Высокоплотные смазочные материалы
Плотность автомобильных масел варьируется на уровне 0,68–0,95 кг/л. Смазочные жидкости с показателем выше 0,95 кг/л относят к высокоплотным. Такие масла снижают механическую нагрузку при гидравлической передаче без потери производительности. Однако в силу повышенной густоты смазка не проникает в труднодоступные участки поршневых цилиндров. Как результат: увеличивается нагрузка на кривошипно-шатунный механизм (коленвал). Также растёт расход смазочного материала и чаще образуются коксовые отложения.
Через 1,5–2 года смазочная жидкость уплотняется на 4–7% от первоначального значения, что сигнализирует о необходимости замены смазочного материала.
Плотность масел
Реальная плотность моторных масел находится в пределах от ρ = 0,68…0,89 г/см³ до ρ = 0,95…1,03 г/см³. Поэтому принято их разделять:
- на легкие (до ρ = 0,88 г/см³);
- средние, ρ = 0,89…0,93 г/см³;
- тяжелые, ρ = 0,95…1,03 г/см³.
Легкие обычно имеют низкий показатель вязкости µ = 5…7 сСт (характеристика кинематической вязкости). У тяжелых смазок значение может составлять µ = 12…17 сСт.
Низкая вязкость позволяет проникать в самые мелкие отверстия, но несущая способность подобных смазочных материалов невысокая. Она может выдавливаться, допуская сухое трение.
Минеральные масла
В результате крекинг-процесса производится разделение фракций нефти по плотности. После отделения топливных фракций, используемых для сжигания в цилиндрах мобильной техники, остаются тяжелые составляющие. Их используют для производства смазочных материалов.
Для придания определенных свойств моторных масел в них добавляют присадки:
противопенные присадки снижают возможность образования тонких пленок. Наличие подобных компонентов не дает возможность транспортировать по системе смазки смесь жидкости и газа. Поэтому при выжигании этих компонентов ухудшаются характеристики масла. Теряя противопенные составляющие, масляная основа увеличивает плотность;
противопригарные присадки работают дольше всех. В их составе используют соли редкоземельных металлов. Эти же присадки понижают адгезионные свойства. Несущая основа меньше прилипают к поверхности металла (чугуна, стали и алюминия). По мере срабатывания компонентов несколько снижается плотность масла;
моющие присадки содержат соли натрия и калия. Их наличие в составе смесей помогает вымывать пригоревшие остатки из небольших щелей и отверстий
Самое важное – это удаление остатков масла и замена новой порцией на коренных и шатунных шейках. По мере выгорания моющих составляющих наблюдается рост плотности.
Для этих типов моторных смазок важно то, что они имеют наибольшую плотность. При нагрузке на сопрягаемые детали КШМ при невысокой частоте вращения коленчатого вала (до 4000-5000 об/мин) несущая способность масляной пленки удовлетворительная
Синтетические масла
В результате переработки пропана получают псевдоожиженные составляющие. Они являются основой для создания смазочных материалов. В зависимости от давления и температуры, создаваемых в процессе формирования длинных полимеров, образуются разные несущие жидкости. Они используются в качестве основы для моторных масел.
Большинство производителей использует в качестве основы одни и те же компоненты. Различия формируются только за счет используемых присадок. Отечественные и зарубежные производители разрабатывают свои типы присадок. У большинства из них применяют аналоги. Различия незначительные.
Для большинства современных автомобилей применяют универсальные масла. У них в маркировке указывается W (winter – зимний вариант использования), а также второе число, указывающее на работу в летний период.
Класс моторного масла по SAE | Плотность, г/см³ | ||
при 20 ⁰С | при 100 ⁰С | при 120 ⁰С | |
5w30 | 0,863…0,868 | 0,781…0,786 | 0,762…0,770 |
5w40 | 0,867…0,872 | 0,775…0,781 | 0,751…0,757 |
10w30 | 0,865…0,868 | 0,801…0,808 | 0,792…0,800 |
10w40 | 0,865…0,870 | 0,810…0,817 | 0,801…0,804 |
15w40 | 0,910…0,915 | 0,863…0,871 | 0,853…0,860 |
20w50 | 0,872…0,880 | 0,835…0,842 | 0,822..0,831 |
Показатели кинематической вязкости | |||
Класс моторного масла по SAE | Кинематическая вязкость, сСт | ||
при 20 ⁰С | при 100 ⁰С | при 120 ⁰С | |
5w30 | 12,3…12,7 | 8,8…9,3 | 7,8…8,3 |
5w40 | 12,7…13,2 | 9,4…9,8 | 8,5…9,1 |
10w30 | 14,4…15,0 | 9,1…9,6 | 8,8…9,4 |
10w40 | 15,3…15,6 | 9,6…9,9 | 9,1…9,4 |
15w40 | 16,7…17,2 | 10,6…11,0 | 9,9…10,3 |
20w50 | 18,3…18,8 | 11,3…11,8 | 10,8…11,1 |
Плотность и вязкость сохраняется на приемлемом уровне в широком диапазоне температур.
Полусинтетические масла
При производстве полусинтетики производители добавляют примерно 60…70 % по объему минеральные составляющие, остальная часть представлена в виде синтетики. По своим характеристикам такие смазки являются промежуточными по показателям. Для тяжелой техники чаще применяют именно этот тип материалов.
Образцы отечественного автопрома, выпущенные до нулевых годов, рекомендуется эксплуатировать именно на этих видах моторного масла.Плотность полусинтетики на 3…7 % выше, чем у чистой синтетики.
Преимущества и недостатки использования
Прежде чем заливать в двигатель ту или иную присадку, намереваясь поднять давление, нужно понимать, что такие смеси в движке могут приносить пользу и вред. Причём иногда это происходит одновременно.
Неоднократно случалось так, что автомобилист залил вещество, и двигатель стал работать ещё хуже, появились новые проблемы и неисправности. После такого он вряд ли будет заливать присадку ещё раз, и начнёт рассказывать всем, насколько это плохо и неправильно. В действительности, чтобы не столкнуться с проблемами с использованием присадок для повышения давления, нужно знать, в чём их сильные и слабые стороны.
Начнём с преимуществ. Тут выделяют такие причины для применения:
- временное устранение низкого давления в масляной системе;
- увеличение пробега и возможность своим ходом добраться до автосервиса;
- залив присадку, можно немного отсрочить приближающийся ремонт;
- снижается трение, нормализуется работа внутренних компонентов;
- создаётся защитный слой на поверхностях;
- работа двигателя становится тише и немного мягче.
Учтите, что всё это касается качественных присадок, которые были правильно и своевременно использованы.
Что же касается недостатков, то они такие:
Меняется химический состав масла. При правильной дозировке качественной присадки ничего страшного не произойдёт. Если же нарушить инструкцию, либо купить сомнительную присадку, двигатель может повести себя самым непредсказуемым образом. Ведь масло поменяло свой состав. И к чему это приведёт, предугадать сложно.
Большое количество подделок. Покупая присадку, нужно быть уверенным, что это не фальсификат. Копируют обычно известные и хорошо продаваемые составы.
Плохое растворение
Важно ещё учитывать способность присадки раствориться в моторном масле. Не всегда это происходит действительно качественно
А если добавка не смешается, то и эффекта от неё ждать не стоит.
Временный эффект. На долгую работу присадки, даже самой качественной, рассчитывать не стоит. Это временное решение проблемы, уйти от которой никак не получится.
Проблема многих автомобилистов в том, что они рассчитывают на некое чудо, веря рекламе. А потом разочаровываются, почему вдруг эта чудо жидкость не защитила от капитального ремонта. Пишут гневные комментарии и портят репутацию продукта, который на деле выполняет свои функции.
Плотность масел
Реальная плотность моторных масел находится в пределах от ρ = 0,68…0,89 г/см³ до ρ = 0,95…1,03 г/см³. Поэтому принято их разделять:
- на легкие (до ρ = 0,88 г/см³);
- средние, ρ = 0,89…0,93 г/см³;
- тяжелые, ρ = 0,95…1,03 г/см³.
Легкие обычно имеют низкий показатель вязкости µ = 5…7 сСт (характеристика кинематической вязкости). У тяжелых смазок значение может составлять µ = 12…17 сСт.
Низкая вязкость позволяет проникать в самые мелкие отверстия, но несущая способность подобных смазочных материалов невысокая. Она может выдавливаться, допуская сухое трение.
Минеральные масла
В результате крекинг-процесса производится разделение фракций нефти по плотности. После отделения топливных фракций, используемых для сжигания в цилиндрах мобильной техники, остаются тяжелые составляющие. Их используют для производства смазочных материалов.
Для придания определенных свойств моторных масел в них добавляют присадки:
противопенные присадки снижают возможность образования тонких пленок. Наличие подобных компонентов не дает возможность транспортировать по системе смазки смесь жидкости и газа. Поэтому при выжигании этих компонентов ухудшаются характеристики масла. Теряя противопенные составляющие, масляная основа увеличивает плотность;
противопригарные присадки работают дольше всех. В их составе используют соли редкоземельных металлов. Эти же присадки понижают адгезионные свойства. Несущая основа меньше прилипают к поверхности металла (чугуна, стали и алюминия). По мере срабатывания компонентов несколько снижается плотность масла;
моющие присадки содержат соли натрия и калия. Их наличие в составе смесей помогает вымывать пригоревшие остатки из небольших щелей и отверстий
Самое важное – это удаление остатков масла и замена новой порцией на коренных и шатунных шейках. По мере выгорания моющих составляющих наблюдается рост плотности.
Для этих типов моторных смазок важно то, что они имеют наибольшую плотность. При нагрузке на сопрягаемые детали КШМ при невысокой частоте вращения коленчатого вала (до 4000-5000 об/мин) несущая способность масляной пленки удовлетворительная
Синтетические масла
В результате переработки пропана получают псевдоожиженные составляющие. Они являются основой для создания смазочных материалов. В зависимости от давления и температуры, создаваемых в процессе формирования длинных полимеров, образуются разные несущие жидкости. Они используются в качестве основы для моторных масел.
Большинство производителей использует в качестве основы одни и те же компоненты. Различия формируются только за счет используемых присадок. Отечественные и зарубежные производители разрабатывают свои типы присадок. У большинства из них применяют аналоги. Различия незначительные.
Создавая моторные смазки, каждый присваивает свой бренд. Однако, для большинства пользователей важны не наименования, а реальные возможности, которые определяются по системе SAE (предназначение масел по температурному режиму).
Для большинства современных автомобилей применяют универсальные масла. У них в маркировке указывается W (winter – зимний вариант использования), а также второе число, указывающее на работу в летний период.
Зависимость вязкости масла от температур
Как ни странно, но от вязкости зависит не только возможность применения масла в определенном диапазоне температур, но и срок его службы, а соответственно, и периодичность замены. С чем это связано? Читайте дальше.
Необходимую вязкость маслу обеспечивают вязкостные присадки. Они представляют собой длинные синтетические цепочки, которые имеют разное поверхностное натяжения с двух сторон. Чем ниже температура, тем они больше сворачиваются в «клубочек» и обеспечивают необходимую текучесть масла при минусовых температурах.
В описаниях к моторным маслам часто пишут: «Обеспечивает еще более легкий запуск двигателя при низких температурах». Это и есть та самая способность вязкостных присадок сворачиваться в «клубочек».
А как изменяется вязкость масла при повышении температуры? В таком случае «клубочки» вязкостных присадок наоборот разворачиваются в цепочки и, произвольно ориентируясь во всем объеме масла, обеспечивают высокую вязкость при высоких температурах.
Длина цепочек вязкостных присадок зависит от вязкости масла: чем больше диапазон между зимним и летним параметром, тем цепочка длиннее. Причем, если сравнивать длину цепочки масла 5w-30 и 5w-40, то она будет длиннее в разы (не на проценты, а в разы).
Чем длиннее цепочка, тем на меньшее количество сворачиваний и разворачиваний она рассчитана. После определенного количества повторений эти цепочки начинают разрушаться, масло теряет свою вязкость и требует замены. Вот именно от длины этой цепочки в основном и зависит интервал замены масла.
Безусловно, на периодичность замены масла большое влияние оказывают и другие пакеты присадок. Но речь об этом пойдет в другой раз, а сейчас мы это рассматривать не будем.
Запомните главное: чем больше диапазон между зимним и летним параметрами вязкости масла, тем меньше интервал его замены. И наоборот.
Приведем один показательный пример. Ещё недавно в некоторых дилерских центрах во время гарантийного сервисного обслуживания в автомобили заливали масло 5w-50 на 15000 км пробега, мотивируя тем, что это классное современное масло, созданное для спортивных режимов.
Да, это действительно классное современное масло, и создано оно специально для спортивных режимов. Но оно не рассчитано на 15000 км. Его нужно менять через пять, ну максимум – через шесть тысяч пробега, потому что вязкостная цепочка у него длинная, и она начнет разрушаться как раз через эти 5-6 тысяч км. Имейте это в виду.
На всякий случай, даем ссылку на нашу инструкцию по замене масла в двигателе.
Температура застывания и вспышки
Существуют температурные пределы, при которых масло полностью перестает функционировать. Нижний называется температурой застывания, ее достижение означает, что масло потеряло текучесть и застыло. Де-факто функционировать оно может перестать раньше: еще до застывания текучесть станет настолько низкой, что смазочная жидкость перестанет прокачиваться через фильтр. Обычно это происходит за 5–7 градусов Цельсия до достижения температуры застывания. Грамотные производители учитывают такую возможность при определении класса масла: даже при температурных значениях, близких к минимуму, смесь еще будет прокачиваться. Верхний же предел называется температурой вспышки. Это температурное значение, при котором масла испарится настолько много, что, если рядом окажется источник огня, пары загорятся. Обычно оно выше 200 градусов и недостижимо, если с машиной все в порядке, но показатель позволяет понять скорость испарения масла даже в нормальных условиях. Чем ниже температура вспышки, тем активнее испаряется жидкость.
Что такое плотность масла?
Для покупателя привычно видеть на упаковке такие параметры, как вязкость по SAE, классификации качества по API или ACEA. Удельная плотность моторного не относится к основным характеристикам, ее значение можно узнать из расширенной классификации или по результатам тестов.
С точки зрения физики, эта величина определяется отношением массы вещества к его объему. То есть, чем больше единиц массы умещается в определенный объем – тем выше значение.
Чтобы понять, как работает система измерения, обратимся к эталону:
Величину 1 кг/л имеет дистиллированная вода при температуре 4°C.
Поскольку в смазочных материалах содержатся различные вещества, многие из которых легче воды – плотность масла ниже.
Обратите внимание
Разговорная форма «легче» имеет прямое отношение к плотности материала. Употребляя это слово, мы как раз имеем в виду, что при одном и том же объеме, вещества имеют разный вес.. Плотность отработанного моторного масла будет отличаться от свежего, скорее всего в сторону увеличения
Это связано с тем, что часть легких жидкостей улетучивается, а тяжелые примеси добавляются. Это шлаки, взвесь твердых частиц, сажа, и пр
Плотность отработанного моторного масла будет отличаться от свежего, скорее всего в сторону увеличения. Это связано с тем, что часть легких жидкостей улетучивается, а тяжелые примеси добавляются. Это шлаки, взвесь твердых частиц, сажа, и пр.
Таким образом, понятно, что базовое значение зависит от основы масла, и состава его присадок.
Для сведения
Мошенники часто производят очистку отработанных масел, для повторной продажи в упаковках известных брендов. При этом, даже после тщательного удаления всех примесей, которыми «богата» отработка, такие характеристики, как плотность, не восстанавливаются.
Зная правильное значение этого параметра, вы легко сможете проверить приобретаемый продукт «на подлинность».
Присадки: какие бывают и как влияют на вязкость масла
Присадки – комплексные добавки с определенным назначением и функциями. Производители стараются равномерно распределять присадки, которые имеют разную функциональность и степень ответственности за ту или иную часть двигателя. Равномерный подбор и совместимость присадок является гарантией полного раскрытия потенциала масла с точки зрения его срока годности, моющих и защитных характеристик, антиокислительных и антикоррозионных функций.
Рассмотрим основные виды присадок:
Моющие присадки
- Диспергирующие присадки – препятствуют накапливанию продуктов горения, которые попадают в картерный отсек. Главными действующими веществами этих компонентов являются калиевые и кальциевые соединения.
- Чистящие присадки – их основой выступают сульфофенаты, сульфонаты и алкилсалцитаты. Их используют вместе или раздельно для обеспечения сбалансированности химического состава. Главной функцией этих присадок является расщепление твердых осадочных отложений, которые собираются в труднодоступных узлах. По эффективности эти присадки вполне можно сравнить с бытовыми моющими средствами.
Еще одной задачей детергентов является нейтрализация кислотных составляющих благодаря наличию щелочи.
Моющие компоненты бывают двух видов:
- Активные – имеют агрессивную степень воздействия на осадки. Их удаление происходит настолько быстро и эффективно, что у старых двигателей велика вероятность отшелушивания частиц на стенках цилиндров. В связи с этим масло с такими добавками не рекомендуется заливать в двигатель с большим пробегом, чтобы избежать засорения шелухой смазочных магистралей и сухого голодания отдельных узлов.
- Мягкие – принимают непосредственное участие в растворении накипи и шелухи, что позволяет предотвратить засоры и избежать разъедания стенок двигателя. Соответственно такие компоненты больше подходят для старых моторов.
Дисперсные присадки
Формула дисперсных компонентов моторного масла делает его весьма эффективным по отношению к продуктам горения, придерживая их во взвешенном состоянии. Иными словами, это позволяет компенсировать негативное влияние грязевых отложений на механизмы конструкции. Отсутствие дисперсных присадок привело бы к тому, что сернистые осадки накапливались бы на поверхности деталей, что привело бы к разрушению стенок агрегатов и ускоренному износу двигателя. А дисперсные присадки не дают сере, саже и другим вредным веществам оседать на поверхности.
Терморегулирующие присадки
Роль терморегуляторов имеет важное значение в стабилизации вязкости лубриканта при резких температурных перепадах в регионах с интенсивным изменением климата. Эти компоненты отличаются высокой устойчивостью по отношению к термическим процессам и критически низким температурам в зимнее время года
Еще одним важным свойством терморегуляторов является сохранение прочности масляной пленки даже при сильных перегревах ДВС. Кроме того, терморегулятор поддерживает оптимальную вязкость независимо от времени года вплоть до следующей замены масла.
Вторичные присадки
Значение вторичных присадок состоит в дополнительном улучшении базовых присадок моторного масла:
- молибденовые составляющие
- ингибиторы коррозии
- фрикционные элементы
- депрессоры
- загустители
Сколько присадок в масле
В зависимости от вязкости SAE моторное масло содержит разное количество присадок.
Рассмотрим их объем на примере самых популярных масел:
- масло 5W-30 содержит 5-8% присадок
- масло 10W-30 содержит 6-7% присадок
- масло 5W-40 содержит 12-15% присадок
Зависимость вязкости моторного масла от температуры
С ростом температуры вязкость моторного масла падает, т.е. масло становится более жидким. Вязкость масла может уменьшаться в интервале температур от 0 °С до +100 °С в сотни и тысячи раз. На практике этот эффект используется при замене масла – масло всегда меняют после прогрева двигателя, т.е. когда масло разжижается, иначе слить его максимально полно с двигателя нельзя.
«Обычное минеральное» моторное масло при 0 °С гуще воды более чем в сотни и тысячи раз, а при +100 °С всего лишь в десятки. Кинематическая вязкость моторного масла показывает именно «степень густоты» моторного масла. Она измеряется в сСт (сантиСтоксы или мм /с, 1 сСт = 1 мм /с).
Скорость падения кинематической вязкости с ростом температуры характеризуется ИНДЕКСОМ ВЯЗКОСТИ масла. Проще говоря, индекс вязкости показывает «степень разжижения» масла. Это безразмерная величина, т.е. не измеряется в каких-либо единицах (метрах, километрах, килограммах и т.д.) – это просто цифра!
Чем ниже индекс вязкости моторного масла, тем сильнее масло разжижается, т.е. толщина масляной пленки становится очень маленькой (а за этим следует повышенный износ). Чем выше индекс вязкости моторного масла, тем меньше масло разжижается, т.е. обеспечивается необходимая для защиты трущихся поверхностей толщина масляной пленки.
На практике, в случае реальных моторных масел, низкий индекс вязкости означает плохой запуск двигателя при низких температурах или плохая его защита от износа при высоких температурах.
Пример: отечественное масло M10ДМ (или М10Г2к) – минеральное масло (индекс вязкости ИВ ~100…110), запуск двигателя (при исправном состоянии) при -15 °С затруднен; Shell Rimula D 10W-30 (ИВ~130) – запуск двигателя при его исправном состоянии гарантирован при -25 °С – почувствуйте разницу!
Теоретически, все производители моторных масел хотели бы получить продукт с максимально высоким индексом вязкости (> 300), но к сожалению, это невозможно по причине ряда физических законов. Высококачественные минеральные моторные масла обычно имеют индекс вязкости (ИВ) 120-140, полусинтетические 130-150, синтетические 140-170. На канистрах, этикетках, этот параметр, как правило, не указывается, из-за «излишней сложности восприятия» для потребителя. Вы всегда можете потребовать от представителя производителя масла. Она не является секретной или конфиденциальной!
- Вязкость – (внутреннее трение) – свойство жидких и газообразных тел оказывать сопротивление их течению – перемещению одного слоя тела относительно другого – под действием внутренних сил. Может быть выражена в единицах вязкости кинематической, динамической, условной и удельной. Физическая модель вязкости жидкого или газообразного тела – это сила, которую необходимо приложить для равномерного перемещения одной пластины относительно покоящейся, при условии, что их разделяет жидкость или газ, отнесенная к площади пластины. В этом случае приложенная сила оказывается равной абсолютной (динамической) вязкости.
- Кинематическая вязкость – основной эксплуатационный параметр для всех видов моторных и трансмиссионных масел (а также и масел индустриальной номенклатуры). По определению — отношение динамической вязкости ( h ) к плотности ( d ) жидкости или газа при той же температуре: n = h / d
В системе СИ за единицу кинематической вязкости принят квадратный метр за секунду (м2/с), равный кинематической вязкости, при которой динамическая вязкость среды с плотностью 1 кг/м3 равна 1 Па Ч с. В системе СГС принят стокс.
Влияние на работу двигателя: от вязкости масла зависят следующие факторы
- Толщина образуемой масляной пленки в парах трения (надежность разделения трущихся поверхностей при высоких температурах, стойкость к разрушению до добавления противоизносных присадок)
- Легкость пуска двигателя в холодную погоду
- Мощность двигателя (потери на трение, компрессия в ЦПГ)
- Коэффициент полезного действия двигателя
- Количество осадков образующихся в картерном масле
- Расход топлива
- Расход масла
Заключение
Производители предлагают достаточно большой выбор смазочных материалов. Основной характеристикой которых является их вязкость. А она, в свою очередь, напрямую зависит от температурного режима.
Даже в очень умеренных климатических условиях разница в температурах между двигателя и его деталей может достигать двухсот градусов. Международный стандарт SAE предлагает на выбор масла для разных сезонов. Универсальное масло – всесезонное. Но как показывает опыт автолюбителей, при слишком большой разнице в температурных режимах, больших морозах и слишком жарком лете всесезонные смазочные материалы – далеко не самые лучшие.
Выбирая класс вязкости смазочного материала для личного автомобиля, необходимо руководствоваться такими критериями:
- особенности строения автомобиля и мотора;
- степень коррозии деталей, уровень изношенности двигателя;
- основные режимы работы мотора;
- температуру в различные сезоны по региону.
Благодаря такому параметру, как вязкость, автомобильное масло может дольше задерживаться на поверхности двигателя, правильно распределяться между трущимися деталями, не допуская пересыхания.