Как снизить расход моторного масла
Рассказываем о стабилизаторе вязкости – специальной присадке, которая уменьшает «масложор» и дымность выхлопа, связанные с ускоренным старением и разжижением моторного масла. А еще о том, какое отношение к этому имеет возраст автомобиля и износ двигателя.
Причины снижения вязкости моторного масла
Вязкостно-температурная характеристика моторного масла – один из главных показателей, определяющий его смазывающие свойства на границах рабочего диапазона температур. Нижняя граница – максимальная отрицательная температура, при которой производитель моторного масла гарантирует пуск двигателя. Верхняя граница – максимальная температура прогретого двигателя под нагрузкой, при которой обеспечивается удержание рабочей масляной пленки в трущихся парах и защита самых нагруженных узлов двигателя.
Не случайно производители автомобилей прописывают в регламенте допустимые показатели вязкости моторного масла для каждой конкретной модификации мотора.
Присадки, которые задают вязкостные характеристики моторного масла, постепенно вырабатываются по мере его старения. В теории это должно происходить к сроку замены по регламенту, а на практике – случается гораздо раньше.
К сожалению, тщательный подход к выбору моторного масла в соответствии со всеми рекомендациями производителя не гарантирует сохранение его рабочих характеристик на протяжении всего срока эксплуатации. Регламент не учитывает нюансы реальной жизни, которые негативно влияют на ресурс масла: сложные климатические условия, низкое качество используемого топлива, несоблюдение межсервисного интервала техобслуживания, и особенно техническое состояние двигателя – наличие износа рабочих поверхностей и другие неисправности.
Основные причины преждевременной деградации моторного масла: частые холодные пуски (особенно зимой), короткие поездки в городском цикле на непрогретом двигателе, попадание в масло картерных газов и топлива, наиболее характерное для сильно изношенных моторов.
Даже самое дорогое и качественное моторное масло в результате сочетания этих неблагоприятных факторов деградирует раньше, чем положено, разжижается, не держит заявленную вязкость при высоких температурах, хуже справляется с удержанием рабочей пленки, что приводит к ускоренному износу поршневой группы: задирам коленвала, цилиндров, риску проворота вкладышей и другим опасным поломкам, вплоть до выхода двигателя из строя.
Основные признаки снижения вязкости масла: падение давления в системе смазки, увеличение расхода масла на угар, усиленное дымление (сизый дым из выхлопной трубы), шум гидрокомпенсаторов.
Что делать?
1. Менять моторное масло раньше предписанного срока. На первый взгляд, сократить период между заменами масла – самое простое решение. Многие так и делают, но не всегда это решение выглядит экономически целесообразным. Что, если по всем признакам масло утратило нужные вязкостные характеристики, а до замены по регламенту еще далеко А ведь кроме масла раньше срока приходится менять масляный фильтр, тратить средства на промывку, услуги автосервиса и т. д.
2. Перейти на масло с более высоким «летним» классом вязкости. Например, с 5W-20 на 5W-40. «Летний» класс вязкости – это показатель, определяющий минимальную и максимальную вязкость моторного масла в прогретом двигателе. Чем выше класс вязкости, тем оно гуще. Однако у этого подхода есть ограничение: с классом вязкости смазки произвольно манипулировать нельзя, пределы вязкостных характеристик для конкретного двигателя определяет производитель автомобиля.
3. Восстановить рабочие характеристики масла. Для этого используют специальную присадку, которая повышает вязкость моторного масла при рабочей температуре двигателя и никак не влияет на его вязкость в холодном состоянии. У большинства ведущих мировых производителей автохимии есть подобные составы схожего действия, которые могут называться «стабилизатор вязкости», «модификатор вязкости», «загуститель масла» или «антидым».
Эти присадки очень просто использовать: нужно залить состав через маслозаливную горловину двигателя примерно через 5–7 тыс. км после замены масла, чтобы без риска для двигателя доездить до следующего ТО.
Как работает стабилизатор вязкости масла
Напомним: присадка активируется и повышает вязкость моторного масла только при рабочей температуре двигателя. Благодаря этому в моторах с большим износом цилиндропоршневой группы масло лучше уплотняет зазор между стенкой цилиндра и поршнем. Такая «герметизация» повышает компрессию, предотвращает прорыв газов в картер, как следствие, снижается расход топлива и масла на угар, уменьшается дымность выхлопа и снижается шумность работы двигателя.
Стабилизатор вязкости используется для восстановления естественной потери вязкости моторного масла, а при необходимости – для увеличения вязкости используемого масла.
Стабилизатор вязкости AGA904M
Состав предназначен для повышения (восстановления) вязкости моторного масла в межсменный период в бензиновых и дизельных двигателях и совместим с моторными маслами всех марок: минеральными, синтетическими и полусинтетическими.
- Препятствует разрыву масляной пленки в трущихся парах при высоких нагрузках
- Нормализует давление в системе смазки, повышает компрессию
- Снижает расход масла на угар
- Снижает дымность выхлопа
- Снижает шум работы гидрокомпенсаторов
- Уменьшает скорость старения моторного масла
Специалисты AGA рекомендуют использовать Стабилизатор вязкости AGA904M при эксплуатации автомобилей в условиях городского цикла, в режиме такси, при буксировке прицепа.
Применение AGA904M
1. Применяйте препарат через 5–7 тыс. км пробега после смены моторного масла.
2. Прогрейте и заглушите двигатель.
3. Нагрейте состав до комнатной температуры.
4. Открутите крышку флакона и осторожно удалите защитную мембрану, потянув за кольцо.
5. Залейте состав через маслозаливную горловину из расчета одна упаковка на 3–5 литров масла.
6. Запустите двигатель и эксплуатируйте автомобиль в обычном режиме.
Регулярное использование Стабилизатора вязкости AGA904M, особенно для двигателей с износом, позволяет постоянно поддерживать необходимый уровень вязкости масла, что обеспечивает продление срока службы двигателя в целом.
Узнайте о других средствах автохимии AGA серии M для системы смазки двигателя в специальном разделе нашего сайта.
Вязкость масла. Как правильно выбрать и почему не всегда нужно верить мануалу. Перевод статьи “Motor Oils — Fuel Economy vs. Wear” журнала Machinery Lubrication.
В моей статье про выбор масла для турбомоторов я указал только одну вязкость 5w30 не потому что она прописана в мануале. Даже если у вас в "рекомендациях производителя" указано масло 5w20 или 0w20 я ВСЕГДА советую лить 5w30 или 0w30. Предвидя рагумент "инженерам производителей виднее", привожу перевод статьи “Motor Oils — Fuel Economy vs. Wear” уважемого журнала Machinery Lubrication. Владельцем журнала является компания Noria которая специализируется на подготовке как раз тех самых инженеров которым "виднее".
Статья была написана в начале 2000х годов когда на низковязкие масла (5w20 или 0w20) начали переходить производители в США, в Европе этот процесс начался заметно позже…
Моторные масла — Экономиия топлива и Износ двигателя
Бытует мнение, что моторные масла, повышающие экономию топлива, снижают трение и продлевают срок службы двигателя. Цель этой статьи – развенчать этот миф, особенно в отношении современных моторных масел с низкой вязкостью.
Экономия топлива: Действительно ли это так важно и кому?
Прежде всего мы должны признать тот факт что американского потребителя особенно не заботит расход топлива за исключением периодов тяжелых экономических кризисов. Самый продаваемый пассажирский автомобиль Ford F-Series Pickup, 5 из 10 самых продаваемых машин пикапы и внедорожники. Масса и размер этих автомобилей не позволяет им быть эффективными в плане расхода топлива.
Также посмотрите на стиль вождения большинства водителей. Любой, кто плавно разгоняется, придерживается скоростных ограничений, едет накатом и плавно тормозит двигателем, создает опасность для себя и тех кто едет намного быстрее.
Автопроизводителей, с другой стороны, волнует вопрос экономии топлива. Они столкнулись с большими штрафами в случае если их автомобили, выходящие с конвейера, не соответствуют требованиям Корпоративному стандарту Средней Экономии Топлива (CAFE) США.
Наступление низковязких масел.
Низковязкие масла используются в наши дни по 3 причинам: Они экономят топливо, изменились «правила вязкости», производители стали рекомендовать низковязкие масла.
Sequence VI-B — это тест, используемый для оценки экономии топлива по спецификации GF-3. Испытательный двигатель VI-B оснащен роликовым кулачком, тогда как в старом испытании Sequence VI использовался ползунковый кулачок. Старый тест Sequence VI хорошо реагировал на модификаторы трения, но Sequence VI-B стал лучше реагировать на более жидкие масла.
Топливная экономичность испытуемого масла сравнивается с топливной экономичностью эталонного масла в тесте Sequence VI-B. Чтобы пройти тест, масло должно улучшить экономию топлива на один-два процента, в зависимости от класса вязкости. SAE 5W-20 должно обеспечивать более высокую относительную топливную экономичность, чем SAE 5W-30. Интересно отметить, что эталонное масло полностью синтетическое PAO SAE 5W-30. Чтобы претендовать на GF-3 Starburst, обычные минеральные и полусинтетические масла должны были превзойти по топливной экономичности полностью синтетическое эталонное масло. (Кажется, экономия топлива — это нечто большее, чем просто «волшебное» базовое масло.)
Еще одним фактором экономии топлива является «временный сдвиг» полимера. Эти полимеры представляют собой добавки, известные как присадки, улучшающие индекс вязкости (или модификаторы). Полимеры представляют собой «пластмассы», растворенные в масле для придания характеристик мультивязкости. Точно так же, как некоторые пластмассы более жесткие, более хрупкие или более термостойкие, чем другие, разные полимеры имеют разные характеристики.
Полимеры — это большие молекулы с множеством ответвлений. При нагревании они разворачиваются и расширяются. Ответвления переплетаются с ответвлениями других полимерных молекул, ловят и удерживают множество крошечных молекул масла. Следовательно, относительно небольшое количество полимера может оказать огромное влияние на вязкость масла. Поскольку масло нагнетается между подшипником и шейкой, многие полимеры имеют тенденцию выравниваться относительно друг друга, что-то вроде вложенных друг в друга ложек. Когда это происходит, вязкость падает. Затем, когда масло проходит через подшипник, молекулы полимера снова переплетаются, и вязкость возвращается к норме. Это явление называется временным сдвигом. Поскольку тест Sequence VI-B реагирует на снижение вязкости, разработчики масел полагаются на сдвиг полимера, чтобы пройти тест. Устойчивый к сдвигу полимер значительно усложняет прохождение теста на экономию топлива GF-3.
Виюне 2001 года вступили в силу новые правила, определяющие требования к текучести на холоде для классов вязкости SAE (SAE J300). Автопроизводители опасались, что современные системы впрыска могут позволить запустить двигатель при температурах ниже, чем масло может поступать в масляный насос. Следовательно, новые правила оказали "разжижающее" влияние на требовния к маслам.
Производители автомобилей теперь рекомендуют более жидкие масла для своих автомобилей, чем раньше. Несколько лет назад наиболее часто рекомендуемым классом вязкости было SAE 10W-40, позже оно перешло на SAE 10W-30. Сейчас наиболее популярно SAE 5W-30, но Ford и Honda рекомендуют SAE 5W-20. Вполне вероятно, что может произойти более широкое внедрение SAE 5W-20 и других низковязких масел, чтобы соответствовать требованиям CAFE.
Из-за изменения требований к текучести при низких температурах и теста на экономию топлива, подтолкнувшего разработчиков рецептур к нижнему порогу класса вязкости, сегодняшние масла SAE 10W-30 больше похожи на вчерашние масла SAE 5W-30. Кроме того, существует тенденция к тому, что производители автомобилей рекомендуют низковязкие сорта. Это кажется нелепым. Внедорожникам и грузовикам с их изначально менее эффективным полным приводом и аэродинамикой кирпичной стены нужны мощные, потребляющие бензин двигатели, чтобы быстро перемещать свою массу. В ответ автопроизводители рекомендуют использовать низковязкие масла для экономии топлива. Невероятно!
Вязкость и износ
Более жидкие масла обладают меньшим сопротивлением и, следовательно, меньшим трением и износом. Верно? Возможно, в тестовом двигателе или двигателях, при оптимальных режимах эксплуатации. Но более густые масла могут обеспечить лучшую защиту для более тяжелых режимов, таких как движение по горам, буксировка лодки, пыльные условия, короткие поездки, высокие обороты, перегрузка, перегрев и переохлаждение.
Любые абразивные частицы, равные или превышающие толщину масляной пленки, вызывают износ. Поэтому важен масляный фильтр — для предотвращения загрязнения масла. Вторая часть уравнения – толщина масляной пленки. Более толстые масляные пленки могут поглощать более крупные загрязнения.
Температура оказывает большое влияние на вязкость и толщину пленки. Для справки: увеличение вязкости на один класс по SAE необходимо для преодоления влияния повышения температуры двигателя на 20°F(на 36°С). В любой заданной контрольной точке примерно 20°F(10°С) разницы между классами вязкости SAE 30, 40 и 50. (Те вязкость 30ки будет такая же как вязкость 40ки разогретой на 10°С выше и тд)
SAE 20 по вязкости наиболее близка SAE 30, темература SAE 30 должна быть на 30°F(15°С) выше, чем SAE 20, чтобы иметь примерно такуюже вязкость.
Другими словами, SAE 20 при 190°F(90°С) имеет примерно ту же кинематическую вязкость, что и SAE 30 при 220°F(105), что примерно равно вязкости SAE 40 при 240°F(115°С). Эта формула хорошо работает в диапазоне температур от 190°F(90°С) до 260°F(125°С).
Если масло SAE 50 при 260°F такое же жидкое, как масло SAE 20 при 190°F, представьте, насколько тонкой становится масляная пленка, когда вы используете SAE 5W-20 в вашем двигателе при высоких температурах. Когда двигатель начнет перегреваеться, масляная пленка становится опасно тонкой и может лопнуть.
Ford столкнувшись с требованиями CAFE стал рекомендовать масло SAE 5W-20 для большинства своих двигателей в США. Утверждалось, что SAE 5W-20 является оптимальным с точки зрения эффективности использования топлива и износа деталей двигателя.
Чтобы определить, обеспечивают ли масла SAE 5W-20 тот же уровень защиты, что и масла SAE 5W-30, была проведена консультация с Dagenham Motors в Англии, одним из крупнейших дилеров Ford в Европе. SAE 5W-30 требуется для гарантии в Англии, а SAE 5W-20 даже не доступен. Если бы SAE 5W-20 лучше с точки зрения экономии топлива и износа, почему Ford не стал рекомендовать тогда его для своих двигателей в Европе?
Изменения в противоизносных свойствах масел
Еще одно изменение, произошедшее в моторных маслах для легковых автомобилей с GF-2 и GF-3, — это более жесткое ограничение содержания фосфора, входящего в состав противоизносной присадки на основе фосфата цинка (ZDDP). Производители автомобилей обеспокоены тем, что фосфор будет откладываться на поверхности каталитического нейтрализатора и сокращать срок его службы.
Это сложный вопрос, и отложения зависят от конкретного химического состава ZDDP и состава готового масла. Промышленности не удалось разработать испытание двигателя на склонность к образованию отложений в каталитическом нейтрализаторе. Поэтому производители автомобилей установили произвольный предел для моторного масла в 0,1 процента фосфора.
Противоизносные присадки важны при отсутствии гидродинамической пленки, например, в клапанном механизме. Противоизносные присадки активируются теплом трения, что заставляет их вступать в реакцию с горячей поверхностью и образовывать химический барьер против износа.
Механизм образования отложений фосфора на поверхности каталитического нейтрализатора до конца не ясен. Он не коррелирует напрямую с вязкостью масла или угаром масла. С другой стороны, если износ двигателя приводит к увеличению расхода масла, резко возрастает риск образования фосфорных отложений в нейтрализаторе. Поэтому логично, что предотвращение износа и расхода масла должно быть приоритетом.
В прошлом производители масел могли производить продукт премиум-класса, просто добавляя больше ZDDP. Подобный шаг сегодня привел бы к тому, что состав масла не будет соответствовать допускам и сохранять гарантию на новые автомобили.
Живя только сегодняшним днем
По мере увеличения износа КПД двигателя снижается. Износ клапанного механизма начинает понемногу изменять фазы газораспределения и влиять на движение клапанов. Износ колец и вкладышей влияет на компрессию. Поначалу износ незначительно снижает эффективность использования топлива и выходную мощность, но затем разница в экономии топлива между SAE 10W-30 и SAE 5W-20 едва заметна. Эффективность продолжает снижаться по мере износа. Возможно, именно улучшение защиты от износа и является способом снижения расхода топлива в течение срока службы двигателя.
Конечно, двигатели со значительным износом колец и вкладышей выигрывают от более густых масел. Использование более густого масла приводит к увеличению степени сжатия, повышению производительности и снижению расхода масла.
Масла для двигателй с большим пробегом — относительно новая категория моторных масел для легковых автомобилей. Эти продукты обычно содержат больше моющих/диспергирующих и противоизносных присадок, чем обычные автомобильные масла. Как правило, они содержат реагент, увеличивающий набухание уплотнений, и обычно доступны в более густых классах вязкости, чем рекомендуется для большинства новых автомобилей. «Большой пробег», по-видимому, определяется как «как только ваша машина пестанет быть гарантийной».
Что использовать
Хотя более жидкие масла с меньшим количеством противоизносных присадок превосходят более крепкие продукты в 96-часовом тесте на экономию топлива, неясно, экономят ли такие продукты топливо в течение срока службы двигателя.
Любая жидкость — это компромисс. Масла, рекомендованные производителями автомобилей, по-видимому, ухудшают защиту от износа в тяжелых условиях в пользу экономии топлива и долговечности катализатора. Важно понимать, что использование продукта, обеспечивающего большую защиту от износа, может поставит под угрозу гарантию на ваш автомобиль. Более густые масла также ухудшают текучесть при низких температурах, что может быть проблемой в зависимости от климата и времени года.
Лучшей защитой от износа, вероятно, является продукт, который немного гуще (например, SAE 10W-30 или 15W-40) и имеет больше противоизносных присадок, чем масла, на которые распространяется гарантия. Лучшее масло для вашего автомобиля зависит от ваших привычек вождения, возраста вашего двигателя и климата, в котором вы ездите, но это не обязательно тот тип масла, который указан в руководстве по эксплуатации или указан на щупе.
Надеюсь эта статья помогла вам понять что такое вязкость масла и как правильно ее выбрать. На сегодня это всё. Берегите себя!
Присадка для повышения вязкости масла в моторе: особенности работы, плюсы и минусы
Сегодня в продаже представлено большое количество различных присадок для двигателя в моторное масло и топливо. Выделяют противоизносные, антидымные, восстановительные, очищающие и другие составы.
Однако важно понимать, что любой двигатель разрабатывается с учетом того, что в нем будет использоваться только подходящая по параметрам, характеристикам и допускам смазочная жидкость (API, SAE и т.д.).
Далее мы поговорим о том, как меняются свойства смазочного материала, если было принято решение дополнительно залить загуститель масла в двигатель, а также на что можно рассчитывать после использования такой добавки.
Загустители моторного масла: что нужно знать
Итак, как уже было сказано выше, загустители моторного масла представляют собой особые составы, которые позволяют эффективно увеличить вязкость базовой смазки.
Средства различных производителей могут отличаться по своей химической основе, имеют уникальные компоненты и т.д., при этом общий принцип действия у них похож.
Чаще присадки называют защитно-восстановительными комплексными кондиционерами металла, модификаторами трения, (геомодификаторы), ревитализантами (реметаллизант) и т.д.
В зависимости от компонентов, те или иные средства могут содержать в своем составе мельчайшие частицы различных минералов и другие добавки. Такие составы маркетологи обычно называют защитными добавками с металлокерамикой (нанокерамическими присадками). Например, хорошо известны добавки в моторное масло с молибденом (молибденовые присадки).
Вернемся к «загустителям». Как известно, в процессе работы ДВС масло ко многим деталям подается не только под давлением, но и методом разбрызгивания и самотека. Это позволяет деталям качественно смазываться, так как коленчатый вал и другие подвижные узлы активно разбрызгивают достаточное количество смазки. Также вполне очевидно, что чем жиже масло, тем оно интенсивнее и быстрее разбрызгивается.
Однако не стоит забывать и о том, что в процессе эксплуатации мотора ЦПГ, КШМ, ГРМ и другие узлы и детали изнашиваются. В результате происходит увеличение зазоров между стенкой цилиндра и поршнем, поршневые кольца «залегают» и теряют подвижность, стираются, покрываются нагаром. Также сальники клапанов становятся менее эластичными и т.д.
Такой износ различных элементов приводит к попаданию большого количества смазки в камеру сгорания, двигатель начинает расходовать масло и дымить сизым масляным дымом. Как говорят опытные водители и автомеханики, начинается повышенный угар масла.
Однако важно понимать следующее — такой эффект будет очень непродолжительным. Достаточно вспомнить то, о чем говорилось в начале статьи — каждый производитель рассчитывает двигатель для работы на масле со строго определенным индексом вязкости. Использование другой смазки, причем как более, так и менее вязкой, закономерно ухудшает смазывание нагруженных деталей и узлов.
Простыми словами, после использования загустителя двигатель перестает дымить и «есть» масло, но в значительной мере усиливается общий износ мотора. При этом защитные добавки, нанокомпоненты и дополнительные модификаторы трения в присадке также не в силах этому серьезно помешать.
Если добавить, что силовой агрегат, в который льют противодымные присадки, сам по себе обычно уже изношен, тогда можно в скором времени ожидать быстрого и окончательного выхода такого двигателя из строя после заливки загустителя масла.
Советы и рекомендации
Итак, если вы решили применить загуститель масла для двигателя, тогда какое-то время силовой агрегат может работать относительно нормально, но в дальнейшем ремонт этого мотора может обойтись намного дороже.
Получается, такое решение больше подходит для ДВС, которые фактически «доживают» последние дни, причем восстанавливать такой агрегат в дальнейшем не планируется по тем или иным причинам.
Это значит, что под нагрузками или на высоких оборотах вполне могут возникать локальные перегревы. Зачастую такое ухудшение охлаждения приводит к детонации двигателя, оплавлению поршней, прогару клапанов и т.д.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое присадка в двигатель молибден. Из этой статьи вы узнаете о принципе действия, а также о плюсах и минусах молибденовых присадок для двигателя.
Становится понятно, что если владелец намерен позже отремонтировать мотор (планируется переборка или капремонт), тогда использовать загустители масла и другие похожие составы крайне не рекомендуется. Следует ограничиться только регулярным доливом подходящего для данного двигателя базового масла. Добавим, что в тех случаях, когда расход на угар слишком большой, можно сменить тип используемого масла на один из наиболее вязких вариантов.
При этом такой вариант должен быть обязательно указан в списке допустимых по вязкости масел для того или иного ДВС. Другими словами, если в мануале написано, что в конкретном двигателе можно использовать как масло 5W30, так и 10W40, тогда вполне можно перейти на более вязкую смазку с индексом 10W40, причем без риска сильно навредить силовому агрегату.
Подведем итоги
Как видно, добавки, загустители и присадки в моторное масло способны в той или иной степени обеспечить заявленный эффект, однако он будет кратковременным. Более того, последствия для двигателя после использования различных составов вполне могут оказаться достаточно серьезными.
В ряде случаев такой двигатель в дальнейшем становится попросту нецелесообразно восстанавливать в экономическом плане, то есть выгоднее и проще приобрести контрактный мотор (сделать свап двигателя).
Рекомендуем также прочитать статью о том, что представляют собой присадки в систему смазки для того, чтобы двигатель не «ел» масло и не дымил. Из этой статьи вы узнаете об особенностях антидымных присадок для двигателя, а также за счет чего уменьшается расход смазки в моторе.
Это позволяет далее продать машину по завышенной цене, которая в реальности никак не соответствует техническому состоянию транспортного средства.
Как работают присадки с молибденом, стоит ли использовать моторное масло с этой добавкой в двигателе. Практическое применение молибдена и результаты.
Использование противоизносных, противодымных и других присадок для уменьшения расхода масла. Плюсы и минусы после применения присадки в двигатель.
Защитные и восстановительные присадки для двигателя: принцип действия. В каких случаях используются присадки в масло, чего ожидать после использования.
Использование присадок для двигателя:обман, польза или вред. Практическая эксплуатация моторов после использования присадки, результаты. Рекомендации.
Виды присадок в дизельное масло для улучшения свойств смазки и защиты ДВС. Наиболее популярные и проверенные решения для использования в дизельном моторе.
Что такое кондиционер-ревитализант металла в моторное масло. Тестирование различных присадок, а также кондиционеров металла, стоит ли их заливать в мотор.
Вязкость масла. Рост и уменьшение вязкости.
Тема вязкости была затронута во многих технических документах, и на это были серьезные причины. Вязкость масла его самое важное физическое свойство и оно, это свойство, является самой сущностью масла. Система измерения вязкости, как например SAE (Society of Automotive Engineers)1 для автомобильных масел и ISO (International Standards Organisation)2 для промышленного применения получили всеобщее одобрение как средство классификации смазок.
Статей относящихся к вязкости было много: система классификации масел, как масло работает, почему так много видов масла, трение и смазывание и как читать информацию на канистре масла. Другие статьи затронули вопрос о том, как измеряется вязкость. Но почему мы вообще должны волноваться об измерении вязкости?
Во-первых, как ранее было упомянуто, вязкость определяет применение масла, чтобы можно было сравнить с тем, что указано в документации. Во-вторых, изменение вязкости, неважно увеличение или уменьшение, может отражать химические и физические изменения в масле, которые могут стать причиной неисправности оборудования. Эти изменения вязкости, их причины и будут рассмотрены в этой статье.
ЧТО ТАКОЕ ВЯЗКОСТЬ?
Но сначала, небольшая проверка. Вязкость это особое измерение жидкостного сопротивления потоку в зависимости от температуры. Однако есть два вида вязкости.
Динамическая или абсолютная вязкость определяется как отношение силы сдвига к скорости сдвига в зависимости от температуры. Для тех из вас кому нужно более точное определение, это тангенциальная сила на единицу площади, необходимая для сдвига одной горизонтальной плоскости относительно другой, со скоростью в одну единицу, находящихся на единице расстояния между плоскостями жидкости. В системе СИ динамическая вязкость определяется как Ньютон в секунду на квадратный метр или Паскаль в секунду (Н*с*м-2 или Па*с). Не входящая в СИ, но принятая единица – Пуаз, это 0,1H*c*м-2. Поскольку динамическая вязкость реальных жидкостей постоянно незначительная величина, то более часто используют сантипуаз (сП, 10-3Н*с*м-2) и обозначается греческой буквой "эта".
Динамическая вязкость важна при определении низкотемпературных свойств смазок, но её редко применяют при анализе масла или для определения класса вязкости (мы ещё вернёмся к этому позже). По многим серьёзным причинам, исследователя масла интересует кинематическая вязкость.
Кинематическая вязкость – производная величина и определяется довольно просто: динамическая вязкость жидкости делится на её плотность при определенной температуре. Она может быть также определена как сопротивление потоку под действием силы тяжести. Единица измерения – сантиметр квадратный в секунду (см2*с-1), также известная как Стокс (Ст) и обозначается греческой буквой ню, в СИ 1Ст = 10-4м2*с-1. Более распространенное обозначение – сантистокс, это миллиметр в квадрате в секунду (мм2*с-1). Предпочтительные температуры при которых проводятся измерения это 40°C и 100°C.
Это очень важно, чтобы температура, при которой вязкость была измерена, была отмечена, так как вязкость меняется вместе с температурой. Как температура растет, вязкость падает, как показано на упрощенном графике ниже:
Рис. 1: Зависимость Температура/Вязкость.
Более того, с ростом температуры у различных масел вязкость уменьшается на различную величину. Так появляется такое понятие как индекс вязкости (viscosity index или VI). Индекс вязкости это безразмерная величина, которая характеризует изменение вязкости в зависимости от изменения температуры. С ростом температуры, у масел с низким VI скорость уменьшения вязкости будет выше, чем у масел с более высоким VI. Обычное летнее моторное масло, как например, SAE 30 имеет VI около 95, тогда как всесезонное масло 15W-40 будет иметь VI около 135. С ростом температуры всесезонное масло «теряет» вязкость не так быстро, как летнее, имея, таким образом, стабильную вязкостную характеристику для более широкого диапазона температур, хотя оба типа масла имеют вязкость около 100 сСт при 40°C.
В системе вязкости SAE, более высокому значению, соответствует более высокая вязкость, то есть масло с вязкостью SAE 15W-40 ведёт себя как SAE 15 в холоде и как SAE 40 в нагретом состоянии. Это дает необходимую защиту во время рабочих температур, до тех пор, пока обеспечивается условие, что масло в холодном двигателе не слишком вязкое для того чтобы течь. Фактически «W» означает «Winter»(Зима). График расположенный ниже иллюстрирует зависимость между сезонным и всесезонным маслом.
Сезонное/Всесезонное масло – зависимость от температуры
Рис. 2: Сезонное/Всесезонное масло – зависимость от температуры (упрощенно).
VI масла может быть увеличен различными путями. Обычное минеральное масло имеет в своем составе присадки. VII — viscosity index improver (улучшители индекса вязкости), которые представляют собой длинные цепочки органических полимеров, которые остаются аккуратно свернутыми пока холодно. Но как только температура начинает расти, полимеры «разматываются» и тем самым замедляют уменьшение вязкости, вызванное ростом температуры. Минеральные масла глубокой очистки имеют естественно высокий VI , так как процесс очистки удаляет компоненты нефти с низким VI. Наконец, синтетические смазочные материалы могут быть химически разработаны так, чтобы иметь высокий индекс вязкости. Запомните, просто очистка масла, без каких-либо присадок, дает натуральный, высокий VI.
Индекс вязкости масла может быть определен измерением кинематической вязкости масла при двух температурах, обычно это 40°C и 100C. Кинематическая вязкость определяется при помощи кинематического вискозиметра. Типичные такие инструменты представлены на изображении ниже.
Рис. 3: Кинематические вискозиметры.
Силиконовая масляная ванна при постоянной температуре (с точностью до одной двадцатой градуса) и серия трубок погружённых в ванну. Масло течёт по трубкам под действием силы тяжести до тех пор, пока не достигнет электронного сенсора в нижней части трубки. Когда масло проходит через сенсор, включается таймер. На небольшом расстоянии после этого есть еще один сенсор, который останавливает таймер, когда масло проходит мимо него. Основываясь на известном нам диаметре трубки и времени прохождения масла между двумя сенсорами, мы можем вычислить вязкость. Вязкостная трубка показана ниже.
Рис. 4: Вязкостная трубка.
Этот исследовательский метод очень прост. Он также быстр, дёшев, точен и воспроизводим. Это совсем не так при определении динамической вязкости, когда плёнка масла расположена между двумя пластинами и измеряется сила, требуемая для кручения одной пластины относительно другой. Явные преимущества измерения кинематической вязкости подталкивают нас к выбору именно этого метода. Однако динамическая вязкость дала бы нам более верное отражение того, что на самом деле происходит в смазочной системе. Измерения кинематической вязкости, под действием гравитации, подвергают масло очень небольшим усилиям сдвига, тогда как во время измерения динамической вязкости, оказывается приближенное к реальному усилие сдвига, которое встречается в механических системах, а это, в свою очередь, может отразиться на вязкости масла в реальной ситуации.
Прежде чем мы двинемся дальше, давайте рассмотрим некоторые малоиспользуемые единицы измерения кинематической вязкости. Универсальные Секунды Сейболта или Вязкость по Сейболту (SUS — Saybolt Universal Seconds), была популярна в США, и основывалась на количестве секунд необходимых для прохождения 60 мл масла через специальное калиброванное отверстие. Связаны с SUS (или SSU) и Furol Секунды Сейболта (SFS — Saybolt Furol Seconds). Это в основном то же, что и универсальные измерения, но применяется к более вязким жидкостям. «Furol» — это акроним от «Fuel and Road Oils»(Топливо и Дорожные Масла). Градусы Энглера были популярны в континентальной Европе и основаны на отношении времени занимаемого прохождением потока 200мл масла через вискозиметр ко времени занимаемому таким же объемом воды при 20°C. Секунды Рэдвуда использовались в Великобритании, этот метод основан на времени занимающем потоком 50мл масла через вискозиметр. Есть коэффициенты перевода результатов измерений от одной системы к другой, но только температура должна быть фиксированной, а также обычно предполагают, что масло имеет VI от 95.
Итак, теперь мы знаем, что мы измеряем, но зачем мы это измеряем и как мы распорядимся этим – что значат эти результаты? В чем смысл вязкости, она слишком маленькая или слишком большая? Какие причины заставляют вязкость изменяться?
ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВЯЗКОСТИ
Вязкость масла может расти от ряда причин, таких как полимеризация, окисление, испарение низкокипящих фракций и образование растворённого кокса и оксидов. Загрязнения, такие как вода, воздух, сажа, антифриз и добавление «неправильного» масла, могут также быть причиной роста вязкости масла. Давайте рассмотрим каждый из этих факторов в отдельности.
Густой шлам образовавшийся в моторном масле (загрязнение сажей)
Рис. 5: Густой шлам образовавшийся в моторном масле (загрязнение сажей).
ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ
Полимеризация основных компонентов масла может происходить, когда масло долгое время подвергается воздействию высоких температур. Базовое масло содержит вариации различных, но тесно связанных между собой, органических компонентов. Высокая температура может стать причиной того, что некоторые компоненты в результате химических реакция начнут «склеиваться» между собой, создавая высокомолекулярные тяжелые компоненты. Результатом этого становится значительное увеличение вязкости и точки кипения масла.
ОКИСЛЕНИЕ
Другой процесс, близко связанный с полимеризацией, это окисление, т.к. рост окисления также является следствием воздействия высокой рабочей температуры. Базовое масло может вступать в реакцию с атмосферным кислородом. Эта реакция известна нам под названием окисление. Она также может привести к полимеризации, но в то же время может содействовать образованию органических кислот в масле. В результате рост кислотности и вязкости и поэтому показатель деградации масла связывают с уменьшением TBN (Total Base Number )3.
На каждые 10°C роста температуры удваивается значение окисления и, размышляя логически, вполовину уменьшается срок службы масла. Это не так страшно как звучит, т.к. в масла добавлены присадки, которые борются с воздействием высокой температуры и образованием кислоты. Вопрос, который часто задают: «Какую максимальную температуру выдержит это масло?». К сожалению, ответа нет, т.к. срок службы масла зависит не только от рабочей температуры, но и от времени тоже. Итак, что нам нужно знать, так это как горячо и как долго? Моторное масло могло бы «спокойно» отработать при 150°C час или около того, но сильно деградировать при 100°C за более долгий промежуток времени.
ОБРАЗОВАНИЕ РАСТВОРЁННЫХ В МАСЛЕ КОКСА И ОКСИДОВ
Также связан с окислением процесс образования растворённых в масле кокса и оксидов. Высокая рабочая температура может стать причиной образования различных компонентов, которые растворены в масле. Сажа образуется, когда масло частично окислилось, также могут образовываться другие продукты деградации масла, которые способствуют росту вязкости масла. Этот эффект может быть достигнут просто в результате долгой эксплуатации масла – даже лучшие масла не вечны.
ПОТЕРЯ НИЗКОКИПЯЩИХ ФРАКЦИЙ
Высокая рабочая температура может также быть причиной термической деградации масла и без присутствия кислорода. Как уже было сказано, базовое масло состоит из различных, тесно взаимосвязанных, компонентов. Эти компоненты имеют различную испаряемость (точку кипения). Если масло подвергается нагрузкам длительный период, они выше нормы, но нет воздействия высокой температуры, тогда компоненты с более низкой точкой кипения будут испаряться. Этот процесс известен как испарение низкокипящих фракций. Эти более испаряющиеся компоненты также являются частью масла, имеющей более низкую вязкость, таким образом, потеря этой фракции ведет к росту вязкости.
ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Загрязнения также играют роль в росте вязкости. Вода может иметь более низкую вязкость, чем масло, но когда вода и масло смешаны, то возможна реакция с базовым маслом и, что более важно, с присадками. Могут формироваться стабильные эмульсии, которые образовывают компоненты увеличивающие вязкость масла. Вода также является еще одним источником кислорода, который может усиливать окисление при определенных обстоятельствах. Реакция воды с маслом и его присадками известна как гидролиз. Небольшое, но измеряемое количество воды может растворяться в масле, затем образовываются эмульсии и, наконец, свободная вода видна в масле. Величина воды в каждой фазе зависит от базового масла, химии присадок и температуры масла.
Воздух может находиться в масле в растворённом и свободном виде. Он также может засасываться в масло (эквивалент эмульсии) и образовывать пену. Воздух действует как поставщик кислорода и, если он хорошо смешан с маслом, он будет усиливать реакцию окисления, что загустит масло.
В идеале сгорание ископаемого топлива, такого как дизельное топливо или бензин, приведет к образованию диоксида углерода, паров воды и ничего кроме этого. Но мы живём в реальном мире, где топливо содержит примеси, а процесс сгорания не проходит со 100% эффективностью. Неполное сгорание ведёт к частично окисленному топливу, которое превращается в сажу, накапливающуюся в масле. Вот почему дизельные моторные масла становятся чёрными после короткого периода времени. Ещё раз, масла разработаны с присадками, чтобы работать с определённым количеством сажи, но как только предел будет достигнут, появление любого количества сажи будет увеличивать вязкость масла. Это явление известно как шламообразование, с которым многие из вас возможно знакомы.
Загрязнение охладителем не только причина проблем связанных с присутствием воды, если охладитель содержит гликоль, то это ведет к чрезвычайно вредному воздействию на масло, и может стать причиной резкого загущения масла в очень короткий срок.
Простейший способ увеличить вязкость масла это добавить другое масло, имеющее более высокую вязкость. Заливка обычного SAE 10W с 20% SAE 50 увеличила бы вязкость на 35%. Наконец, если вы хотите увеличить вязкость вашего масла, просто забудьте его поменять. Все эффекты, здесь перечисленные, со временем только усугубляются. Чем дольше эксплуатируется масло, тем больше оно деградирует и обычное следствие этого — увеличение вязкости. Запомните, что присадки в вашем масле приносятся в жертву. Один раз они делают свою работу и всё. Они не могут быть восстановлены — масло не может служить вечно.
ПОСЛЕДСТВИЯ ВЫСОКОЙ ВЯЗКОСТИ
Так что за последствия высокой вязкости? Высокая вязкость может создать вязкостное торможение. Оно создаёт больше трения, которое, в свою очередь, создает теплоту, которая будет ускорять процесс окисления – в результате порочный круг в противоположность вязкостному кругу. Недостаточный подвод смазки к подшипникам, кавитация, вспененное масло в шейке вала, потери энергии и мощности, низкие антипенные и деэмульгирующие характеристики, задержка жидкости в сливной линии и недостаточная прокачиваемость при холодном старте могут также быть результатом возросшей вязкости. Сказав все это, надо упомянуть, что часто масло со слишком низкой вязкостью, может нанести механизмам вреда больше, так что же может быть причиной снижения вязкости?
Маловязкое гидравлическое масло
Рис. 6: Маловязкое гидравлическое масло.
ПРИЧИНЫ СНИЖЕНИЯ ВЯЗКОСТИ
Причин для снижения вязкости масла меньше, ведь масло более «расположено» к росту вязкости, т.к. это естественная физическая и химическая возрастная тенденция.
ТЕРМИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ
Некоторые масла могут быть подвержены феномену известному как термический крекинг и это частный случай для масел теплоносителей. Термический крекинг может быть представлен как противоположность полимеризации, хотя оба эффекта результат длительного воздействия высокой температуры. Если полимеризация есть склеивание друг с другом ряда подобных органических компонентов, результатом которого является новый компонент с более высокой вязкостью (и точкой кипения), то термический крекинг есть процесс разрушения некоторых компонентов на более мелкие части. Эти частички имеют более низкую вязкость и, что более важно, более низкую точку кипения, как результат более низкая точка воспламенения и более высокая испаряемость. Точка воспламенения масел – это минимальная температура, при которой воздушно-масляная смесь паров будет поддерживать горение, если будет подведен внешний источник огня. Низкая точка воспламенения может иметь важное значение, для безопасности и здоровья.
НЕУСТОЙЧИВОСТЬ К ЗНАЧИТЕЛЬНЫМ СИЛАМ СДВИГА
Ране было указано, что индекс вязкости масла может быть увеличен добавлением различных компонентов. К сожалению, эти длинные органические полимеры, которые раскручиваются с ростом температуры, не очень устойчивы к силам сдвига. Это означает, что когда компоненты подвергаются значительным сдвигающим силам, таким как, например, встречаются в автоматических трансмиссиях, они начинают разрушаться и, как результат, терять вязкость. Масла, которые имеют высокий индекс вязкости благодаря процессу очистки или благодаря их синтетической базе, не подвержены данному феномену.
ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Вязкость масла может также падать из-за загрязнений, большинство источников которых это разбавление с топливом. Самый серьёзный эффект смешения с топливом случающийся с маслом это уменьшение вязкости масла и в результате потеря несущей способности масла. Это означает, что масляная пленка слишком тонка, для того чтобы не давать соприкасаться движущимся металлическим поверхностям, и какая-либо поломка или заедание неизбежны. Очевидно, что серьёзность поломки и время до неё будет зависеть от таких вещей как применение, окружающая среда, нагрузка, период смены масла, техническое обслуживание и др. Есть жёсткое эмпирическое правило: растворение в масле 8,5% топлива снизит вязкость масла SAE 15W-40 на 30% при 40°C и на 20% при 100 °C.
Другой эффект менее очевидный и не такой серьёзный это то, что топливо, в отличие от масла, не содержит каких-либо присадок, так если у вас растворено в масле 10% топлива, то вы имеете снижение концентрации пакета присадок на ту же величину. Это становится серьёзной проблемой, когда растворение топливом действительно велико.
ДОБАВЛЕНИЕ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
Вязкость также может быть снижена добавлением растворителей, используемых как промывающие или моющие агенты. Растворители могут также попасть в двигатель вместе с некачественным топливом. Холодильные компрессоры могут быть загрязнены охлаждающим газом (хладагентом), который понижает вязкость, как будет понижать любой другой технологический газ, который начнет растворяться в смазочном материале в любом другом месте на производстве.
ДОБАВЛЕНИЕ МЕНЕЕ ВЯЗКИХ МАСЕЛ
Наконец, как в случае с ростом вязкости, вязкость масла может быть понижена путём добавления менее вязкого масла. Добавление 20% масла SAE 10W в масло SAE 50 снизит вязкость величину близкую к 30%.
ПОСЛЕДСТВИЯ НИЗКОЙ ВЯЗКОСТИ
Так что за последствия низкой вязкости? Чрезмерный износ, из-за потери несущей способности масла, которая уже упоминалась в связи с топливным разбавлением. Потери энергии и рост сил трения из-за контакта металла по металлу. Возрастание механического трения увеличивает величину создаваемого тепла и, таким образом, рост вероятности окисления. Одна из функций смазочного материала состоит в том, чтобы разделять трущиеся поверхности, быть как бы прокладкой между ними; низкая вязкость этому не способствует, также могут стать проблемой внутренние и внешние утечки. Маловязкие масла также более чувствительны к загрязняющим частицам, т.к. смазывающая плёнка слишком тонка. Наконец, гидродинамическая плёнка, в идеале, зависит от скорости, вязкости и прилагаемой нагрузки. Это означает, что если вязкость низкая, то применение высокой нагрузки в сочетании с низкой скоростью может привести к разрыву масляной пленки.
ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ 40°C И 100°C
Индустриальные стандарты диктуют, что температура при которой должна измеряться вязкость это 40°C и 100°C. Какая разница в свойствах при этих температурах? Измерение при 40°C полезно для раннего определения окисления, полимеризации и перегрева масла. При этой температуре также хорошо определять загрязнения, такие как топливо и хладогенты, которые снижают вязкость. Добавление масел различной вязкости более заметно при низкой температуре. Имеет смысл делать измерения вязкости при температуре близкой к рабочей для оборудования. Для оборудования работающего при температуре близкой к окружающей, вязкость должна измеряться при 40°C. Очевидно, что работать инструментами для измерения вязкости, при температуре близкой к окружающей, легче, особенно в поле или на производстве.
Измерения при 100°C имеют преимущества при определении снижения индекса вязкости и лучше подходит для компонентов которые работают при высоких температурах, таких как двигатели внутреннего сгорания. Обе температуры могут применяться тогда, когда важно определить значение или изменение VI, и где необходимо получить много показателей. Обычно, все образцы измеряют на вязкость при 40°C, но для двигателей внутреннего сгорания также необходимо измерять вязкость при 100°C.
ПРОБЛЕМЫ СВЯЗАННЫЕ С ИЗМЕНЕНИЕМ ВЯЗКОСТИ
Просто замена масла, потому что вязкость слишком большая или слишком низкая, не заставит проблему исчезнуть, требуется активный поиск неисправности.
Если вязкость слишком велика, проверьте:
рабочую температуру;
эффективность сгорания;
присутствие воды или гликоля;
наличие воздуха в масле;
процедуру заливки масла.
Если вязкость слишком низкая, проверьте:
исправность системы питания;
наличие значительных сил сдвига;
наличие высокой температуры вызывающей термический крекинг;
загрязнение растворителем или растворенным газом;
процедуру заливки масла.
Как было ясно показано, много чего может пойти не так с вязкостью масла, по многим причинам, и все они сигнализируют и являются следствием различных неисправностей. Держите вязкость масла в допустимых пределах и как результат получите хорошо работающее оборудование, устраните внезапные отказы, получите низкую стоимость работы оборудования и меньший расход запасных частей, уменьшите простои и увеличите прибыль. Убедитесь, что вязкость наблюдается регулярно, чтобы любая проблема могла быть устранена до того когда она превратится в катастрофу.
Автор:
John Evans is diagnostic manager for WearCheck Africa.
2009
1 — Society of Automotive Engineers(SAE) — Общество Автомобильных Инженеров, США.
2 — International Standards Organisation (ISO) — Международная Организация по Стандартизации.
3 — Total Base Number (TBN) – общее щелочное число.