямую линию, проходящую через две точки (обычно при 40 ° C и 100 ° C), что вязкость при всех других температурах может быть определена по диаграмме. .

Различные области применения можно проиллюстрировать с помощью диаграммы VT. Масло HLVP с более высоким индексом вязкости может, например, охватывать более широкий температурный диапазон.

Вязкость-давление

Масла также становятся гуще при повышении давления.Вязкость-давление также является параметром, специфичным для смазочного материала, которым, однако, по большей части можно пренебречь, поскольку при давлении ниже 400 бар он практически не имеет значения. Изменение вязкости из-за увеличения давления на 100 бар непропорционально меньше, чем из-за повышения температуры на 10 ° C. Разработчики гидравлических систем и компонентов с высокими эксплуатационными характеристиками всегда учитывают влияние давления на вязкость, одновременно учитывая влияние температуры.

Помимо прочего, смазочные материалы предназначены для защиты поверхностей пар движущихся частей от износа путем создания эластичной смазочной пленки. Положительный эффект заключается в том, что с традиционными смазочными маслами вязкость смазочной пленки увеличивается до такой степени из-за преобладающего давления на нее, что поверхности остаются раздвинутыми.

С метрологической точки зрения вязкость смазочного масла, которая изменилась из-за высокого давления, очень трудно определить.Лишь немногие институты, такие как RWTH в Аахене, также могут проводить такие измерения.

Изменения вязкости при применении масел

Что касается замены масла, наиболее важным параметром при анализе отработанного масла является учет изменений вязкости. Вязкость масла может измениться не только по причине температуры и давления. Если вязкость образца отличается от начальных значений свежего масла или эталонного значения предыдущего анализа, причины могут быть следующими:

Увеличение вязкости

Во время работы масло поглощало кислород из-за температуры и, следовательно, окислялось.
Разложились ингибиторы окисления, добавки, замедляющие старение.
Образовались продукты старения и окисления, такие как кислоты и нерастворимые в масле компоненты.
Образовались лаковидные отложения, такие как смола и шлам.
Сажа, пыль, вода или остатки альтернативных видов топлива загрязняют масло.
Было использовано или залито неправильное масло.

Снижение вязкости

Улучшители вязкости, добавки для улучшения индекса вязкости, не были устойчивыми к сдвигу и разложились.
Несгоревшее топливо (плохое сгорание) привело к разбавлению масла.
Было использовано или залито слишком жидкое масло или масло неподходящего типа.
Перед заполнением систему промыли жидким промывочным маслом. Примешались остатки промывочного масла.

Классификация вязкости моторного масла — прошлое, настоящее и будущее на JSTOR

Абстрактный

В настоящее время предпринимаются масштабные усилия по пересмотру системы классификации вязкости моторных масел SAE, чтобы более реалистично отражать потребности пользователей.Чтобы понять, как развивалась нынешняя система, прослеживается история классификации, от первоначальной версии, впервые опубликованной в 1911 году, до нынешней версии 1976 года. Обсуждаются причины появления как высоко-, так и низкотемпературных классов вязкости, мультисортности и примечаний к таблице вязкости, а также других систем классификации, от которых отказались с годами. Критическая оценка настоящей классификации сделана на основе мнений, высказанных на открытом форуме SAE в прошлом году. Отмечается, что система достаточно усложнилась с четырьмя низкотемпературными и четырьмя высокотемпературными градациями, пятью сносками и приложением.Более того, классы вязкости для высоких температур основаны на нереально низкой температуре 98,9 ° C (210 ° F) и нереально низком сдвиговом (кинематическом) уровне вязкости по сравнению с условиями эксплуатации двигателя. Предлагается несколько предложений по улучшению системы, хотя не предлагается ни одного конкретного подхода. Сделан вывод, что для адекватного отражения влияния вязкости масла на работу двигателя в полевых условиях система классификации должна быть пересмотрена, чтобы включить в нее показатель текучести масла при низких температурах и показатель вязкости при высоких температурах и больших сдвиговых усилиях, который коррелирует с производительность двигателя — показатель, который еще не разработан.

Информация об издателе

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности. Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

границ | Измерение вязкости смазочных материалов с полимерными модификаторами вязкости в зависимости от давления и температуры

Введение

Срок службы подшипников и шестерен зависит от использования смазочных материалов. Смазочные материалы уменьшают трение и износ в высоконагруженных контактах и обеспечивают охлаждение, коррозионную стойкость и другие преимущества. Силы в механических компонентах передаются через тонкий слой смазки, который должен быть достаточно вязким, чтобы образовывать и поддерживать пленку жидкости между контактирующими поверхностями.

Вязкость является настолько важным свойством при разработке смазочных материалов, что желательно минимизировать отклонения в ее структуре, вызванные высокими температурами. Коммерческие смазочные материалы, такие как многовязкие автомобильные моторные масла, достигают этого с помощью полимерных присадок, используемых в качестве модификаторов вязкости (VM) или присадок, улучшающих индекс вязкости (VII). Эти растворимые полимеры помогают снизить термические изменения вязкости при сохранении желаемых характеристик смазочного материала, таких как образование пленки и способность к перекачиванию.

Знание свойств смазки, протекающей через контакт, важно для поддержания желаемых характеристик смазки и срока службы компонентов. Течение жидкости, в которой напряжение сдвига не линейно пропорционально скорости сдвига (т. Е. Неньютоновское поведение), является обычным для смазочных материалов, содержащих полимерные добавки. В течение последних нескольких десятилетий были предложены и проверены различные гипотезы для описания неньютоновской природы смазочных материалов. Наиболее популярной моделью является простой степенной закон, который успешно использовался для описания как псевдопластических, так и дилатантных жидкостей (неньютоновская жидкость, в которой вязкость сдвига увеличивается с приложенным напряжением сдвига) (Dyson and Wilson, 1965; Bayraktar and Kiran , 2000; Чу и др., 2006).

где η — вязкость, τ — напряжение сдвига, а γ ∙ — скорость сдвига. Показатель степени « n » является реологическим индексом. Жидкости с n > 1, n = 1 и n <1 соответствуют дилатантной жидкости, ньютоновской жидкости и псевдопластической жидкости соответственно.

Высоконагруженные элементы машин обычно работают в режимах эластогидродинамической смазки (EHL), когда нагрузки достаточно высоки, чтобы упруго деформировать их поверхности и создавать чрезвычайно высокие давления в контакте.В теории EHL обычно предполагается, что смазочные пленки ведут себя ньютоновским образом. Однако смазка в контакте EHL испытывает быстрые и чрезвычайно большие изменения давления, порядка 1-3 ГПа (Khonsari and Booser, 2008), быстрое время прохождения порядка 4 мс и — особенно со скользящими контактами — высокий сдвиг. скорости, которые могут быть порядка 10 ⁶ с ^-1. Эти условия поставили под сомнение нормальные предположения о ньютоновском поведении жидких пленок в соединениях ЭДЖ (Hamrock et al., 2004).

Ранние исследования влияния высокого давления на вязкость смазочных материалов были выполнены Бриджменом с использованием вискозиметра высокого давления с падающим телом (Bridgman, 1949). Бриджман сообщил, что вязкость масел увеличивается с увеличением давления. Его результаты предоставили данные коэффициента вязкости и давления, которые стали использоваться в теории EHL (Bair, 2000).

В 1949 году Грубин разработал принципы EHL, касающиеся смазки контактов качения, для прогнозирования толщины пленки (Грубин и Виноградова, 1949).В конце 1970-х годов Хамрок и Доусон разработали передовые численные подходы для расчета изотермической ЭДЖ эллиптических контактов (Доусон и Хамрок, 1976; Хамрок и Доусон, 1976, 1978). Были определены четыре безразмерных параметра: скорость ( U ), материал ( G ), нагрузка ( W ) и безразмерная толщина пленки ( H ). Общая формула для расчета толщины пленки смазочного материала в зоне контакта может быть выражена как:

, где K, a, b и c — числа, которые меняются в зависимости от геометрии контакта.Параметры U и W легко получить из условий испытаний и применения, но параметр материала, G = α * E ‘, зависит от α *, который является мерой прочности пьезовязкости. отклик, известный как коэффициент вязкости давления. α * является свойством смазочного материала и не может быть выбран как скорость или нагрузка. E ‘ — эффективный модуль упругости.

После многих лет исследований до сих пор нет общепринятого определения коэффициента вязкости под давлением (Vergne and Bair, 2014).Самый прямой подход к определению коэффициента вязкости смазочного материала — измерение его вязкости при высоком давлении. Однако большинство представленных данных о вязкости под давлением получено косвенно из измерения толщины центральной пленки ЭДЖ (например, конфигурация шаровой пластины на стеклянной пластине) (Bair, 2000). При прямом подходе α * первоначально оценивался по экспоненциальной зависимости вязкости от давления; то есть уравнение Баруса:

Значения α в уравнении Баруса не коррелируют с измеренными значениями толщины пленки при относительно низких давлениях.Можно использовать улучшенный коэффициент вязкости под давлением, основанный на асимптотическом изовязком коэффициенте давления (Blok, 1963; Bair, 2015). При прямом подходе с использованием данных вязкости при высоком давлении коэффициент асимптотической вязкости при локальном давлении определяется Баиром (Bair, 2007):

α ∗ ≈ [η0αNηN + ∑i = 1Nη0αiηi − ηi − 1ηiηi − 1] −1 (4)

где α _i — местный пьезовязкостной коэффициент,

αi = ln (ηiηi − 1) (pi − pi − 1) (5)

и η _i = η (p _i ) определяется из измерений вязкости при высоком давлении ( i относится к каждому измерению, а N — количеству экспериментов).Коэффициенты асимптотического изовязкого давления требуют измерений вязкости как функции давления, а также коэффициента вязкости при местном давлении. Следовательно, знание вязкости как функции давления и температуры желательно для получения реалистичного коэффициента вязкости под давлением и оценки толщины пленки EHL.

Ранее сообщалось о реологии смазочных материалов при высоком давлении (Bair and Winer, 1979; Bair et al., 2001; Chapkov et al., 2007; Баир, 2013; Вернь и Бэр, 2014). В этих исследованиях линейный переменный дифференциальный преобразователь использовался в вискозиметре с падающим телом для отслеживания положения грузила в камере вискозиметра (Bair and Winer, 1980). Баир и Куреши изучили зависимость вязкости от давления базовых компонентов моторных масел и полиальфаолефинового масла (ПАО-4) до 1,4 ГПа, установив уверенность в использовании вискозиметра с падающим телом под высоким давлением (Bair and Qureshi, 2002) в качестве инструмента измерения. Разделение фаз в базовом масле моторного масла наблюдалось при температуре около 1 ГПа при 70 ° C в очищенных минеральных маслах.Было высказано предположение, что это произошло из-за отделения парафинистого компонента минерального масла, которого нет в масле PAO. Баир и Куреши также отметили линейную зависимость вязкости от давления в образцах API Group III и PAO-4, испытанных до 100 МПа при 180 ° C. Авторы предположили, что такое поведение могло быть связано с величиной и направлением изменения объемного модуля и свободного объема с давлением и взаимодействием между ними.

Акки, Баир и Абхираман использовали вискозиметр высокого давления с падающим телом для измерения вязкости растворов полиэтилен-декалин до 600 МПа и при температурах выше 100 ° C (Akki et al., 1995). В этом исследовании предполагалось, что значительное увеличение вязкости с давлением может быть объяснено кристаллизацией образца, который может иметь частичное затвердевание. Кристаллизация, вызванная давлением, наблюдалась по рассеянию света, но при более высоких давлениях, чем те, которые были получены с помощью вискозиметра высокого давления. Эта разница в давлении была связана с зародышеобразованием в образце, вызванным сдвигом.

Баир и Винер также исследовали вязкость моторных масел различных классов SAE при высоком давлении при 40 °, 100 ° и 150 ° C при давлении до 550 МПа (Bair and Winer, 1988).Результаты вязкости при низком сдвиге показали почти одинаковую тенденцию зависимости вязкости от давления между стандартными составами и составами для экономии топлива. Однако два образца показали увеличение вязкости чуть ниже 300 МПа и 40 ° C. Этот эффект был замечен ранее, и было замечено отделение твердой фазы от масла. В отличие от предыдущих исследований, Mary et al. не наблюдали аномального увеличения вязкости смазочных материалов с полимерным загустителем под высоким давлением (Mary et al., 2013).

В литературе нет единого мнения относительно вязкости смазочных материалов на основе полимеров при высоком давлении. Таким образом, экспериментальные исследования поведения смазочных материалов с полимерными присадками при высоком давлении важны для лучшего понимания реологических свойств этих материалов. В данном исследовании представлены результаты экспериментов по изучению вязкости при высоком давлении, проведенных на нескольких коммерческих моторных маслах и лабораторных смесях синтетического масла с полиизобутиленовыми полимерными присадками.

Материалы и методы

В этом исследовании сообщается о двух сериях экспериментов. В первом наборе были измерены зависящие от давления и температуры вязкости шести полностью разработанных коммерческих всесезонных моторных масел с полимерными присадками VM. Эти шесть масел состояли из трех обычных минеральных масел и трех синтетических полиальфаолефиновых (ПАО) масел. Каждый набор из трех штук был от одного производителя. В таблице 1 перечислены масла и некоторые их свойства, которые были предоставлены производителями.Подробная информация о составе этих смазочных материалов недоступна, поскольку эти образцы были коммерческими готовыми продуктами.

Таблица 1 . Свойства коммерческих моторных масел, использованных в данном исследовании.

Вторая серия экспериментов была проведена для определения влияния молекулярной массы и концентрации полимера на зависимость вязкости от давления и температуры. Были смешаны четыре образца, которые состояли из полиизобутилена (ПИБ) с двумя молекулярными массами при двух различных концентрациях.Полиизобутилен был выбран в качестве добавки в этих экспериментах, потому что это обычный модификатор вязкости, используемый в смазочных материалах (Bruce, 2012). Первая группа образцов в этом наборе состояла из низкомолекулярного ПИБ (около 75 000 г / моль) и обозначена как «ПИБ А». Вторая группа состояла из смесей ПИБ с более высокой молекулярной массой (около 340000 г / моль) и обозначена как «ПИБ В». Молекулярные массы и другие свойства образцов PIB, предоставленных производителями, перечислены в таблице 2. PIB был смешан с базовым маслом ISO VG 10 PAO в концентрации 5% и 10% для образцов «PIB A», а также 10 и 15%. для образцов «ПИБ Б».

Таблица 2 . Свойства образцов ПИБ, использованных в данном исследовании.

Измерения вязкости при высоком давлении проводились с помощью двух вискозиметров с падающим телом: вискозиметра «высокого давления», способного измерять давление до 400 МПа, и вискозиметра «сверхвысокого давления», способного получать давления более 1 ГПа. Подробное описание вискозиметров падающего тела можно найти в литературе (Bair and Winer, 1980). Измерения, выполняемые в этих вискозиметрах, основаны на стоксовом потоке, в котором вязкость пропорциональна скорости падающего тела под действием силы тяжести, когда тело достигает предельной скорости.Температуру регулировали обтекающим воздухом нагреватели и камеру вискозиметра. Вязкость измеряли при 40 °, 75 ° и 100 ° C и более 10 отдельных значениях давления. Для каждого измерения вискозиметру давали прийти в состояние равновесия в течение не менее 30 минут, чтобы обеспечить стабильность давления и температуры. Эксперименты по вязкости проводились как с твердым грузиком (цилиндр без центрального пути потока, так и со скоростью 1 мм / с для вязкости около 0 ° С).03 Па · с и прикладывает напряжение сдвига около 6 Па) и грузила с полым корпусом (представляет собой трубу с центральным отверстием, которая падает со скоростью 1 мм / с при вязкости 5,5 Па · с и прикладывает напряжение сдвига к образец внутри камеры ~ 1 Па и 30 Па между чашкой и полыми грузилами). Неопределенность значений трудно определить из-за сложности и разнообразия образцов, но среднеквадратичное отклонение образца масла 5W-30 относительно линии регрессии Ясутоми составляет 94 мПа.с.

Трибологические эксперименты были выполнены на шаровом трибометре Wedeven Associates WAM6 Machine с шарами и дисками AISI 52100.В качестве смазочных материалов использовались ПАО10 и коммерческие масла 5W-30. WAM6 работал с соотношением скольжения 5%, продолжительностью 180 с и при температурах 40 °, 75 ° и 100 ° C. В каждом испытании прилагаемые нагрузки увеличивались от 50 до 160 Н, создавая средние контактные напряжения от 700 до 1000 МПа и максимальные контактные напряжения от 1000 до 1550 МПа. После каждого теста следы износа, образовавшиеся на дисках, исследовали с помощью оптического интерферометра Zygo NewView ™ 7300.

Результаты

Измерение вязкости промышленных моторных масел с твердым грузиком

На рис. 1 показаны зависимости вязкости промышленных моторных масел от давления и температуры, измеренные с помощью грузила для твердых тел.Сравнение смазочных материалов на минеральной (M) и синтетической (S) основе показано на рисунках 1A, B (масла 10W-30) и рисунках 1C, D (масла 5W-30). Во всех образцах и при всех температурах вязкость увеличивалась примерно экспоненциально (линейно с логарифмической шкалой) с давлением, имеющим вогнутую вниз форму, примерно до 500 МПа. Это ожидаемое поведение вязкости согласно уравнениям 1–4. Однако при давлениях выше 500 МПа большинство образцов показало заметное отклонение от этого ожидаемого поведения, в конечном итоге получив настолько большую вязкость, что любое движение грузила прекратилось.Сплошные треугольные символы на рисунках обозначают нижнюю границу оценки вязкости при давлении, при котором все движение твердого грузила прекратилось. Вязкости образцов, у которых движение грузила прекратилось, вернулись к исходным значениям после снижения давления. То есть нехарактерное увеличение вязкости, происходящее в этих смазочных материалах, было обратимым.

Рисунок 1 . Измерение давления-температуры-вязкости коммерческих моторных масел на основе минеральных (M) и синтетических (S) масел. (A) 10W-30 (M), (B) 10W-30 (S), (C) 5W-30 (M), (D) 5W-30 (S), ( E) 20W-50 (M) и (F) 0W-40 (S). Кинетические эффекты на вязкость можно наблюдать на Рисунках (B, D) в данных 40 ° C, где стандартная процедура приложения мгновенного давления сравнивается с приложением давления с шагом 20–30 МПа.

Аномальное увеличение вязкости при определенных температурах наблюдалось при аналогичных давлениях для смазок 5W-30 и 10W-30 как для синтетических (S), так и для минеральных (M) базовых масел, что позволяет предположить, что отклонения от ожидаемого поведения не были связаны с базовым масло.У образца 0W-40 остановки грузила при трех исследованных температурах не наблюдалось. Когда в этих экспериментах происходила остановка грузила, это наблюдалось, когда вязкость превышала примерно 10 ⁵ мПа · с. Хотя вязкость масла 0W-40 повышается с увеличением давления меньше, чем у масел 5W-30, 10W-30 или 20W-50, возможно, что масло 0W-40 остановится грузилом при давлении> 1 ГПа. Фактически, в данных 40 ° C, по-видимому, имеется перегиб вверх, соответствующий измерениям, выполненным при 800 и 1000 МПа.Однако недостаточно точек данных выше уровня 10 ⁵ мПа-с, чтобы определить, была ли остановка грузила неизбежной.

В этих экспериментах обычно использовалось

приращений давления 100 МПа. То есть после измерения вязкости при одном значении давления следующая точка данных была получена при p + 100 МПа. Однако вязкость образцов 5W-30 (S) и 10W-30 (S) также была измерена с приращениями давления 20 и 50 МПа при 40 ° C на рисунках 1B, D, соответственно, и данные обозначены зеленым цветом. круги.Результаты показывают, что увеличение давления меньшими приращениями может задержать начало остановки грузила.

Измерение вязкости лабораторных смесей ПАО / ПИБ с твердым грузилом

На рис. 2 показана вязкость чистого ПАО ISO VG 10 без полимерных добавок. При всех температурах вязкость увеличивалась примерно по экспоненте с давлением, что снова является ожидаемым поведением в соответствии с уравнениями 1–4. На рисунках 3A – D показаны зависимости вязкости от давления и температуры для двух смесей PIB.В то время как вязкость PAO с низкомолекулярным полимером («PIB A») не отклонялась от ожидаемого поведения при концентрации 10 мас.% При любой из трех температур, остановка грузила наблюдалась при 1 ГПа и 40 ° C в ПАО с 15 мас.% ПИБ А. Сравнение кривых вязкости, полученных для ПАО, смешанного с ПИБ В с более высокой молекулярной массой, показывает, что остановка грузила происходила при высоких давлениях в испытаниях при 40 ° и 75 ° С, проведенных на образце с 10 мас.% ПИБ Б, но не в образце с 5 мас.% ПИБ Б.В совокупности эти данные показывают, что остановка грузила зависела как от молекулярной массы, так и от концентрации полимера.

Рисунок 2 . Вязкость (мПа-с) как функция давления и температуры для PAO ISO 10.

Рисунок 3 . Вязкость (мПа-с) как функция давления и температуры для смеси (A) ПАО ISO 10 и PIB A (10 мас.%), (B) смеси PAO ISO 10 и PIB B (5 мас.%) ), (C) смесь PAO ISO 10 и PIB A (15 мас.%) И (D) смесь PAO ISO 10 и PIB B (10 мас.%).Треугольные символы обозначают самую низкую оценку вязкости, соответствующую давлению, при котором движение грузила прекратилось.

Трибологические измерения масел PAO 10 и 5W-30

На рисунках 4, 5 представлены аналитические результаты следов износа, образовавшихся на дисках, испытанных в маслах PAO 10 и 5W-30 соответственно. Каждый рисунок содержит карту поверхности в искусственных цветах, оптическое изображение, линейное сканирование и показатели поверхности (PV и Ra), полученные из шрамов износа с помощью трехмерной оптической интерферометрии.На рисунке 4 показано, что износ дисков при испытании масла PAO 10 зависел от температуры, поскольку повышение температуры приводило к уменьшению толщины смазочной пленки, таким образом, как и ожидалось, на испытанном диске наблюдался больший износ. при 100 ° C, чем на диске, испытанном при 40 ° C.

Рисунок 4 . Анализ следов износа, образовавшихся на дисках при 40 °, 75 ° и 100 ° C в испытаниях, проведенных с маслом ПАО 10. По часовой стрелке в каждом температурном поле отображается карта поверхности в искусственных цветах, оптическое изображение следа износа, значения PV и Ra на следе износа и линия, пересекающая след износа.

Рисунок 5 . Анализ следов износа на дисках при 40 °, 75 ° и 100 ° C в ходе испытаний, проведенных с маслом 5W-30. По часовой стрелке в каждом температурном поле отображается карта поверхности в искусственных цветах, оптическое изображение следа износа, значения PV и Ra на следе износа и линия, пересекающая след износа.

Последствия аномального поведения вязкости масла 5W-30 при 40 ° C можно увидеть на рисунке 5. В частности, при испытании 40 ° C наблюдался значительно больший износ, чем при измерениях 75 ° и 100 ° C, которые были объясняется потерей смазки при контакте, т.е.е., затвердевание. Линия на диаграмме 40 ° C на Рисунке 5 показывает канавку износа на диске глубиной около 1,5 мкм. Никаких других канавок износа не видно на линиях для любых измерений температуры на Рисунке 4 или при измерениях температуры 75 ° и 100 ° C на Рисунке 5. Трибологические характеристики масла 5W-30 при 40 ° C коррелируют с его характеристиками. аномальное поведение вязкости (см. рис. 1D) и предоставляет убедительные доказательства того, что эти два эффекта связаны.

Обсуждение

Результаты, представленные в предыдущем разделе, показывают, что вязкости как коммерческих смазочных материалов, так и лабораторных составов ПАО с полимерными присадками значительно отличаются от ожидаемого поведения при высоком давлении.Эти отклонения принимали форму либо перегиба, когда вязкость превышала примерно 10 ⁵ мПа · с, и / или резкой остановки твердого грузила, когда вязкость становилась бесконечной. Оба эти наблюдения противоречат предположениям, сделанным в классических формулах толщины пленки ЭДЖ, которые имеют плавную, монотонную зависимость вязкости от давления. Такое противоречивое поведение может привести к неточному прогнозированию толщины пленки в трибологическом контакте. Знание вязкости во входной зоне (низкое давление) контакта необходимо для расчета минимальной толщины пленки смазочного материала.Аномальное увеличение вязкости, наблюдаемое в этом исследовании, происходит при давлениях значительно ниже типичных контактных давлений, испытываемых многими механическими компонентами. Аномальное поведение вязкости смазочного материала во входной зоне контакта может существенно повлиять на формирование эластогидродинамической пленки, и, похоже, это произошло в экспериментах WAM6, проведенных на коммерческом моторном масле 5W-30 при 40 ° C.

Аномальное увеличение вязкости наблюдалось при аналогичных давлениях для коммерческих моторных масел 5W-30 и 10W-30 на синтетической и минеральной основе, что указывает на то, что поведение не зависело от типа базового масла.Кроме того, поскольку аномальное поведение вязкости наблюдалось в смесях ПАО / ПИБ, но не в чистом ПАО, следует сделать вывод, что аномальное поведение возникло из-за полимерных добавок. Результаты измерений PAO / PIB также показывают, что концентрация PIB влияла на реакцию вязкости на давление. Измерения вязкости смесей ПАО / ПИБ с разной молекулярной массой показывают, что аномальное поведение вязкости более вероятно в полимерах с большей молекулярной массой.

Наблюдение за тем, что вязкость товарных масел и лабораторных смесей может становиться бесконечной под действием давления, указывает на то, что полимерные добавки или растворы могут превращаться в твердые или полутвердые материалы при высоких давлениях. Фазовые переходы жидкость-твердое тело полимеров подразделяются на стеклование или кристаллизацию. Поскольку обычно предполагается, что вязкость будет превышать 10 ⁻¹² мПа · с в результате стеклования (Barlow et al., 1969; Harrison, 1976; Alsaad et al., 1978), если в PIB происходит фазовый переход, то это, вероятно, кристаллизация (LotfizadehDehkordi et al., 2016). Разделение фаз (т. Е. Затвердевшие полимеры вышли из раствора вместе с маслом), происходящее при критических комбинациях температуры и давления, может привести к прекращению падения твердого грузила, если твердые частицы были слишком большими, чтобы пройти между грузилом и стенкой камеры. . С другой стороны, отдельные твердые частицы в масле должны легко проходить через отверстие полого грузила, и скорость спуска полого грузила может быть замедлена, но не остановлена.

Поскольку измерения вязкости, выполненные на масле 5W-30, также привели к остановке полых грузил, можно предположить, что либо весь раствор затвердел, либо затвердевшие полимеры не были отделены друг от друга и могли образовать твердые монодомены. Интерпретации результатов трибологических испытаний подтверждают точку зрения, что затвердевшие полимеры больше не находились в растворе с базовым маслом при критических температурах и контактных давлениях. То есть при температурах и контактных давлениях, соответствующих остановке грузила в экспериментах по вязкости, рубец износа, образовавшийся в результате трибологических испытаний, согласуется с появлением рубцов, образованных чрезвычайно тонкой смазочной пленкой с абразивными частицами, проходящими через контакт.Трибологически полимеры, которые затвердевают во входной зоне контакта, могут действовать как частицы мусора и создавать абразивный поверхностный износ, если смазочная пленка достаточно тонкая. Если затвердевшие полимеры выпадают из раствора вместе с маслом, то ожидается, что толщина масла уменьшится в результате отсутствия функции изменения вязкости, обеспечиваемой полимером в жидком состоянии. Поэтому считается, что комбинация более тонкой смазочной пленки с твердыми частицами, протекающими через контакт, является причиной большого износа, возникшего при трибологических испытаниях с маслом 5W-30 при 40 ° C.

Исследования измерений вязкости, проведенные для промышленных моторных масел, показывают, что повышение давления с меньшими приращениями сместило начало остановки твердого грузила к более высоким давлениям. Увеличение давления с большими приращениями (например, 100 МПа) могло дать молекулам недостаточно времени для организации, поэтому фазовые переходы происходили при более низких давлениях. С другой стороны, приложение давления с меньшими приращениями могло дать молекулам полимера достаточно времени для организации, поэтому фазовые переходы происходили при более высоких давлениях.Поскольку кристаллизация имеет более медленную кинетику, чем стеклование в полимерах, данные подтверждают, что механизм кристаллизации более благоприятен, чем механизм стеклования.

На основании результатов, представленных в этом исследовании, фазовые переходы и отделение полимерных модификаторов вязкости от масел значительно изменили расчетную толщину смазочной пленки при критических температурах и давлениях. Ясно, что использование коэффициента вязкости под давлением в классических расчетах минимальной толщины пленки становится сомнительным для смазочных материалов при давлениях, превышающих те, которые требуются для начала полимерных фазовых переходов.Наконец, будущие исследования будут включать изучение других типов полимеров, таких как PAMA (полиалкилметакрилат) и OCP (олефиновый сополимер), а также определение характеристик полимеров с помощью DSC (дифференциальной сканирующей калориметрии).

Выводы

Эксперименты, проведенные в этом исследовании, показали, что полимерные добавки в маслах могут претерпевать фазовые переходы при давлениях <1 ГПа. Вязкость полностью разработанных коммерческих и лабораторных масел принимала форму положительных перегибов (изменение наклона) кривой зависимости давления от вязкости или резких превращений масла в жидкость с низкой вязкостью, содержащую твердые или полутвердые материалы при критических значениях. температуры и давления.Положительные изменения вязкости, зависящей от давления, имели место, когда вязкость превышала примерно 10 ⁵ мПа · с.

Зависимые от давления и температуры фазовые изменения, наблюдаемые в смазочных материалах реологически, трибологически совпадают с ускоренным износом, возникающим в результате уменьшения толщины смазочной пленки и попадания в контакт абразивных твердых частиц. В экспериментах по вязкости, проведенных на смесях ПАО / ПИБ, наблюдались фазовые переходы, которые коррелировали с молекулярными массами и концентрациями полимерных добавок ПИБ.Было обнаружено, что увеличение давления с меньшими приращениями увеличивает давление, связанное с фазовыми переходами, что предполагает, что может иметь место кинетический эффект, связанный с фазовым переходом полимера.

Авторские взносы

BL провела эксперименты и провела первичный анализ. PS предоставил руководство по смазке. GD предоставил руководство по трибологии и написал рукопись.

Финансирование

Это исследование финансировалось компанией Timken Company из Кантона, штат Огайо.

Заявление о конфликте интересов

BL был студентом Университета Акрона во время этого исследования. Сейчас он работает в ExxonMobil Corp и не заявляет об отсутствии конкурирующих интересов. Авторы заявляют, что это исследование получило финансирование от компании Timken. Спонсор предоставил доступ к трибологическому испытательному оборудованию для измерения износа отобранных растворов. Все авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы благодарны компании Timken; ДокторРайан Д. Эванс, директор по исследованиям и разработкам, за финансовую поддержку, и д-р Кулдип Кишор Мистри, специалист по разработке продуктов, за поддержку проекта. Профессор Али Диноджвала и профессор Стивен Чанг из Колледжа полимеров и полимерной инженерии Университета Акрона предоставили ценную информацию о свойствах и поведении полимеров. Мы также благодарим BASF за предоставленные образцы полимеров для этого исследования. Мы особенно благодарны доктору Скотту Бэру из Технологического института Джорджии за разработку, изготовление и руководство по испытаниям вискозиметров высокого давления.

Список литературы

Акки Р., Баир С. и Абхираман А. (1995). Низкая сдвиговая вязкость и кристаллизация в разбавленных растворах полимеров при высоких давлениях: вискозиметрия падающих тел растворов высокомолекулярного полиэтилена. Polymer Eng. Sci. 35, 1781–1784. DOI: 10.1002 / pen.760352207

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Alsaad, M., Bair, S., Sanborn, D., and Winer, W. (1978). Стеклование в смазочных материалах: его связь с эластогидродинамической смазкой (EHD). J. Tribol. 100, 404–416. DOI: 10.1115 / 1.3453197

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир, С. (2000). Давление-вязкость смазочных материалов до 1,4 ГПа и его связь с тяговым усилием EHD. Tribol. Transac. 43, 91–99. DOI: 10.1080 / 10402000008982317

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир, С. (2007). Реология высокого давления для количественной эластогидродинамики . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Баир, С.(2013). «Вискозиметры высокого давления», в Encyclopedia of Tribology eds Q. J. Wang и Y. W. Chung (Бостон, Массачусетс: Springer), 1663–1670. DOI: 10.1007 / 978-0-387-92897-5_600

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир, С. (2015). Критическая оценка зависимых от толщины пленки коэффициентов вязкости и давления. Lubricat Sci. 27, 337–346. DOI: 10.1002 / LS.1284

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир, С., Ярзинский, Дж., И Винер, В.О. (2001). Зависимость вязкости смазочного материала от температуры, давления и времени. Tribol. Int. 34, 461–468. DOI: 10.1016 / S0301-679X (01) 00042-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир С. и Куреши Ф. (2002). Точные измерения зависимости вязкости от давления в смазочных материалах. Tribol. Transac. 45, 390–396. DOI: 10.1080 / 10402000208982564

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир С. и Винер В. (1979). Измерение прочности смазочных материалов на сдвиг при высоком давлении. J. Tribol. 101, 251–257. DOI: 10.1115 / 1.3453339

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир С. и Винер В. (1980). Некоторые наблюдения о связи между механическими и диэлектрическими переходами смазки под давлением. J. Tribol. 102, 229–234. DOI: 10.1115 / 1.3251481

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баир С. и Винер У. О. (1988). Реологические характеристики моторных масел при сдвиге. Tribol. Сделка. 31, 317–324. DOI: 10.1080 / 10402008808981829

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барлоу А., Эргинсав А. и Лэмб Дж. (1969). Вязкоупругая релаксация в жидких смесях. Proc. R. Soc. Лондон . 309, 473–496. DOI: 10.1098 / RSPA.1969.0053

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Байрактар, З., и Киран, Э. (2000). Смешиваемость, фазовое разделение и объемные свойства в растворах поли (диметилсилоксана) в сверхкритическом диоксиде углерода. J. Appl. Polymer Sci. 75, 1397–1403. DOI: 10.1002 / (SICI) 1097-4628 (20000314) 75:11 <1397 :: AID-APP12> 3.0.CO; 2-F

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блок, Х. (1963). «Обратные задачи гидродинамической смазки и директивы по проектированию для смазываемых гибких поверхностей». in Proceedings of the International Symposium on Lubrication and Wear , eds D. Muster, B. Sternlicht, (Хьюстон, Техас; Беркли, Калифорния: McCutchan Publishing), 7–79.

Google Scholar

Бриджмен, П.W. (1949). Вязкость до 30 000 кг / см ³. Proc. Являюсь. Акад. Arts Sci. 77, 117–128.

Google Scholar

Брюс, Р. У. (ред.). (2012). Справочник по смазке и трибологии: теория и проектирование , Vol. 2. Лондон: CRC Press, Taylor and FrancesGroup.

Google Scholar

Чапков А., Баир С., Канн П. и Любрехт А. (2007). Толщина пленки в точечных контактах в обобщенных ньютоновских условиях ЭДЖ: численный и экспериментальный анализ. Tribol Int. 40, 1474–1478. DOI: 10.1016 / j.triboint.2007.01.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чу, Х. М., Ли, В. Л. и Чанг, Ю. П. (2006). Тонкопленочная эластогидродинамическая смазка — степенная модель жидкости. Tribol Int. 39, 1474–1481. DOI: 10.1016 / j.triboint.2005.10.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доусон Д. и Хэмрок Б. (1976). Численная оценка деформации поверхности упругих тел при контактном напряжении Герца. ASLE Transac. 19, 279–286. DOI: 10.1080 / 05698197608982804

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дайсон А. и Уилсон А. (1965). «Статья 3: толщина пленки при эластогидродинамической смазке силиконовой жидкостью», Труды Института инженеров-механиков , Материалы конференции (Лидс), 97–112. DOI: 10.1243 / PIME_CONF_1965_180_323_02

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грубин А., Виноградова И.(1949). Основы гидродинамической теории смазки тяжелонагруженных цилиндрических поверхностей. Invest Contact Mach Components 30,115–166.

Google Scholar

Хэмрок, Б. Дж., И Доусон, Д. (1976). Изотермическая эластогидродинамическая смазка точечных контактов: часть 1 — Теоретическая постановка. J. Tribol. 98, 223–228.

Google Scholar

Хэмрок, Б. Дж., И Доусон, Д. (1978). Упругогидродинамическая смазка эллиптических контактов для материалов с низким модулем упругости I — полностью затопленное соединение. J Tribol. 100,236–245.

Google Scholar

Хэмрок, Б. Дж., Шмид, С. Р., и Якобсон, Б. О. (2004). Основы смазки жидкой пленкой , 2-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: CRC press, McGraw-Hill.

Google Scholar

Харрисон, Г. (1976). Динамические свойства переохлажденных жидкостей . Лондон; Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Academic Press.

Google Scholar

Хонсари М. М., Бузер Э. Р. (2008). Прикладная трибология: конструкция подшипников и смазка , 2-е изд.Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья.

Google Scholar

Лотфизаде, Дехкорди, Б., Шиллер, П. Дж., Мистри, К. К., и Долл, Г. Л. (2016). « Вязкость при высоком давлении и трибология смазочных материалов с добавками модификаторов вязкости» в материалах Ежегодного собрания STLE , 2016 г. (Лас-Вегас, Невада).

Мэри К., Филиппон Д., Лафарж Л., Лоран Д., Ронделес Ф., Баир С. и др. (2013). Новое понимание взаимосвязи между молекулярными эффектами и реологическим поведением загущенных полимером смазочных материалов под высоким давлением. Tribol Lett. 52, 357–369. DOI: 10.1007 / s11249-013-0214-y

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вернь П., Баир С. (2014). Классический EHL против количественного EHL: перспективная часть i — реальная зависимость вязкости от давления и коэффициент вязкости от давления для прогнозирования толщины пленки. Tribol Lett. 54, 1–12. DOI: 10.1007 / s11249-014-0302-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

(PDF) Технические характеристики текучести отработанных и новых моторных масел

Инженерный факультет Словацкого сельскохозяйственного университета в Нитре

Инженерный факультет Чешского университета естественных наук в Праге

Применение физических исследований в машиностроении

Аноним, 2006: Технология онлайн-мониторинга состояния жидкостей.Практика анализа масел

Журнал 2, 15-21

Стандарт ASTM, 1996: Ежегодная книга стандартов ASTM — Раздел 5 Нефтепродукты, смазочные материалы,

и ископаемое топливо, Американское общество испытаний и материалов, Вест Коншохокен, Пенсильвания

Стандарт ASTM, 2005: Стандартный метод испытаний для низкой температуры, низкой скорости сдвига,

Зависимость вязкости / температуры смазочных масел с использованием метода температурного сканирования

, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005, DOI: 10.1520 / D5133-05,

www.astm.org

Černý J., 2011a: Vlastnosti motorových olejů, Díl desátý — Otěrové kovy, он-лайн, доступен по адресу www:

2011

Černý J., 2011b: Viskozita, Vlastnosti motorových olejů, on-line, процитировано 12 июля 2011 года, доступно по адресу

: //www.oleje.cz/index.php? left = main & page = clanky_vlastnosti_oleju2

Černý J., 2011c: Základní funkce olejů, Vlastnosti motorových olejů, он-лайн, процитировано 17 июля 2011 г.,

доступно на www.

Чалупа, М., 2005: Комбинированный метод анализа динамических свойств приводной системы. Журнал

«Машиностроение и электротехника». София 2005, ISNN 0025-455X.

Чалупа М., Веверка Дж. И Влах Р., 2009. Влияние расчетных параметров на путь транспортного средства.

Динамическая нагрузка.В материалах 2-й Международной мультиконференции по проектированию и технологическим инновациям

. Орландо, стр. 365-369.

Доусон, Д., 2000. Тонкие пленки и трибологические интерфейсы. Опубликовано Elsevier, ISBN-13: 978-0-

444-50531-6

Fitch, E.C., 2002: Температурная стабильность. Machinery Lubrication Magazine 3, 35-39

Фризо Д. и Болкато Ф., 2004: Реологические свойства некоторых ньютоновских пищевых жидкостей. Rivista di

Ingegneria Agraria 2, 75-80

Guo, B., Лайонс, В. и Галамбор, А., 2007: Технологии производства нефти и газа. Elesevier Science

and Technology Books, ISBN 0750682701

Hlaváč, P., 2007: Реологические свойства темного пива, Труды исследований и преподавания

Физика в контексте университетского образования, Нитра, 5-6.6.2007, pp 169-175

ISO 8217: 2005, Нефтепродукты — топливо (класс F)

Khonsari, MM, 2007: Низкие температуры и пределы вязкости. Machinery Lubrication Magazine 2,

26-31

Kumbár, V., Севера, Л., Глос, Дж., Чорняк, Ш., 2011: Влияние использования присадок на продление срока службы моторного масла

, Протоколы диагностики надежности износа, 4-5 октября 2011 г., Брно, в

пресс

Что такое вязкость? Определение, формула, классы вязкости

Что такое вязкость? Определение, формула, классы вязкости Что такое вязкость? Определение, формула, классы вязкости Перейти к содержанию

Мы используем файлы cookie на нашем веб-сайте.Некоторые из них очень важны, а другие помогают нам улучшить этот веб-сайт и улучшить ваш опыт.

Принять все

Сохранить

Индивидуальные настройки конфиденциальности

Подробная информация о файлах cookie Политика конфиденциальности Отпечаток

Предпочтение конфиденциальности

Здесь вы найдете обзор всех используемых файлов cookie.Вы можете дать свое согласие на использование целых категорий или отобразить дополнительную информацию и выбрать определенные файлы cookie.

Имя	Borlabs Cookie
Провайдер	Eigentümer dieser Веб-сайт
Назначение	Speichert die Einstellungen der Besucher, die in der Cookie Box von Borlabs Cookie ausgewählt wurden.
Имя файла cookie	borlabs-cookie
Срок действия печенья	1 Jahr

Модификаторы вязкости

— Oronite

Основы модификации вязкости

Объяснение характеристик и индекса вязкости.

перейти к

индекс вязкости

Параметр, характеризующий реакцию жидкости на изменение температуры.

перейти к

полимерная технология

Обеспечение наиболее экономичного использования модификатора вязкости.

перейти к

заявок

Чаще всего применяется для легковых автомобилей и тяжелых грузовиков.

перейти к

Торговая марка PARATONE — лидер отрасли в модификаторах вязкости с наследием, уходящим корнями в 1930-е годы. ПАРАТОН История продукта включает создание первого модификатора вязкости олефинового сополимера (OCP) в 1970 году и важные инновации с тех пор. Наши продукты разработаны для обеспечения надежных, низкотемпературных характеристик, высокой эффективности загущения и повышенной устойчивости к сдвигу.

Oronite обеспечивает более 20% рынка модификаторов вязкости.

недавние и будущие разработки

новая поставка

В 2018 году завод присадок Oronite в Гонфревиле, Франция, начал смешивать концентраты модификаторов вязкости PARATONE.

новых блендеров сторонних производителей

У нас есть девять квалифицированных сторонних блендеров по всему миру, что расширяет нашу надежную международную цепочка поставок.

технологические инновации

Разработка модификаторов вязкости следующего поколения для удовлетворения постоянно меняющихся потребностей рынка. Наши модификаторы вязкости PARATONE 24EX и 35EX являются прекрасным примером.

Основы модификации вязкости

производительность

Моторные масла предназначены для смазывания движущихся частей двигателя и уменьшения трения и износа металлических поверхностей.Для хорошего выполнения этих функций моторные масла должны обладать приемлемыми вязкостными характеристиками в широком диапазоне рабочих температур двигателя и условий сдвига. Смазочные материалы могут достичь этого, добавив модификаторы вязкости.

вязкость

Вязкость — это мера сопротивления жидкости течению. Жидкость с высокой вязкостью описывается как «более густая». или «тяжелее», в то время как жидкость с низкой вязкостью описывается как «более тонкая» или «более легкая».”

определение индекса вязкости

Индекс вязкости (VI) — это широко используемый метод определения изменения вязкости жидкости в зависимости от температуры. Разработчики рецептур моторных масел полагаются на модификаторы вязкости, чтобы улучшить вязкостную реакцию состава на температуру. В Термины «улучшители индекса вязкости» и «модификаторы вязкости» взаимозаменяемы в промышленности.

индекс вязкости

Вообще говоря, вязкость любой жидкости зависит от температуры.С повышением температуры вязкость уменьшается, и наоборот. Индекс вязкости (VI) — это параметр, который характеризует реакцию жидкости на изменение температуры. В частности, он описывает степень изменения вязкости при температуре от 40 ° C до 100 ° C. Состав моторного масла, который демонстрирует большое изменение вязкости между этими двумя температурами, имеет низкий индекс вязкости, в то время как другое масло, имеющее менее резкое увеличение вязкости, будет иметь более высокий индекс вязкости.

Хотя наука может быть сложной, вязкость важна, потому что она влияет на свойства моторного масла, такие как толщина масляной пленки (критически важна для защиты деталей двигателя в высокотемпературных средах двигателя) и прокачиваемость при низких температурах (необходима для защиты двигателей во время запуска в холодном климате). .Возможность подбирать вязкость смазочного материала также важна для достижения установленных правительством целей по экономии топлива.

полимерная технология

Модификаторы вязкости изготавливаются из полимеров, которые представляют собой длинные и гибкие молекулы, используемые в производстве разнообразных ассортимент продукции, включая покрытие / изоляцию электрических проводов, автомобильную отделку, кровельную черепицу, покрытия, краски, каучуки и присадки к смазочным материалам.Когда полимерные змеевики взаимодействуют с маслом и друг с другом, они становятся все более устойчивыми к течению, а это означает, что мы можем добавлять их в масла для увеличения их вязкости.

Чтобы убедиться, что модификатор вязкости используется наиболее экономичным способом, важна эффективность загущения полимера (TE). TE описывает повышение кинематической вязкости масла при 100 ° C после добавления определенного количества полимера. Oronite рассчитывает безразмерное TE, которое колеблется от 0.От 5 до 4,0. Полимер с высоким значением ТЕ указывает на то, что он является сильным загустителем.

ТЕ в первую очередь зависит от химического состава и молекулярной массы полимера. Большие молекулы лучше загустители, чем маленькие одни и, при той же молекулярной массе, некоторые химические соединения полимеров являются лучшими загустителями, чем другие. Однако есть компромисс. Хотя большие молекулы являются хорошими загустителями, они также легче разрушаются, что влияет на устойчивость масла к сдвигу.Индекс устойчивости к сдвигу (SSI) полимера-модификатора вязкости определяется как его устойчивость к механическому разрушению под действием напряжения сдвига.

заявок

Модификаторы вязкости используются в всесезонных моторных маслах, жидкостях для автоматических трансмиссий, жидкостях для гидроусилителя руля, трансмиссионных маслах, консистентных смазках и некоторых гидравлических жидкостях. Безусловно, наиболее распространенное применение — легковые автомобили и грузовики большой грузоподъемности. Для этих целей используется более 80% всех модификаторов вязкости, продаваемых на мировом рынке смазочных материалов.

Классы вязкости

Признавая, что вязкость масла является критическим параметром характеристик смазочного материала, в 1911 году Общество автомобильных инженеров (SAE) создало градуированную систему для классификации вязкости моторного масла таким образом, чтобы потребителю было легко понять. Сегодня организация SAE International® продолжает обновлять и поддерживать систему классификации вязкости моторного масла SAE J300, которая определяет — как для жарких, так и для холодных условий — определенные марки и связанные с ними пределы вязкости.

Модификаторы вязкости используются разработчиками моторных масел, чтобы гарантировать, что их всесезонные смазочные продукты соответствуют требованиям требования к вязкости желаемых марок SAE J300 (например, 5W-20, 15W-40).

Узнайте больше о классификации вязкости моторного масла SAE J300

температурные и сдвиговые режимы работы

Все моторные масла должны обеспечивать соответствующие характеристики вязкости во всем рабочем диапазоне двигателя.Для достижения этой цели, Составители рецептур моторных масел полагаются на модификаторы вязкости для обеспечения требуемых вязкостных характеристик как при малых сдвиговых усилиях. и среды с высокими сдвиговыми усилиями при воздействии широкого диапазона температур смазочного материала — от очень холодного до очень горячего. В автомобильная промышленность приняла несколько ключевых тестов специально для количественной оценки характеристик моторного масла в широком диапазоне диапазон температур и условий сдвига.

низкотемпературный / низкий сдвиг

Когда малый сдвиг возникает при низкой температуре в масляном картере и трубопроводах, по которым масло от масляного поддона попадает в картер. двигателя, модификаторы вязкости должны обеспечивать необходимый контроль вязкости.Слишком густое масло в этих условиях может вызвать масляное голодание.

низкая температура / высокая скорость сдвига

В условиях низких температур / высоких значений сдвига в подшипниках двигателя наблюдается высокий сдвиг — высокая вязкость. это может привести к слишком сильному сопротивлению проворачиванию двигателя и невозможности запуска двигателя.

высокая температура / низкая скорость сдвига

Традиционное измерение высокой температуры / низкого сдвига — это кинематическая вязкость при 100 ° C (kV100C).Это определяет масло класса SAE для высоких температур. Высокотемпературные условия с малым сдвигом наблюдаются в путях утечки (масляные уплотнения, за поршневыми кольцами), а слишком низкая вязкость может повлиять на расход масла.

высокая температура / высокая скорость сдвига

Испытание на вязкость при высоких температурах и сдвиге (HT / HS), которое проводится с использованием масла, нагретого до 150 ° C, измеряет вязкость. и указывает толщину масляной пленки, которая может встречаться в подшипниках, кулачках и т. д., при тяжелых скоростных операции. Слишком жидкое масло в этих условиях может не обеспечить необходимой защиты от смазки. что может привести к значительному износу этих критически важных деталей двигателя.

Влияние температуры

Использование модификаторов вязкости в смазочном масле компенсирует плохую температурную реакцию самого базового масла, которое имеет тенденцию становиться тоньше при высоких температурах и гуще при низких температурах.Гибкая молекула полимера, растворенная в смазочном масле, улучшает ее температурный отклик, ослабляя изменения вязкости за счет изменения размера самого полимера.

При низких температурах энергия полимерного змеевика уменьшается и становится небольшой. Его влияние на текущую нефть поэтому меньше, и его вклад в вязкость масла при низкой температуре невелик. Когда масло нагревается, молекула полимера расширяется.Большой объем змеевика препятствует свободному движению масла больше, чем небольшой змеевик, что помогает предотвратить снижение вязкости. Следовательно, загущающее влияние полимера на вязкость масла при высоких температурах больше, чем влияние при низких температурах, что приводит к эффекту «улучшителя индекса вязкости».

временная и постоянная потеря вязкости

Во время обычной работы двигателя и при продолжительном использовании моторные масла подвергаются более экстремальным механизмам сдвига, которые разрушают молекулы полимера, снижая молекулярную массу масла.Это может привести к потере вязкости и последующему уменьшению толщины масляной пленки. Если слишком сильно, это может вызвать нежелательное трение и двигатель. носить с маслами, состав которых не соответствует надлежащим вязкостным характеристикам.

В условиях отсутствия сдвига / отсутствия потока полимерная спираль имеет примерно сферическую форму. Когда масло начинает течь, гибкий полимерный змеевик реагирует на градиент скорости в масле.Змеевик деформируется (удлиняется) и выравнивается по направлению потока. Искаженный змеевик препятствует потоку масла в меньшей степени, чем исходный сферический змеевик, и наблюдаемая вязкость масла падает. Это известно как «истончение сдвига». Когда напряжение сдвига снимается, искаженный змеевик восстанавливает свою первоначальную сферическую форму, а вязкость масла возвращается к исходному значению. Это разжижение при сдвиге называют «временной потерей вязкости».

расчет остаточной потери вязкости / индекса устойчивости к сдвигу

В сценарии постоянной потери вязкости полимер подвергается физическому разрушению, которое нельзя отменить, если сдвиг снимается.Следовательно, вязкость масла постоянно снижается. Тест дизельного инжектора Курта Орбана — это часто используемый тест для количественной оценки остаточной устойчивости к сдвигу. Он измеряет постоянное снижение вязкости масла после (обычно) 30 циклов через испытательное оборудование.

Вязкость масла во время испытания падает из-за разрушения полимерного змеевика. Другими словами, только эта часть вязкость масла, обусловленная полимером-модификатором вязкости, подвержена разрушению.Ни один базовое масло и пакет присадок не подвержены постоянной потере вязкости. Кроме того, разные полимеры-модификаторы вязкости имеют разные характеристики устойчивости к сдвигу в зависимости от молекулярной массы и химической природы каждого из них. Те модификаторы вязкости, которые имеют более высокую молекулярную массу, имеют большую склонность к разрушению полимерной катушки.

Индекс устойчивости к сдвигу (SSI) полимера-модификатора вязкости определяется как его устойчивость к механическому разрушению (разрыв полимерной катушки) под действием напряжения сдвига.Пример. В состав масла входит базовое масло с вязкостью 5 сантистокс (сСт), и модификатор вязкости используется для увеличения его вязкости до 15 сСт. Таким образом, вклад модификатора вязкости в вязкость составляет 10 сСт. Во время испытания на сдвиг вязкость масла падает до 12 сСт. Он безвозвратно потерял вязкость на 3 сСт. Таким образом, индекс устойчивости к сдвигу (SSI) полимера-модификатора вязкости составляет 3 сСт (потери), разделенные на 10 сСт (вклад модификатора вязкости), или 30% SSI.

Модификаторы вязкости

доступны в широком диапазоне SSI, и разработчики масел выбирают соответствующий модификатор вязкости, который позволяет им удовлетворить свои эксплуатационные характеристики готового масла и маркетинговые потребности.

скорости сдвига в различных режимах двигателя

В разных частях двигателя обычно встречаются разные скорости сдвига смазочного материала. На приведенном ниже графике показано, как скорость сдвига может повлиять на вклад полимера в вязкость типичного масла. Оба высоких операционных температуры и высокие скорости сдвига вызывают снижение вязкости, что приводит к уменьшению толщины масляной пленки.Сохранение вязкости всесезонных масел при эксплуатации в полевых условиях является важной характеристикой производительности, поскольку для защиты двигателя от износа требуется соответствующая толщина масляной пленки.