Важность вязкости масла

Рис. Bizol

В первом патенте Benz Motor Car с 1886 года, так называемый капельная смазка и лубрикатор капота. У Ford Model T в 1908 году уже была система разбрызгивания масла, похожая на сегодняшнюю. Поскольку двигатель внутреннего сгорания очень зависит от смазки, возникла необходимость стандартизации моторного масла. Уже в 1911 году недавно созданная Ассоциация автомобильных инженеров (SAE) приняла первую классификацию моторных масел. Это было так называемое Спецификация № 26, которая ранжирует такие продукты на основе их удельного веса, температуры воспламенения и горения. Масла с более высокой вязкостью были «тяжелее» и имели более высокие температуры воспламенения и горения.

С тех пор моторные масла иногда по-прежнему характеризуются весом, хотя их вязкость начала использоваться в качестве основного параметра для всех будущих спецификаций SAE с 1923 года.

Типы вязкости

Последняя спецификация SAE J300 была принята в 2015 году и определяет четыре различных типа вязкости: кинематическая вязкость при 100 ° C (KV100), максимально допустимая структурная вязкость (CCS), предельная температура прокачиваемости, высокотемпературная вязкость (HTHS).

Вязкость масла является важным параметром, определяющим его пригодность для конкретной цели. Все движущиеся части двигателя отделяют масляную пленку. Контакт с несмазываемым металлом с другим металлическим элементом может иметь катастрофические последствия и его следует избегать. Чтобы масло выполняло свои функции, оно должно достигать критических точек, требующих смазки в нужное время. Поток масла через каналы или основной маслопровод в двигателе в значительной степени определяется его кинематической вязкостью. Поэтому KV100 следует учитывать в первую очередь при выборе правильного продукта. Тем не менее, автомобиль ездит круглый год, условия, преобладающие летом, диаметрально отличаются от зимних. Когда температура падает, моторное масло становится более вязким, превращаясь в твердое вещество, похожее на мыло. Если это произойдет, запуск двигателя может оказаться невозможным.

По этим причинам в классификации SAE J300 также указаны вязкость CCS и предел прокачиваемости. Наконец, при высокой нагрузке на двигатель температура масла в подшипниках может повыситься до 150-200 ° C, и в то же время очень высокие сдвигающие силы приводят к измельчению частиц масла на более мелкие фрагменты. В результате вязкость падает. Чтобы гарантировать надлежащую смазку подшипников в таких сложных условиях, SAE J300 определяет минимальную вязкость HTHS (высокая температура) для каждой степени вязкости.

Слишком высокая вязкость не выгодна, так как масло может не достигать всех компонентов вовремя и недостаточно быстро рассеивать тепло. Однако использование масла с более высокой вязкостью, чем рекомендуется, не имеет катастрофических последствий. Это происходит после каждого холодного запуска двигателя. Слишком низкая вязкость, при которой масло легко капает и не выдерживает давления, намного опаснее. Это вызывает быстрый износ подшипников, поршней, колец и даже их засорение и почти наверняка увеличивает расход масла.

Многие важные подсистемы в двигателе сильно зависят от давления масла, такие как гидравлические натяжители цепи газораспределительного механизма и системы изменения фаз газораспределения (VVTs). Если давление слишком низкое, эти системы могут не работать должным образом, например, сдвиг во времени работы кулачков клапанов повлияет на производительность, расход топлива и выбросы, а также на возможное зажигание двигателя («Проверьте двигатель»).

Технологии производства

Долгое время производство смазочных материалов считалось дешевой конечной стадией процесса нефтепереработки, наряду с производством топлива. Наиболее важными базовыми маслами, которые использовались в смазках картера, являются масла с вязкостью от 100 до 600 сСт (от 20 до 130 сСт при 100 (F)), а также минеральные базовые масла с высшей степенью вязкости в диапазоне от 1000 до 5000 сС. , так называемый яркий инвентарь.

Тем не менее, в последние десятилетия наблюдается постоянное снижение производства и использования минеральных базовых масел (формирующих группу API I). Старый процесс очистки растворителем уступает место более современному, экономичному и экологичному процессу, называемому гидроочисткой. Используется для производства базовых масел групп API II и III.

Одним из основных недостатков гидроочистки является невозможность получения продуктов с высокой вязкостью - не более 200 сС. Поэтому современные смазочные материалы сильно зависят от полимерных загустителей. Эти вещества также выполняют еще одну полезную функцию - они увеличивают индекс вязкости масла (VI - индекс вязкости), отсюда и их название - улучшители индекса вязкости (VII - улучшители индекса вязкости).

Современные масла

В настоящее время большинство моторных масел являются многосезонными продуктами, которые обеспечивают адекватную производительность как в холодном, так и в жарком климате. Они описываются двумя числами, например: SAE 10W-40, первое число - 10, затем "W" - относится к характеристикам при низких температурах. Зимой масло ведет себя как односезонный (зимний) класс SAE 10W, то есть позволяет запускать двигатель при -25 ° C, не теряя способности течь при температурах до -30 ° C. Второе число - 40 указывает, что летом такое же масло ведет себя как летний класс SAE 40: у него KV100 в диапазоне 12,5-16,3 сСт, а вязкость HTHS составляет не менее 3,5 сП.

Чем больше разница между вторым и первым числовым значением, тем шире температурный диапазон применения масла. Масла, такие как 0W-40, 5W-50 и 10W-60, имеют индекс вязкости около 180, хотя можно увеличить этот параметр даже до 200-220. Высокий индекс является желательной характеристикой, поскольку масло обладает большей стабильностью в отношении вязкости, несмотря на изменения температуры.

Практические преимущества зависят от того, как была достигнута высокая вязкость, потому что может возникнуть много опасностей. Например, если базовое масло из API II 150N с KV40 = 28 сСт и KV100 = 5,2 сСт (VI = 109) использует отпечатки индекса вязкости полимера в виде 15% олефинового сополимера (OCP), мы получим продукт с увеличенным содержание полимера с KV40 = 83 сСт и KV100 = 12 сСт (VI = 140). В результате коэффициент вязкости увеличился с 109 до 140.

Аналогичные свойства, что и масло-полимерная смесь, не содержащее полимеров масло 600N. Однако они отличаются температурой воспламенения, причем масла сгущаются с полимерами почти так же, как исходное базовое масло (150N, FP 220 (C)), что значительно ниже температуры воспламенения базового масла без полимеров (600N, FP 270 (C)).

Вторым важным сравнительным параметром является испаряемость. Масла, загущенные полимерами, имеют почти то же самое, что и исходное базовое масло (150 Н, 15% по массе Ноака), что намного выше, чем у неполимерных базовых масел (600 Н, 2% по массе Ноака).

Вывод заключается в том, что улучшители вязкости следует использовать с осторожностью и умеренностью. Хотя они помогают улучшить вязкость продукта, могут ухудшиться другие важные характеристики, такие как устойчивость к сдвигу. Поэтому SAE J300 определяет диапазон HTHS для каждой степени вязкости, а коммерчески используемые улучшители вязкости характеризуются индексом устойчивости к сдвигу (SSI). Другими проблемами, которые могут быть связаны с использованием указанных полимеров, являются окисление, загущение и гелеобразование масла.

Состав и цена товара

Олефиновые сополимеры (OCP) стали стандартным решением для низкобюджетных продуктов, в то время как стирол и полиалкилметакрил (PAMA) все чаще используются в продуктах самого высокого качества. Таким образом, данные по вязкости в классификации SAE J300 еще не все говорят. Все четыре «типа» вязкости можно регулировать, и различия в эффективности продукта все еще можно увидеть, потому что традиционная вискозиметрия не применяется к химической стабильности молекул улучшителя, их возможному взаимодействию с другими компонентами смазочного материала или неньютоновским реологическим свойствам полимерной пленки, содержащей масло.

В настоящее время масла с более низкой вязкостью используются для снижения расхода топлива. Однако следует помнить, что в работающем двигателе смазка картера всегда в определенной степени разбавляется топливом. Степень разбавления зависит от типа двигателя и условий вождения. Городской транспорт, характеризующийся постоянным движением и остановкой, является неблагоприятным в этом отношении. В худшем случае масло может содержать до 10-15% топлива. Другой случай - движение на высокой скорости, например, в гонке серийных автомобилей, где для охлаждения двигателя намеренно используются богатые топливно-воздушные смеси. В результате разбавления топливом моторное масло легко меняет вязкость на один градус, например, 5W-30 внезапно изменяется в 5W-20. Масло также разжижается, когда двигатель сильно загружен и нагрет, например, при натягивании прицепа.

Некоторые производители, как правило, вводят больший запас прочности в свои формулы, устанавливая целевую вязкость KV 100 в середине каждого класса и высокотемпературную вязкость (HTHS) намного выше допустимого минимального значения. Другие пытаются сдвинуть границу, чтобы максимально сократить расход топлива. Например, 5W-40 с KV100 = 14,5 сСт устойчив к разбавлению топливом на 4-5%, не выпадая из класса. Аналогичный продукт, способствующий экономии топлива, с такими же параметрами (5W-40 с KV100 = 13,0 сСт) с разбавлением топлива только на 2% снизится на один класс. Поэтому безопаснее использовать более высокий класс, чем рекомендует производитель двигателя, но не стоит использовать масла, которые встречаются реже, чем рекомендуется.